Методы передачи компьютерных данных

Кадры и протоколы

Любые данные, которые передаются в ЛС, имеют своего отправителя и адресата. По аналогии с почтовыми отправлениями писем, которые отправляются в запечатанных конвертах с указанием адресов отправителя и получателя, данные в ЛС передаются блоками в виде кадров. Кадр, помимо передаваемых данных, содержит служебную информация, необходимую для организации доставки данных адресату. Таким образом, сети – инфраструктура, рассылающая кадры, и обеспечивающая доставку адресатам данных с помощью кадров.

Кадр – логическая порция данных, передаваемая в сети, имеющая стандартную структуру.

Чтобы обеспечить совместимость различных сетевых компонентов, разработанных различными компаниями, структуру кадров стандартизируют. Так же как на почте есть разные стандарты конвертов (большие, маленькие), существуют разные стандарты кадров.

Механизм (алгоритм) передачи кадров в сети называют протоколом. Эти протоколы также стандартизируют, чтобы обеспечить совместимость работы соответствующих программ, разрабатываемых различными производителями. Можно также сказать, что протокол – это язык, на котором общаются устройства в сети.

Имеется ряд технологий передачи данных в ЛС и между ЛС. Им соответствуют соответствующие стандарты кадров и протоколов.

Многие действующие в настоящее время стандарты были разработаны в США Институтом по электротехнике и электронике (IEEE). В нем действует Комитет стандартов локальных и глобальных сетей, известный под названием Project 802.

Пример:

Кадр Ethernet стандарта IEEE 802.3

Преамбула 7 октетов

Ограничитель начала кадра,, 1 октет

«Адрес получателя», 6 октетов

«Адрес отправителя», 6 октетов

Длина данных, 2 октета

Поле данных от 46 до 1482 октета

Контрольная последоват-ть, 4 октета

Пример:

Кадр Token Ring стандарта 802.5

Начальный ограничитель, 1 октет

Поле управления доступом, 1 октет

Поле управления кадром, 1 октет

Адрес получателя, 6 октетов

Адрес отправителя, 6 октетов

Поле данных (0 – 4099 октетов)

Конечный ограничитель, 1 октет

Кадры определенного стандарта формируются соответствующими сетевыми адаптерами (сетевыми картами), которые устанавливаются в устройства, подключаемые к сети.

Примеры протоколов.

Стандарты(802.3) Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet поддерживают скорость передачи данных 10, 100 и 1000 Мбит/с соответственно. Доступ к среде для спецификаций Ethernet осуществляется с помощью хаотичного конкурирующего метода. При этом используется специальный алгоритм (протокол CSMA/CD) обнаружения и разрешения конфликтов за доступ к среде передачи данных. Ввиду использования такого неупорядоченного метода доступа к среде время доставки данных кадра не может быть наперед рассчитано и является вероятностной (случайной) величиной. Однако, несмотря на случайность времени, протокол гарантирует доставку пакета данных. Ethernet один из самых распространенных типов локальных сетей.

Стандарт (802.5) Token Ring позволяет передавать данные со скоростью 4 и 16 Мбит/с и, в отличие от предыдущего стандарта, имеет детерминированный метод доступа к среде. Поэтому время доставки данных здесь можно рассчитать точно. Идея метода в том, что устройствам в строгой последовательности передается специальный кадр – маркер. Маркер передается при условии, что в сети нет трафика (передачи какого-либо кадра). Устройство принявшее маркер может его удерживать в течение 10 мсек. Если по истечении этого времени устройство не примет решение на передачу своих данных, маркер передается следующему устройству. Когда устройство собирается передать данные, оно захватывает маркер, прикрепляет к нему поле с данными, дополнительные служебные поля и отправляет кадр в сеть. До тех пор пока несущий данные кадр путешествует по сети, новый маркер не передается.

В сравнении с Ethernet эта технология более эффективна в условиях сильной загруженности сети.

Стандарт 802.8 FDDI («фиди» - Fiber Distributed Data Interface) также использует принцип эстафетного кольца. Однако имеет и существенные отличия: другую структуру маркера и кадра с данными, имеет схему соединения устройств в виде двух параллельных колец. Использование двух колец, передающих информацию в противоположных направлениях, позволяет повысить отказоустойчивость передачи. Стандарт FDDI позволяет передавать данные со скоростью 100 Мбит/с.

Лекция 17

Основные компоненты компьютерных сетей

Основными компонентами компьютерных сетей являются:

- компьютеры и их внешние устройства

- линии связи

- коммуникационное оборудование

Линии связи

Линия связи – среда, используемая для передачи сигналов от приемника к передатчику. В системах электросвязи это, например, пара проводов, кабель, волновод; в системах радиосвязи – область пространства, в которой распространяются электромагнитные волны от передатчика к приемнику.

Обычно для локальных сетей используются следующие линии связи: коаксиальный кабель, витая пара и волоконно-оптический кабель (электромагнитное излучение в природной среде).

Коаксиальный кабель – один проводник экранирует другой; между ними диэлектрик; сверху- защитная пластиковая оболочка. Максимальная длина сегмента в сети (зависит от стандарта сети) 185 – 500 м Применяется в сетях с пропускной способностью 10 Мбит/с. Хотя в телефонии коаксиал применяется и для значительно больших скоростей передачи и на расстояния до 2-3 км.

Рис.22 Коаксиальный кабель

Витая пара – кабель из нескольких витых пар (2-4), находящихся в одной пластиковой оболочке. Имеется 5 категорий витых пар. ВП 1-й категории применяется в телефонии (лапша). Обычно витая пара 5-й категории (5 оборотов на дюйм) – самая распространенная среда передачи. Поддерживает скорость передачи от 10 до 100 Мбит/с и более. Существует вариант экранированной витой пары. И экранированная, и неэкранированная витая пара используется для передачи данных на несколько сотен метров.

Волоконно-оптический кабель. Кабель имеет сердечник, состоящий из сверхпрозрачного оптоволокна. Сердечники (кабели) бывают одномодовые и многомодовые. По одномодовому (одноканальному) кабелю сигнал передается одним лучом, вдоль оси кабеля. По многомодовому (многоканальному) одновременно передают несколько сигналов разными лучами лазера, под углом к оси кабеля. В качестве источника света для одномодовых кабелей обычно применяют светодиоды, а для многомодовых – лазеры. С помощью специальных интерферометров эти источники света можно настроить на нужную длину волны. На принимающем конце стоит фотодиод, срабатывающий со скоростью 1 наносек (около 1Gbps).

В одноканальном кабеле сердечник имеет толщину 8 -15 микрон, в многоканальном – 50 или 62,5 микрон. Сердечник окружен стекловолокном с низким коэффициентом рефракции, сокращающим потери света через границу сердечника. Диаметр этой оболочки у всех типов ОВ 125 мкм. Сверху все покрыто защитным пластиком. Диаметр защитного покрытия - 500 мкм. Наружный диаметр кабеля с числом ОВ от 2..32 с учетом всех защитных оболочек и элементов обычно составляет 5..17 мм.

Оптоволокно позволяет передавать сигнал на большее расстояние без промежуточного усиления (от 30 км и более со скоростью 1000 Мбит/с (>50 Тбит/с на расстояние более 1000 км в опытных передачах).