Počítačové sítě Datový spoj (Data Link) Organizovaný komunikační kanál

Prezentace na téma: "Počítačové sítě Datový spoj (Data Link) Organizovaný komunikační kanál"— Transkript prezentace:

1 Počítačové sítě Datový spoj (Data Link) Organizovaný komunikační kanál
Datové jednotky – rámce (frames) Obsah rámce indikátory začátku a konce rámce režijní informace – záhlaví event. zápatí rámce (identifikátor zdroje a cíle, řídící informace, informace o stavu spoje, kontrola bitové správnosti- FCS …) data určená k přenosu Formát rámce (včetně specifikace minimální a maximální délky) je určen příslušným přenosovým protokolem Protokol je souhrn pravidel, podle kterých probíhá dialog mezi vzdálenými entitami Počítačové sítě - Datový spoj

2 Počítačové sítě - Datový spoj
Formát obecného rámce Počítačové sítě - Datový spoj

3 Počítačové sítě - Datový spoj
Typy rámců Rámce s pevnou délkou Rámce s proměnlivou délkou Datové proudy (streams) Musí být zajištěno oddělení režijních informací od dat Řízení datového spoje zahrnuje: Synchronizaci rámců Řízení toku rámců Kontrola bitové správnosti Počítačové sítě - Datový spoj

4 Příklady rámců konkrétních technologií Ethernet
Počítačové sítě Příklady rámců konkrétních technologií Ethernet PPP ATM Frame Relay Počítačové sítě - Datový spoj

5 Počítačové sítě - Datový spoj
Synchronizace rámců Asynchronní přenos – znakově orientovaný – start/stop bit ohraničuje každý „znak“ (tj. 7/8 bitů), definice minimální vzdálenosti mezi znaky ……. velká přenosová režie Synchronní přenos – bitově orientovaný, libovolná sekvence bitů – začátek sekvence je dohodnutý bitový vzorek (preamble), konec může být ohraničen (postamble) ……menší přenosová režie Počítačové sítě - Datový spoj

6 Počítačové sítě - Datový spoj
Kontrola bitové správnosti – detekce bitových chyb Algoritmus kontroly je určen protokolem Paritní kontrola – paritní bit, sudá/lichá parita, příčná (pro každý znak zvlášť) / podélná (pro všechny bity zprávy nebo její části) – Cyklická redundantní kontrola CRC. Prostřednictvím dohodnutého algoritmu (mod2, polynomický CRC) se vypočítá kontrolní sekvence rámce FCS (Frame Control Sequence) a vloží se do rámce, cílový systém provede tentýž výpočet a výsledek srovná s přijatým FCS Počítačové sítě - Datový spoj

7 Počítačové sítě Datový spoj
Princip kontroly bitové správnosti Počítačové sítě - Datový spoj

8 Počítačové sítě - Datový spoj
Řízení toku rámců a bitové správnosti Zabránění zahlcení přijímacího systému, omezení kolizí (jamming) v komunikačním kanále Zajištění opravného vyslání nekorektně přijatých rámců Techniky pro komunikační kanály s násobným přístupem – typicky LAN Deterministické – TokenRing Nedeterministické (stochastické) CSMA/CD (Carrier Sense Multiply Access/Collision Detection) – v sítích „Ethernet“ (standard IEEE 802.3) CSMA/CA (Carrier Sense Multiply Access/CollisionAvoidance) – v sítích WLAN (standard IEEE Wi-Fi) Počítačové sítě - Datový spoj

9 Počítačové sítě - Datový spoj
Token Ring CSMA/CD - všechny připojené uzly mohou vysílat současně Počítačové sítě - Datový spoj

10 Počítačové sítě - Datový spoj
Protokol CSMA/CD CSMA (Carrier Sense Multiply Access) – každá stanice monitoruje stav přenosového média a začíná vysílat jen v době, kdy je médium volné. CD (Collision Detection) – začne-li vysílat v krátkém časovém intervalu více stanic, nastávají kolize. Vysílající stanice je detekují, zastaví vysílání a vyšlou do sítě krátký „jamming signal“, který ostatní upozorní na kolize. Vysílání obnoví v náhodných časových intervalech po náslechu, zda je médium volné. Počítačové sítě - Datový spoj

11 Počítačové sítě - Datový spoj
CSMA/CD nepředchází kolizím na sběrnici, ale detekuje je: Před zahájením vysílání zjistí, zda je kanál volný, v případě, že není, počká určitou dobu a pokusí se vysílání zopakovat Náslech současně s vysíláním (po celou dobu vysílání). V případě, že byly detekovány kolize, vlastní vysílání okamžitě zastaví a vyšle do sběrnice informaci o detekci kolize – všechny stanice pak „zahodí“ dosud přijatá data znehodnocená kolizí Část segmentu sítě, kde mohou nastat kolize, se nazývá kolizní doména Počítačové sítě - Datový spoj

12 Počítačové sítě - Datový spoj

13 Počítačové sítě - Datový spoj
Kódování „Manchester“ Nejdelší doba, za kterou je kolize detekována, musí být pro max. délku segmentu menší než 51,2 μs („slot time“) – určuje minimální délku rámce (512 bitů) – kolize musí být detekována během vysílání Počítačové sítě - Datový spoj

14 Počítačové sítě - Datový spoj
Omezení pro segmenty sítí Fast Ethernet 100 BASE-TX UTP cat. 5 100 m impedance 100 W 100 BASE-T4 UTP cat. 3, 4, 5 100 BASE-FX MM optické vlákno 412 m 412 m half duplex, 2000 m full duplex pro MM 62,5 / 125 mm Počítačové sítě - Datový spoj

15 Počítačové sítě - Datový spoj

16 CSMA/CA - Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance
Počítačové sítě CSMA/CA - Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance Na rozdíl od CSMA/CD CSMA/CA předchází kolizím. Princip: Je-li médium volné po určenou dobu, může stanice zahájit vysílání. Pokud je vysílání neúspěšné (druhá strana nepotvrdí příjem), zahájí exponenciální čekání. Pokud je médium obsazeno, počká na jeho uvolnění a následně zahájí exponenciální čekání, stejně jako při neúspěšném odvysílání. CSMA/CA využívají bezdrátové technologie (např. IEEE – Wi-Fi a IEEE – Bluetooth ) Počítačové sítě - Datový spoj

17 Techniky pro dvoubodové komunikační kanály (typicky pro WAN)
Počítačové sítě Techniky pro dvoubodové komunikační kanály (typicky pro WAN) Řízení toku – techniky Stop-and-Wait a Sliding Window Stop-and-wait SLIDING-WINDOW Řízení správnosti přenosu (ztráta rámce, porušení rámce) Techniky : pozitivního/negativního potvrzení (ACK/NACK) opakovaní vyslání rámce po neobdržení potvrzení (ARQ – Automatic Repeat Request) Počítačové sítě - Datový spoj

18 Počítačové sítě - Datový spoj
F X – rámec č. X ACK – potvrzení (Acknowledgement) RR X – připravenost k přijetí rámce č. X (Ready-to-Receive) REJ X – odmítnutí rámce č. X (Reject) Počítačové sítě - Datový spoj

19 Počítačové sítě - Datový spoj

20 Počítačové sítě - Datový spoj

21 Zvýšení využitelnosti spoje – multiplexing
Počítačové sítě Zvýšení využitelnosti spoje – multiplexing Techniky zvýšení využitelnosti komunikačního kanálu – FDM, TDM, CDMA, OFDM Počítačové sítě - Datový spoj

22 Počítačové sítě - Datový spoj
FDM - Frequency Division Multiplexing sdílení frekvenčního rozsahu spoje TDM - Time Division Multiplexing – časové sdílení spoje Počítačové sítě - Datový spoj

23 TDM (Time Division Multiplexing) – časové sdílení spoje
Počítačové sítě TDM (Time Division Multiplexing) – časové sdílení spoje Počítačové sítě - Datový spoj

24 Počítačové sítě Datový spoj
Časový multiplexing – rámce z více zdrojů jsou vysílány ve stanovených časových úsecích – „time slots“ Synchronní TDM – pro každý zdroj je pevně stanovený time slot – nižší využitelnost kapacity spoje, ale jednodušší implementace. Vhodný pro multiplexing zdrojů, které vysílají rovnoměrně. Asynchronní TDM (statistické, inteligentní) – dynamická alokace time slots (na vyžádání zdroje) – vyšší využitelnost kapacity spoje, náročnější implementace (STDM). Počítačové sítě - Datový spoj

25 Počítačové sítě - Datový spoj

26 Počítačové sítě - Datový spoj
frekvence FDM (Frequency Division Multiplexing) - sdílení frekvenčního rozsahu spoje Počítačové sítě - Datový spoj

27 CDMA (Code Division Multiply Access) – kódové sdílení spoje
Počítačové sítě CDMA (Code Division Multiply Access) – kódové sdílení spoje Princip: Z více zdrojů jsou současně vysílána data zakódovaná rozdílnými kódy. Sdílení spoje časové i frekvenční. Počítačové sítě - Datový spoj

28 Počítačové sítě - Datový spoj
Srovnání frekvenčního, časového a kódového sdílení Počítačové sítě - Datový spoj

29 Počítačové sítě Techniky pro bezdrátové přenosy
Techniky Spread Spectrum (SS) – metody, které rozprostírají elektromagnetické vlny generované v určitém rozsahu frekvencí do tzv. frekvenční domény. Výsledný signál má širší frekvenční rozsah. Důvody Fyzikální (odolnost proti interferencím, přeslechům, …..) Zvýšení bezpečnosti přenosů (detekce signálu, odposlech dat)

30 Techniky Spread Spectrum
Počítačové sítě Techniky Spread Spectrum

31 Počítačové sítě Modulace Demodulace

32 Počítačové sítě Odolnost proti interferenci

33 Počítačové sítě Princip Spread Spectrun techniky - kódovací (dekódovací) klíč – PRN (Pseudo-random Number) Vstup PRN do komunikačního kanálu

34 DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum
Počítačové sítě DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum

35 Počítačové sítě DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum
Počítačové sítě - Datový spoj

36 FHSS – Frequency Hopping Spread Spectrum
Počítačové sítě FHSS – Frequency Hopping Spread Spectrum

37 Počítačové sítě - Přenos signálu
Direct Sequence :                                                                                                                                                                                                                                                                                                   Počítačové sítě Technika DSSS Technika FHSS Počítačové sítě - Přenos signálu

38 Počítačové sítě - Datový spoj
CDMA Technika FH-CDMA Technika DS-CDMA Počítačové sítě - Datový spoj

39 Počítačové sítě Techniky SS nejsou modulační technologie v pravém smyslu slova – „rozprostřený signál“ je dále modulován frekvenčně nebo fázově (techniky QAM, BPSK, QPSK) Srovnání vlastností DSSS a FHSS DSSS poskytuje vyšší přenosovou kapacitu než FHSS veliká citlivost na vnější prostředí (odrazy) vhodná pro řešení PMP na krátké vzdálenosti, na delší PP typické použití vnitřní WLAN pojítka mezi budovami, PoP k základnovým stanicím v celulárních systémech FHSS velmi odolná proti rušení i od jiných radiových zařízení umožní pokrytí větších geografických oblastí typické použití v sítích FWA (BWA), WPAN

40 Počítačové sítě OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Varianta FDMA Rozdělení frekvenčního rozsahu na oddělené nosné frekvence Možnost současného vysílání stovek datových signálů, které se „sčítají“ Počítačové sítě - Datový spoj

41 Počítačové sítě - Datový spoj
OFDM Nosné frekvence modulovány různými modulačními technikami Použití v přenosech bezdrátových i v přenosech s optickými vodiči. Ortogonální vlna se ve svém maximu překrývá s minimem vlny na sousední frekvenci. Počítačové sítě - Datový spoj

42 MIMO (Multiple Input Multiple Output) prostorový multiplexing
Počítačové sítě MIMO (Multiple Input Multiple Output) prostorový multiplexing Využití v bezdrátových sítích technologie WiMAX a v mobilních sítích 3G a 4G Princip – více antén na vysílačích i přijímačích pro zlepšení výkonu přenosů Počítačové sítě - Datový spoj