Počítačové sítě Datový spoj Datový spoj (Data Link) – organizovaný komunikační kanál Datové jednotky – rámce (frames) 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

Počítačové sítě Datový spoj Formát obecného rámce Flag FCS Data Adresa Řízení záhlaví zápatí není u rámců s pevnou délkou Příznak začátku a konce rámce Počítačové sítě - Datový spoj

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

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

Počítačové sítě Datový spoj Kontrola bitové správnosti – detekce bitových chyb Určeno 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

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

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) Počítačové sítě - Datový spoj

Počítačové sítě Datový spoj Token Ring CSMA/CD směr přenosu token (oprávnění k přenosu) možné kolize Počítačové sítě - Datový spoj

Počítačové sítě Datový spoj 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

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 Počítačové sítě - Datový spoj

Počítačové sítě - Datový spoj Stav kanálu volný ? Připraveno k vysílání Vysílá Test kanálu kolize ? Signál „jamming“ Příliš mnoho kolizí Očekává „backoff“ ano ne Vysílá zprávu o stavu kanálu Konec vysílání? Začátek Funkční schéma techniky CSMA/CD Počítačové sítě - Datový spoj

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 1 0 0 1 1 PC1 PC2 Kolize 1 2 4 Detekce kolize Max. délka segmentu ~ délka, kterou urazí čelo signálu za 51,2 μs 3 Počítačové sítě - Datový spoj

Počítačové sítě Datový spoj Sběrnice Šíření signálu PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 Šíření signálu HUB Switch PC1 PC2 PC3 PC4 PC1 PC2 PC3 PC4 Stromová topologie Počítačové sítě - Datový spoj

Počítačové sítě Datový spoj CSMA/CA - Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance Na rozdíl od CSMA/CD předchází kolizím. Princip: Je-li médium volné po určenou dobu, může stanice zahájit vysílání. Pokud je vysílání neúspěšné (druhá strana nepotrvdí 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. IEEE802.11 a IEEE802.15) Počítačové sítě - Datový spoj

Počítačové sítě Datový spoj Techniky pro dvoubodové komunikační kanály (typicky pro WAN) Řízení toku – techniky Stop-and-Wait a Sliding Window Sliding window Stop-and-wait 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

Počítačové sítě Datový spoj Příklady technik pro řízení datových spojů Význam použitých zkratek: F X – rámec č.X ACK – potvrzení (Acknowledgement) NACK – negativní potvrzení RR X – připravenost k přijetí rámce č. X (Ready-to-Receive) REJ X – odmítnutí rámce č. X (Reject) Počítačové sítě - Datový spoj

Počítačové sítě Datový spoj Zvýšení využitelnosti spoje – multiplexing jeden fyzický spoj je využit N přenosovými kanály Techniky zvýšení využitelnosti komunikačního kanálu – FDM, TDM, CDMA, OFDM 1 3 2 N Počítačové sítě - Datový spoj

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

Počítačové sítě Datový spoj TDM - Time Division Multiplexing – časové sdílení spoje frekvence t1 t2 t3 t4 t5 čas časové sloty (time slots) Počítačové sítě - Datový spoj

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 Asynchronní TDM (statistické, inteligentní) – dynamická alokace time slots (na vyžádání zdroje) – vyšší využitelnost kapacity spoje, náročnější implementace (STDM) Počítačové sítě - Datový spoj

Počítačové sítě - Datový spoj B D C Princip TDM a STDM Záhlaví obsahuje identifikátor zdroje a pořadí t1 t2 t3 t4 t5 STDM TDM A1 B1 B2 C2 A4 C4 A5 D5 prázdné time slots cykly A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 Počítačové sítě - Datový spoj

Počítačové sítě Datový spoj frekvence FDM - Frequency Division Multiplexing sdílení frekvenčního rozsahu spoje čas čas ……… čas f1 f2 f3 f4 f5 fn ……… frekvence Frekvenční rozsahy (kanály) Počítačové sítě - Datový spoj

Počítačové sítě Datový spoj CDMA - Code Division Multiply Access z více zdrojů jsou současně vysílána data kódovaná rozdílnými kódy. Sdílení spoje časové i frekvenční. Počítačové sítě - Datový spoj

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

Počítačové sítě Datový spoj OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Varianta FDMA Rozdělení frekvenčního rozsahu na oddělené nosné frekvence Nosné frekvence modulovány různými modulačními technikami Možnost současného vysílání stovek datových signálů, které se „sčítají“ Použití v přenosech bezdrátových i v přenosech pevnými vodiči Počítačové sítě - Datový spoj