J. Peterka, 1996 Počítačové sítě, v.2.0, lekce č. 6

Prezentace na téma: "J. Peterka, 1996 Počítačové sítě, v.2.0, lekce č. 6"— Transkript prezentace:

1 J. Peterka, 1996 Počítačové sítě, v.2.0, lekce č. 6
Přenosové techniky J. Peterka, 1996 Počítačové sítě, v.2.0, lekce č. 6

2 Co jsou přenosové techniky?
postupy, metody, „způsoby řešení přenosu“ .... jsou vždy určeny pro určité konkrétní prostředí, sledují konkrétní specifické cíle ..... jsou obvykle určeny pro konkrétní vrstvy příklady: simplexní, duplexní a poloduplexní přenos synchronní, asynchronní a arytmický přenos proudové vs. blokové přenosy frekvenční, časový a statistický multiplex přepojování zpráv, paketů, buněk .....

3 Simplex, duplex, poloduplex
týká se možnosti přenosu v obou směrech (plně) duplexní přenos: je možný v obou směrech, a to současně poloduplexní přenos: je možný v obou směrech, ale nikoli současně simplexní přenos: je možný jen v jednom směru vlastnosti konkrétních přenosových cest mohou umožňovat jen určitý druh přenosu (např. optické spoje dovolují pouze simplexní provoz)

4 Arytmický, asynchronní a synchronní přenos
týká se toho, jak jsou vyřešeny otázky časování při přenosu jak je vymezen bitový interval jak příjemce pozná, kdy začíná a kdy končí časový úsek představující přenos jednoho bitu jaké skupiny bitů se posílají najednou zda jde o pevně velké skupiny bitů představující jednotlivé znaky, či o prostou posloupnost bitů jaké mohou být časové odstupy mezi jednotlivými skupinami bitů

5 „oddělovače“ bitových intervalů
Asynchronní přenos chybí mu jakákoli synchronizace hlavně: nemá konstatní délku bitového intervalu začátek i konec každého bitového intervalu musí být explicitně vyznačen je k tomu potřebná alespoň tříhodnotová logika 1 1 „oddělovače“ bitových intervalů

6 odstupy mezi znaky mohou být libovolné
Arytmický přenos znakově orientovaný přenos snaží se přenášet stejně velké skupiny bitů, představující jednotlivé znaky chybí mu „rytmus“ časové prodlevy mezi jednotlivými znaky mohou být libovolné jeden znak odstupy mezi znaky mohou být libovolné

7 Arytmický přenos jak příjemce rozpozná začátek znaku, a jak správně rozpozná jednotlivé bitové intervaly? tak, aby věděl kdy se „vzorkovat“ jednotlivé bity začátek znaku je signalizován speciálním příznakem (tzv. start bitem) jednotlivé bitové intervaly v rámci znaku si příjemce odměřuje sám jeho „hodinky“ musí po dobu přenosu celého znaku „jít“ stejně rychle jako hodinky odesilatele start bit zde příjemce vzorkuje jednotlivé bity

8 Asynchronní vs. arytmický
když se dnes řekne asynchronní ..... ... míní se tím arytmický tj. znakově orientovaný přenos, probíhající po znacích, s libovolnými časovými odstupy mezi jednotlivými znaky

9 Synchronní přenos synchronní přenos: synchronizace je udržována trvale
synchronizace = „když jsou hodinky příjemce seřízeny podle hodinek odesilatele“ při asynchronním (správně: arytmickém) přenosu je udržována synchronizace po dobu přenosu každého jednotlivého znaku mezi znaky se hodinky mohou libovolně „rozejít“ synchronní přenos: synchronizace je udržována trvale přenáší se celé souvislé bloky dat mnoho bytů (znaků) synchronizace se udržuje nejméně po celou dobu přenosu souvislého bloku někdy i mezi bloky

10 Udržování synchronizace
jakým způsobem lze zajistit udržení trvalé synchronizace? samostatným časovacím signálem kromě dat „cestuje“ k příjemci i vhodný časovací signál (po samostatném vodiči) odvozováním časování od dat příjemce si seřizuje hodinky podle přicházejících dat (např. podle datové hrany) musí být zajištěno, že nebudou moc dlouhé úseky bez změn přenášeného signálu (lze zajistit např. vkládáním bitů) sloučením časování a dat vhodným kódováním se „smíchají“ data a časovací impulsy zřídka nejčastěji

11 diferenciální kódování
Příklady přenášená data 0= přechod L>H 1= přechod H>L časování 1 1 1 1 1 kódování Manchester diferenciální kódování Manchester 0=je přechod 1=není přechod kódování Manchester se používá např. u Ethernetu uprostřed každého bitového intervalu je vždy hrana, podle které se seřizují hodinky příjemce

12 Synchronizace na úrovni .....
synchronizace na úrovni bitů týká se správného rozpoznání jednotlivých bitů (bitových intervalů) to, co jsme až dosud popisovali synchronizace na úrovni znaků týká se správného rozpoznávání znaků (u znakově orientovaných přenosů) při asynchronním (arytmickém) přenosu je to dáno start bity při synchronním přenosu je nutné „odpočítávat“ bity synchronizace na úrovni rámců týká se správného rozpoznání začátku a konce linkového rámce, i jeho jednotlivých částí řeší se u bitově orientovaných linkových protokolů řeší se například křídlovou značkou na začátku rámce, poruchami v kódování

13 Techniky multiplexování
týkají se toho, jak jednu přenosovou cestu rozdělit na více přenosových kanálů jak po jedné cestě přenášet více věcí nezávisle na sobě například více telefonních hovorů nebo data z různých zdrojů, pro různé příjemce pro různé účely a přenosové cesty jsou vhodné různé techniky multiplexování (např. pro analogové vs. digitální přenosy)

14 Frekvenční multiplex f [Hz] multiplexor multiplexor
signály jednotlivých kanálů jsou posunuty do vhodných frekvenčních poloh a „poskládány“ do jednoho širšího přenosového pásma f [Hz] multiplexor multiplexor je to analogová technika používala se například v analogových telefonních sítích jednotlivé složky jsou „vyextrahovány“ a vráceny do původní frekvenční polohy

15 Časový multiplex (TDM, Time Division Multiplexing)
přepojovací prvek (multiplexor) B C jednotlivé kanály mají pevně přiřazené časové sloty, jejich data proto není nutné nijak identifikovat D

16 Časový a statistický multiplex
časový multiplex (TDM) je v zásadě digitální technika je vhodná tam, kde jednotlivé kanály produkují rovnoměrnou zátěž pak má relativně malou režii není výhodná při kolísající zátěži jednotlivé kanály si nedokáží „přenechat“ svou vyhrazenou přenosovou kapacitu pro nestejnoměrnou zátěž je vhodný statistický multiplex (STDM) nepřiřazuje časové sloty jednotlivým kanálům pevně, ale až na základě skutečné potřeby negarantuje 100% dostupnost přenosové kapacity pro jednotlivé kanály (jen statisticky) jde v zásadě už o variantu paketového přenosu

17 Statistický multiplex
B přepojovací prvek (multiplexor) C jednotlivé kanály nemají pevně přiřazené časové sloty, jejich data proto musí být vhodně identifikována D

18 čím menší jsou přenášené způsob přenosu isochronní
Isochronní přenos isochronní = garantuje určitou konkrétní přenosovou kapacitu šířku přenosového pásma přenosovou rychlost konstantní přenosové zpoždění (latency) vychází to vstříc potřebám přenosu živého zvuku, obrazu frekvenční a časový multiplex jsou isochronní ne-isochronní = negarantuje přenosovou kapacitu například statistický multiplex, přepojování paketů atd. obecně platí: čím menší jsou přenášené bloky dat, tím více může být daný způsob přenosu isochronní

19 Přepojování okruhů a přepojování paketů
týkají se toho, jak využít celou soustavu vzájemně propojených přenosových cest (celou přenosovou síť) jsou to dvě vzájemně se vylučující alternativy existující přenosové cesty fungují buď na principu přepojování paketů, nebo na principu přepojování okruhů existují i přechodové varianty (např. ATM)

20 Princip přepojování okruhů (circuit switching)
přenosová cesta, umožňuje „vydělení“ přenosové kapacity přepojovací uzel kanály s garantovanou přenosovou kapacitou trvalé propojení, také garantuje přenosovou kapacitu

21 Princip přepojování okruhů
mezi oběma komunikujícími stranami vzniká „souvislá“ přenosová cesta s garantovanou přenosovou kapacitou ekvivalent „souvislého drátu“ garantovaná přenosová kapacita je pro obě komunikující strany trvale vyhrazena bez ohledu na to zda ji skutečně potřebují/využívají či nikoli v síti fungující na principu přepojování okruhů lze realizovat i analogový přenos např. původní veřejná telefonní síť fungovala digitálně přenos po síti na bázi přepojování okruhů je svou podstatou isochronní je ale možný i digitální přenos (digitální telefonní síť, ISDN)

22 Princip přepojování okruhů
na principu přepojování okruhů funguje většina telekomunikačních sítí nikoli datové sítě, většinou ani veřejné přenos po sítích s přepojováním okruhů probíhá „v reálném čase“ (+/- přenosové zpoždění) vyhovuje multimédiím přenos má vždy spojovaný charakter příjemce nemusí být explicitně adresován je to ten, kdo je „na druhém konci drátu“

23 Princip přepojování paketů (Packet switching)
přenos má blokovaný charakter přenášeny jsou zprávy (různé velké bloky, max. délka neomezená) pakety (různě velké bloky, max. délka omezená) buňky (bloky pevné velikosti, malé) přenosové cesty se plně (celou svou kapacitou) věnují přenosu bloků nedochází k vydělování části kapacity pro dedikované kanály

24 Princip přepojování paketů
přepojovací logika (rozhoduje, kudy bude dále odesláno) přepojovací uzel pakety ? pracuje na principu store & forward interní paměť (vyrovnávací buffer)

25 Princip přepojování paketů
přenos neprobíhá v reálném čase ale je bufferovaný v každém přepojovacím uzlu se přenášený blok může různě dlouhou dobu zdržet není garantována plynulost, ani přenosové zpoždění přenášené bloky musí být opatřeny vhodnou identifikací, určující konečného příjemce existuje spojovaná i nespojovaná varianta přepojování existuje i varianta přepojování, která nepoužívá princip store & forward ale „cut-through“

26 Přepojování paketů - spojovaná varianta
předpokládá, že na začátku přenosu je mezi příjemcem a odesilatelem navázáno spojení, a vytyčena cesta, tzv. virtuální okruh jde jen o logickou záležitost (zanesení „směrníků“ do směrovacích tabulek v přepojovacích uzlech) neznamená to žádnou rezervaci přenosové kapacity všechny bloky jsou následně přenášeny stejnou cestou (virtuálním okruhem) rozhodnutí o volbě trasy se provádí v každém mezilehlém uzlu právě jednou při navazování spojení všechny bloky jsou vždy přenášeny stejnou cestou

27 Přepojování paketů - nespojovaná varianta
předpokládá, že každý blok je přenášen samostatně, jako tzv. datagram výsledkem je tzv. datagramová služba každý datagram musí obsahovat plnou adresu svého příjemce rozhodnutí o volbě směru dalšího přenosu je prováděno pro každý datagram v každém přestupním uzlu vždy znovu různé datagramy mohou být přenášeny různými cestami není zaručeno správné pořadí jejich doručování přenos se dokáže přizpůsobit stavu sítě datagramová služba je bezestavová, a je výrazně robustnější než virtuální okruhy

28 Spojovaný vs. nespojovaný přenos
spojovaný přenos je výhodnější pro přenos větších objemů dat a pro souvislejší přenosy má větší počáteční režii, ale menší průběžnou režii spojovaný přenos může být převeden na nespojovaný pro každý jednotlivý datagram se spojení nejprve naváže, a pak zase zruší nespojovaný přenos je výhodnější pro menší objemy dat a příležitostné přenosy má nulovou počáteční režii, ale větší průběžnou režii je robustnější také nespojovaný přenos lze převést na spojovaný navazování a ukončování spojení se předstírá

29 Store&forward vs. cut-through
týká se toho, jak postupuje „přepojovací stroj“ v přestupním uzlu (směrovači, mostu, switch-i, ...) store&forward: nejprve načte celý blok do svého bufferu pak se rozhodne co s blokem provede pak blok odešle (nebo smaže, ...) dokáže eliminovat vadné bloky cut-through: nečeká na načtení celého bloku rozhodne se ihned, jakmile je toho schopen již po načtení hlavičky bloku zpracovává blok průběžně, již v době kdy ho teprve přijímá začne ho odesílat dříve, než jej přijme celý má menší přenosové zpoždění (latency) šíří i vadné bloky

30 Routing vs. switching přepojování na úrovni síťové vrstvy:
zajišťují směrovače jen na principu store&forward způsob fungování se označuje jako směrování (routing) bere v úvahu celou topologii sítě je relativně náročné řeší se v SW je to relativně pomalé přepojování na úrovni linkové vrstvy zajišťují switche (ústředny) buď store&forward, nebo cut-through způsob fungování se označuje jako switching bere v úvahu jen bezprostřední okolí relativně jednoduché lze řešit v HW je to rychlé !!!!!

31 Streaming vs. blokovaný přenos
týká se představy, kterou mají uživatelé přenosové služby hlavně aplikace streaming: aplikace si myslí, že přenos se děje po bytech pak může jít jen o spojovaný přenos o rozdělení dat do bloků rozhoduje ten, kdo službu zajišťuje blokovaný přenos: aplikace ví, že se data přenáší po blocích, a sama je do bloků rozděluje