FÜÜSIKALISE MODEMI PROTOKOLLID
Telekommunikatsioon on maailma kõige kiiremini kasvav tööstusharu. Selle tööstuse asjakohasust just meie riigi jaoks ei saa selle suuruse ning traditsiooniliste jätkusuutlikkuse ja juhitavuse probleemide tõttu vaevalt üle hinnata. Teisest küljest ei võimalda tänapäevaste sidekanalite vähearenemine kahjuks täielikult ära kasutada maailma saavutusi kiirete digitaalsete teabeedastussüsteemide valdkonnas. Seetõttu jäävad sissehelistamisega modemid alles ja ma arvan, et need jäävad veel pikaks ajaks kõige levinumaks infovahetusvahendiks. Lisaks sellele, kui hinnata entusiasmi, millega juhtivad välismaised telekommunikatsiooniseadmete tootjad asusid modemite väljatöötamisele ja tootmisele vastavalt uuele standardile V.34, ei kao huvi modemiteemade vastu peagi riikides, mis on jõukamad. sideinfrastruktuurist.
Käesolevas artiklis püütakse anda ülevaade sissehelistamise ja spetsiaalsete kõnesagedussidekanalite (telefonikanalite) kaudu töötavate modemite füüsilise kihi protokollidest ja nende parameetritest. Enne ülevaatuse enda alustamist tasub teha mõned üldised märkused modemi tööpõhimõtete ja -põhimõtete kohta. See kõrvaldab võimalikud arusaamatused, mis on seotud üldsuse ebamäärasusega, mis erineb vastavalt baudi ja bit / s mõistete vahel modulatsioonikiiruse ja teabekiiruse vahel. Lisaks on kasulik teave modemites kasutatavate võimalike modulatsioonitüüpide, samuti duplekskommunikatsiooni ja selle tagamise kohta.
Kiirus
Analoogkõnekanaleid iseloomustab asjaolu, et nende kaudu edastatava signaali spekter on piiratud vahemikuga 300 Hz kuni 3400 Hz. Põhjused, miks selline piirang tekib, jäägu need käesoleva artikli reguleerimisalast välja. Võtkem seda iseenesestmõistetavana. Just see spektripiirang on peamine takistus telefonikanalite kasutamisel digitaalse teabe kiireks edastamiseks. Nyquisti loominguga kursis olev inimene juhib meile kahtlemata tähelepanu sellele, et teabe edastuskiirus piiratud spektriga kanali kaudu ei tohi ületada selle spektri laiust, st meie puhul 3100 baudi. Aga kuidas on lood modemitega, mis edastavad teavet kiirusel 4800, 9600, 14400 bps ja isegi rohkem? Vastus viitab iseenesest: analoogtehnoloogias ei ole bood ja bit / s sama asi. Selle teesi selgitamiseks tasub lähemalt uurida modemi toimimise füüsilist taset.
Kanalit mööda levivat elektrisignaali iseloomustavad kolm parameetrit - amplituud, sagedus ja faas. Modulatsiooniprotsessi füüsilise olemuse moodustab ühe neist parameetritest või isegi nende teatud kogumi muutus, sõltuvalt teabebittide väärtustest. Iga teabeelement vastab kindlale ajaperioodile, mille jooksul on elektrisignaalil teatud parameetrite väärtused, mis iseloomustavad selle teabeelemendi väärtust. Seda ajavahemikku nimetatakse baudide intervalliks. Kui kodeeritud element vastab ühele bitile teabele, mille väärtus võib olla 0 või 1, siis baud -intervalli korral võivad signaali parameetrid võtta vastavalt ühe kahest eelnevalt määratletud amplituudi, sageduse ja faasi väärtuste komplektist. Sellisel juhul on modulatsioonikiirus (mida nimetatakse ka lineaarseks või baudikiiruseks) võrdne teabekiirusega, st 1 baud = 1 bit / s. Kuid kodeeritud element ei pruugi vastata ühele, vaid näiteks kahele teabele. Sel juhul on teabeedastuskiirus kahekordne boodikiirus ja signaaliparameetrid boodide intervalliga võivad võtta ühe neljast väärtuste komplektist, mis vastab 00, 01, 10 või 11.
Üldjuhul, kui boodide intervallile on kodeeritud n bitti, ületab teabe kiirus n -kordse andmeedastuskiiruse. Kuid võimalike signaali olekute arv kolmemõõtmelises (üldiselt) ruumis - amplituud, sagedus, faas - on 2 ** n. See tähendab, et modemi demodulaator, olles saanud teatava signaali baud -intervallil, peab seda võrdlema 2 ** n võrdlussignaaliga ja valima täpselt ühe neist soovitud n bitti dekodeerimiseks. Seega, kui suureneb kodeerimisvõime ja suureneb andmeedastuskiirus võrreldes edastuskiirusega, väheneb signaaliruumi kaugus kahe kõrvuti asetseva punkti vahel võimsuse seaduse progresseerumisel. Ja see omakorda seab ülekandekanali "puhtusele" üha rangemad nõuded. Teoreetiliselt võimalik kiirus reaalses kanalis määratakse tuntud Shannoni valemiga:
V = F log (1 + S / N),
kus F on kanali ribalaius, S / N on signaali ja müra suhe.
Teine tegur määrab kanali võimalused selle müra tõttu, et edastada signaali, mis kodeerib rohkem kui ühte bitti teavet andmeedastusintervallis. Näiteks kui signaali ja müra suhe vastab 20 dB-le, st kaugmodemile jõudva signaali võimsus on 100-kordne müravõimsus ja kasutatakse helisageduskanali täielikku ribalaiust (3100 Hz), maksimaalne Shannoni piir on 20 640 bit / s.
Modulatsioon
Modulatsioonitüüpidest rääkides piirdume ainult nendega, mida modemites tegelikult kasutatakse. Ja neid on tegelikult ainult kolm: sagedus, faaside erinevus ja mitme positsiooni amplituud-faasimodulatsioon. Kõik teised pole muud kui nende kolme variatsioonid.
Sagedusmodulatsiooni (FSK, Frequency Shift Keying) korral vastavad infobiti väärtused 0 ja 1 nende enda sagedustele füüsiline signaal oma amplituudiga muutumatuna. Sagedusmodulatsioon on väga mürakindel, kuna häirete tõttu moonutatakse peamiselt signaali amplituudi, mitte sagedust. Sel juhul on demodulatsiooni usaldusväärsus ja seega ka mürakindlus seda suurem, mida rohkem signaaliperioode langeb baudide intervalli. Kuid baudi intervalli suurenemine vähendab arusaadavatel põhjustel teabe edastamise kiirust. Teisest küljest võib seda tüüpi modulatsiooni jaoks vajalik signaali ribalaius olla oluliselt kitsam kui kogu kanali ribalaius. Siit tuleneb FSK rakendusala-väikese kiirusega, kuid väga usaldusväärsed standardid, mis võimaldavad suhelda kanalitel, millel on amplituud-sageduskarakteristiku suur moonutus või isegi kärbitud ribalaius.
Faasierinevusega moduleerimisel (DPSK, diferentsiaalfaasivahetuse võtmed) on parameetri muutuja, mis sõltub informatsiooni elemendi väärtusest, signaalifaas konstantse amplituudi ja sagedusega. Sellisel juhul ei seostata iga teabeelementi mitte faasi absoluutväärtusega, vaid selle muutusega võrreldes eelmise väärtusega. Kui teabeelement on kahekihiline, siis sõltuvalt selle väärtusest (00, 01, 10 või 11) võib signaali faas muutuda 90, 180, 270 kraadi või üldse mitte. Infoteooriast on teada, et faasimodulatsioon on kõige informatiivsem, kuid kodeeritud bittide arvu suurenemine üle kolme (faasipöörlemise 8 positsiooni) viib müratundlikkuse järsu vähenemiseni. Seetõttu edasi suured kiirused kasutatakse kombineeritud amplituud-faasi modulatsioonimeetodeid.
Mitmeasendilist amplituudifaasimodulatsiooni nimetatakse ka kv(QAM). Siin kasutatakse lisaks signaali faasi muutmisele ka selle amplituudi manipuleerimist, mis võimaldab suurendada kodeeritud bittide arvu. Praegu kasutatakse modulatsioone, mille puhul ühel baudiväljal kodeeritud teabebittide arv võib olla kuni 8 ja vastavalt ka signaalipositsioonide arv signaaliruumis - kuni 256. Siiski kasutatakse mitmepunktilise QAM -i kasutamist puhas vorm seisab silmitsi tõsiste probleemidega, mis on seotud ebapiisava kodeerimismüraga. Seetõttu kasutavad kõik kaasaegsed kiirprotokollid seda tüüpi modulatsiooni varianti, nn. modulatsioon võre kodeerimisega või trellis kodeerimisega (TCM, Trellis Coded Modulation), mis võimaldab suurendada teabe edastamise mürataluvust-vähendada kanali signaali-müra suhte nõudeid 3 kuni 6 dB võrra. Selle kodeerimise olemus on koondamise juurutamine. Signaaliruumi kahekordistatakse, lisades infobittidele veel ühe, mis moodustub konvolutsioonilise kodeerimise teel osa teabebittidest ja viiteelementide kasutuselevõtmisega. Sel viisil laiendatud rühm allutatakse samale mitmepositsioonilisele amplituud-faasimodulatsioonile. Vastuvõetud signaali demoduleerimise käigus dekodeeritakse see väga keeruka Vitterbee algoritmi järgi, mis võimaldab lisatud koondamise ja ajaloo tundmise tõttu valida signaaliruumist kõige tõenäolisema punkti maksimaalse tõenäosuse kriteeriumi järgi ja seeläbi määrata infobittide väärtused.
Kahepoolne töö tähendab võimalust edastada teavet mõlemas suunas korraga. Tavaline telefoniliin on tüüpiline dupleksliini näide. See võimaldab teil vestluspartnerile midagi öelda samal ajal, kui ta omakorda üritab teile midagi öelda. Teine küsimus on, kas saate üksteisest aru, kuid need on teie probleemid. Analoogia võib täielikult omistada modemi kommunikatsioonile. Modemi probleem ei seisne kanali suutlikkuses edastada dupleksteavet, vaid selles, et modemi demodulaator suudab tuvastada sisendsignaali oma PBX -seadmest peegelduva väljundsignaali taustal, mis tegelikult muutub müraks. modem. Pealegi võib selle võimsus olla mitte ainult võrreldav, vaid enamikul juhtudel oluliselt ületada vastuvõetud kasuliku signaali võimsust. Seetõttu määravad füüsilise kihi protokolli võimalused, kas modemid suudavad mõlemas suunas teavet üheaegselt edastada.
Millised on dupleksi pakkumise viisid? Kõige ilmsem viis, mis ei nõua modemi arendajatelt erilist kujutlusvõimet, kuid eeldab, et telefonivõrk suudab ühenduda neljajuhtmelise otsikuga, tuleneb mainitud võimalusest. Kui selline võimalus on olemas, kasutatakse sel juhul iga paari teabe edastamiseks ainult ühes suunas.
Kui kahejuhtmelisel liinil töötamisel on vaja pakkuda dupleksi, peate kasutama muid meetodeid. Üks neist on sagedusjaotuse multipleksimine. Kogu kanali ribalaius on jagatud kaheks sageduse alamkanaliks, millest igaüks edastatakse ühes suunas. Edastamise alamkanali valimine toimub ühenduse loomise etapis ja reeglina on see unikaalselt seotud modemi rolliga suhtlusseansis: helistamine või vastamine. Ilmselgelt ei võimalda see meetod ribalaiuse olulise kitsendamise tõttu kanali võimalusi täielikult ära kasutada. Pealegi, et välistada külgharmoonikute tungimist kõrvalasuvasse alamkanalisse, tuleb need eraldada märkimisväärse "tühimikuga", mille tagajärjel ei hõivata sageduse alamkanalid sugugi poolt kogu spektrist. Seega (vt Shannoni valem), seda meetodit kahepoolse side pakkumine piirab teabe edastamise kiirust. Olemasolevad füüsilise kihi protokollid, mis kasutavad sagedusjaotusega multipleksimist, pakuvad sümmeetrilist dupleksühendust kiirusel, mis ei ületa 2400 bps.
Sümmeetriline duplekslausel ei ole juhuslik. Fakt on see, et mitmed protokollid pakuvad ka kiiremat suhtlust, kuid ühes suunas, samas kui tagasikanal on palju aeglasem. Sageduse jagamine toimub sel juhul ribalaiuse poolest ebavõrdsetesse alamkanalitesse. Seda tüüpi kahepoolset suhtlust nimetatakse asümmeetriliseks.
Teine sümmeetrilise dupleksi pakkumise meetod, mida kasutatakse kõigis kiirprotokollides, on kaja tühistamise (kaja kustutamise) tehnoloogia. Selle olemus seisneb selles, et modemid, kellel on teavet oma väljundsignaali kohta, saavad neid teadmisi kasutada vastuvõetud signaalist oma "inimese tekitatud" müra filtreerimiseks. Kommunikatsiooni alustamise etapis määrab iga modem, mis saadab teatud andurisignaali, kajapeegelduse parameetrid: viivitusaeg ja peegeldunud signaali võimsus. Ja kommunikatsiooniseansi ajal "lahutab" modemi kaja tühistaja vastuvõetud sisendsignaalist oma väljundsignaali, mis on korrigeeritud vastavalt kajapeegelduse vastuvõetud parameetritele. See tehnoloogia võimaldab teabe kahepoolseks edastamiseks kasutada kogu kanali ribalaiust, kuid selle rakendamisel on vaja signaali töötlemiseks väga tõsiseid arvutusressursse.
Lõpuks väärib märkimist, et paljud protokollid ei püüa pakkuda täielikku duplekssuhtlust. Need on nn pool-dupleksprotokollid. Eelkõige on kõik faksisuhtluseks mõeldud protokollid poolduplekssed. Sel juhul edastatakse teavet ainult ühes suunas korraga. Pärast teatud osa teabe vastuvõtmist / edastamist lõpetavad mõlemad modemid (faks) sünkroonselt andmeedastussuunda (ping-pong). Kuna probleeme ei ole ülekande alamkanalite vastastikuse läbitungimisega, samuti kajapeegeldusega, iseloomustab pooldupleksseid protokolle üldiselt suurem mürataluvus ja võimalus kasutada kogu kanali ribalaiust. Kanali andmeedastuseks kasutamise efektiivsus on aga väiksem kui dupleksprotokollidel. See on peamiselt tingitud asjaolust, et peaaegu kõik andmeedastusprotokollid, nii andmeside kiht (MNP, V.42) kui ka failiedastuskiht (X, Y, Zmodem, rääkimata BiDirectional tüüpi protokollidest), nõuavad kahte viisil, et vähemalt saadud teavet kinnitada. Ja mis tahes edastussuuna ümberlülitamine nõuab lisaks kasutajateabe järgmise osa edastamise võimatusele õigeaegselt täiendavaid üldkulusid vastuvõtva ja edastava poole vastastikuseks uuesti sünkroniseerimiseks.
Tavaliselt kasutatavad ITU-T modemiprotokollid
See on täisdupleksne, sagedusjaotusega multipleksitud FSK moduleeritud protokoll. Alumisel kanalil (mida tavaliselt kasutab edastav kutsuv modem) edastatakse "1" sagedusel 980 Hz ja "0" sagedusel 1180 Hz. Ülemisel kanalil (mis edastab vastust) edastatakse "1" sagedusel 1650 Hz ja "0" sagedusel 1850 Hz. Modulatsioon ja andmeedastuskiirus on võrdsed - 300 baud, 300 bit / s. Vaatamata väikesele kiirusele, seda protokolli leiab rakendust peamiselt "hädaolukorrana", kui see on võimatu kõrge tase teiste füüsilise kihi protokollide kasutamine. Lisaks kasutatakse seda tänu oma tagasihoidlikkusele ja mürakindlusele spetsiaalsetes kõrgetasemelistes rakendustes, mis nõuavad suurt edastuskindlust. Näiteks modemi vahelise ühenduse loomisel vastavalt uuele V.8 soovitusele või juhtimiskäskude edastamiseks faksiside ajal (ülemine kanal).
See on kahepoolne, sagedusjaotusega multipleksimisprotokoll koos DPSK modulatsiooniga. Alumise kanali kandesagedus (edastab helistaja Hz, ülemine (edastab vastava Hz. Modulatsioonikiirus on 600 baud. Kiirus võib olla 600 või 1200 bps. See protokoll on tegelikult neelatud V.22bis protokolliga.
See on täisdupleks, sagedusjaotus, QAM -i modulatsiooniprotokoll. Alumise kanali kandesagedus (edastab helistaja Hz, ülemine - 2400 Hz. Modulatsioonikiirus - 600 baud. Sellel on neljapositsiooniline (kodeeritud kahekihiline) ja kuueteistkümne positsiooniga (neljakordne kodeeritud) kvadratuuri amplituudmodulatsiooni režiim. teabe kiirus võib olla 1200 või 2400 bit / s. Režiim 1200 bit / s ühildub täielikult V.22-ga, hoolimata erinevat tüüpi modulatsioonist. Fakt on see, et 16-QAM (quadbit) režiimi kaks esimest bitti määravad faasikvadrandi muutus võrreldes eelmise signaalielemendiga ja seetõttu ei vastuta amplituudi eest ning viimane kaks bitti määravad signaalielemendi asukoha amplituudi muutumisega kvadrandis. Seega võib DPSK -d pidada eriliseks QAM -i juhtum, kus kaks viimast bitti oma väärtusi ei muuda. Selle tulemusel valitakse neljast asendist kuueteistkümne erineva kvadrandi positsiooni hulgast, kuid sama positsiooniga kvadrandis, isegi sama amplituudiga. V.22bis protokoll on de facto standard kõik keskmise kiirusega modemid.
See on dupleksprotokoll, millel on kaja tühistamine ja kvadratuuri amplituudmodulatsioon või trellis kodeeritud modulatsioon. Kandesagedus - 1800 Hz, modulatsioonikiirus - 2400 baud. Seega kasutatakse spektrit laiusega 600 kuni 3000 Hz. Sellel on kahepositsioonilised (bitid), neljapositsioonilised (kahekihilised) ja kuueteistkümne positsiooniga (quadbit) QAM-režiimid. Vastavalt sellele võib teabe kiirus olla 2400, 4800 ja 9600 bps. Lisaks on 9600 bps jaoks alternatiivne modulatsioon - 32 -positsiooniline TCM.
See on dupleksprotokoll, millel on kaja tühistamine ja TCM -modulatsioon. See kasutab sama, mis V.32, kandesagedusega 1800 Hz ja modulatsioonikiirusega 2400 baud. Sellel on 16-TCM, 32-TCM, 64-TCM ja 128-TCM režiimid. Vastavalt sellele võib teabe kiirus olla 7200, 9600, 12000 ja 14400 bps. 32-TCM režiim ühildub täielikult vastava V.32 režiimiga. V.32bis on de facto standard kõigile kiiretele modemitele.
Eksootilised ITU-T modemiprotokollid
See on pooldupleksne FSK-protokoll. Sellel on kaks kiiruse režiimi: 600 bps ja 1200 bps. Modulatsioon ja andmeedastuskiirus on võrdsed: vastavalt 600 ja 1200 baud. Mõlemas režiimis edastatakse "1" sagedusel 1300 Hz. 600 bps režiimis edastatakse "0" sagedusel 1700 Hz ja 1200 bps režiimis 2100 Hz. Protokolli rakendamine võib soovi korral sisaldada pöördlinki, mis töötab kiirusel 75 bps, mis muudab protokolli asümmeetriliseks dupleksiks. Edastussagedus "1" tagasivoolukanalis on 390 Hz, "0" - 450 Hz. See protokoll on standardmodemitevahelise sideprotokollina praktiliselt kasutusest välja langenud ja mitte iga standardmodem pole sellega varustatud. Kuid see oli ja on endiselt meie riigis laialt levinud mittestandardsete modemite (näiteks LEXAND) rakendamise aluseks. Ilmselt lihtsuse, kõrge mürataluvuse ja korraliku (võrreldes V.21 -ga) kiiruse tõttu. Lisaks kasutatakse seda protokolli paljudes Euroopa riikides Videotexi infosüsteemis.
V.26, V.26bis, V.26ter
Need kolm protokolli ühendavad modulatsiooni tüübi - DPSK, kandesagedus - 1800 Hz ja modulatsioonikiirus - 1200 baud. Erinevus nende vahel seisneb täisdupleks-side pakkumise võimaluses ja meetodites ning teabe kiiruses. V.26 pakub täisdupleksi ainult nelja juhtmega spetsiaalse liini kaudu, V.26bis on pooldupleksne protokoll, mis on mõeldud kahe juhtmega sissehelistamisliinidele, ja V.26ter pakub täisdupleksi, kasutades kaja tühistamise tehnoloogiat. Lisaks võivad kaks esimest protokolli olla asümmeetriline dupleks, lisades valikuliselt tagasilingi, mis töötab vastavalt punktile V.23 kiirusel 75 bps. Kõik kolm protokolli pakuvad andmeedastuskiirust 2400 bps nelja positsiooni (kahekihilise) DPSK kaudu. V.26bis ja V.26ter on ka kahepositsiooniline (bit) DPSK, mis tagab 1200 bps.
See protokoll kasutab võrega kodeeritud modulatsiooni TCM-i. Selle eesmärk on pakkuda täisdupleksuhtlust nelja juhtmega spetsiaalsetel kanalitel. Kandesagedus on 1800 Hz ja modulatsioonikiirus 2400 baud. Töötab režiimides 64-TCM ja 128-TCM. Vastavalt sellele võib teabe kiirus olla 12000 ja 14400 bps. See protokoll on väga sarnane V.32bis ilma kaja tühistamiseta. Veelgi enam, kui V.33 protokolliga modem on paigaldatud neljajuhtmelisele terminalile enne diferentsiaalkeskjaama süsteemi, saab see suhelda kahejuhtmelisele liinile paigaldatud kaugmooduliga V.32bis.
Tavaliselt kasutatavad ITU-T faksiprotokollid
See protokoll kasutab faasierinevuse modulatsiooni kandesagedusega 1800 Hz. Erineva andmeedastuskiirusega saab kasutada kahte režiimi: 2400 ja 4800 bps. Teabe kiirus 2400 bit / s saavutatakse modulatsioonikiirusega 1200 baud ja kodeerimisdibit (4-positsiooniline DPSK) ning 4800 bps-kiirusega 1600 baud ja lisajõe kodeerimine (8-positsiooniline DPSK). Väärib märkimist, et selle perekonna jaoks on endiselt vähe kasutatud modemiprotokolle-V.27 ja V.27bis, mis erinevad versioonist V.27ter peamiselt kanali tüübi (spetsiaalne neljajuhtmeline) jaoks, mille jaoks need on ette nähtud.
See protokoll kasutab kvadratuuramplituudi modulatsiooni. Kandesagedus - 1700 Hz, modulatsioonikiirus - 2400 baud. Sellel on 8-positsiooniline (lisajõud) ja 16-positsiooniline (quadbit) QAM-režiim. Vastavalt sellele võib teabe kiirus olla 7200 ja 9600 bps.
See protokoll on oma parameetrite poolest V.32bis väga sarnane. See kasutab võre modulatsiooni. Kandesagedus on 1800 Hz ja modulatsioonikiirus 2400 baud. Sellel on 16-TCM, 32-TCM, 64-TCM ja 128-TCM režiimid. Vastavalt sellele võib teabe kiirus olla 7200, 9600, 12000 ja 14400 bps.
Mittestandardsed modemiprotokollid
See AT&T poolt välja töötatud protokoll on modemi arendajatele avatud. Eelkõige on see protokoll lisaks AT&T LSI -dele rakendatud mõnes USA Robotics modemis. Protokoll on tegelikult tehnoloogia V.32bis mehaaniline arendus: kahepoolne koos kaja tühistamisega, võre kodeerimise modulatsioon, modulatsioonikiirus - 2400 baud, kandja - 1800 Hz, teabe kiiruse laiendamine väärtuste 16800 ja 19200 bit / s tõttu kuni 256-TCM ja 512-TCM. Selle lähenemisviisi tagajärjeks on selle protokolli väga ranged nõuded liinile. Nii et näiteks stabiilseks tööks kiirusel 19200 bit / s peab signaali ja müra suhe olema vähemalt 30 dB.
Protokolli töötas välja ZyXEL Communications Corporation ja rakendas oma modemites. See protokoll, nagu V.32terbo, laiendab V.32bis andmeedastuskiirusega 16800 ja 19200 bps, säilitades samal ajal kaja tühistamise tehnoloogia, võrega kodeeritud modulatsiooni ja 1800 Hz kandja. Modulatsioonikiirus 2400 baud säilib ainult 16800 bps. 19200 bps saavutatakse modulatsioonikiiruse suurendamisega 2743 baudini, säilitades mõlema kiiruse puhul 256-TCM modulatsioonirežiimi. See lahendus võimaldab vähendada liini signaali-müra suhte nõuet 2,4 dB võrra, kuid ribalaiuse laienemine võib kanali sagedusreaktsiooni suurte moonutustega negatiivselt mõjutada.
HST (High Speed Technology) protokolli töötas välja USA Robotics ja see rakendati Courier seeria modemites. See on asümmeetriline sagedusjaotusega dupleksprotokoll. Tagasikanalil on režiimid 300 ja 450 bps. Põhikanal on 4800, 7200, 9600, 12000, 14400 ja 16800 bps. Rakendatakse võre modulatsiooni 2400 baud modulatsioonikiirusega. Seda iseloomustab võrdlev lihtsus ja kõrge mürataluvus, mis on tingitud kaja kompenseerimise vajaduse puudumisest ja kanalite vastastikuse mõju puudumisest.
PEP (paketipõhine ansambliprotokoll) perekonna dupleksprotokollid töötas välja Telebit ja rakendas neid TrailBlazer (PEP) ja WorldBlazer (TurboPEP) modemites. Need protokollid kasutavad kiireks andmeedastuseks põhimõtteliselt erineval viisil kõnekanali kogu ribalaiust. Kogu kanal on jagatud paljudeks kitsaribalisteks sagedus-alamkanaliteks, millest igaüks edastab iseseisvalt oma osa bitte üldisest infovoost. Selliseid protokolle nimetatakse mitmekanalilisteks, paralleelseteks või mitme kandjaga protokollideks. PEP -protokollis on kanal jagatud 511 alamkanaliks. Iga umbes 6 Hz laiune alamkanal, mille modulatsioonikiirus on 2 kuni 6 baud, on QAM -kodeeritud 2 kuni 6 bitti baidi kohta. Iga konkreetse kanali maksimaalse läbilaskevõime tagamiseks on mitu vabadusastet, millel on moonutuste ja häirete osas oma omadused. Ühenduse loomise protsessis testitakse iga sageduse alamkanalit iseseisvalt ja määratakse kindlaks selle kasutamise võimalus, samuti parameetrid: alamkanali modulatsioonikiirus ja modulatsioonipositsioonide arv. PEP -protokolli maksimaalne edastuskiirus võib olla kuni 19200 bps. Seansi käigus, kui häireolukord halveneb, võivad alamkanalite parameetrid muutuda ja mõned alamkanalid välja lülituda. Sel juhul ei ületa kiiruse vähendamise vähenemine 100 bit / s. TurboPEP -protokoll, suurendades alamkanalite arvu ja ühes boodivahemikus kodeeritud bittide arvu, võib saavutada kiiruse 23000 bps. Lisaks kasutab TurboPEP protokoll trellis kodeeritud modulatsiooni, mis suurendab protokolli mürataluvust.
Nende protokollide peamised eelised on madal tundlikkus kanali sagedusreaktsiooni moonutuste suhtes ja tunduvalt väiksem tundlikkus impulssmüra suhtes võrreldes traditsiooniliste protokollidega. Kui esimene ei tekita küsimusi, siis on vaja mõningaid kommentaare impulssmüra kohta. Fakt on see, et kuigi impulssmüra "tabab" peaaegu kogu spektri laiust, see tähendab kõikides alamkanalites, tänu tavapärastele protokollidele oluliselt pikemale signaali kestusele (6 baud versus 2400), on müraga moonutatud signaal palju vähem, mis võimaldab mõnel juhul seda tavapäraselt demoduleerida. Ja viimane asi, mis väärib märkimist, on see, et paljudes riikides on seda tüüpi protokollid keelatud kasutada sissehelistamise telefoniahelates. Võib -olla seetõttu, et mitmekanalilised protokollid võimaldavad edukalt töötada isegi liinidel, millele innukad kanaliseerijad on paigaldanud sälkfiltrid (selleks, et ilmselt võtta klientidelt midagi süüdi võimalusest kasutada telefonikanaleid andmete edastamiseks standardsete modemite abil). .
Ja lõpuks
Peaaegu täielik mainimata jätmine viimastest edusammudest ülikiire andmeedastuses telefonikanalite kaudu-projektid V. kiiresti erinevate ettevõtete poolt, V. FC, Rockwell International ja lõpuks soovitus V.34 ITU-T- füüsilise kihi modemi protokollide läbivaatamine võib tunduda keeruline ... Kui aga puudutate veidi teemat V.34, selgub, et see pole lihtsalt järjekordne samm modemiga suhtlemise kiiruse suurendamise suunas, vaid tohutu revolutsiooniline läbimurre soovis valida kõik tooni sageduskanali reservid. . Läbimurre mõnes mõttes maailmapildis, demonstreerides kogu süsteemile lähenemist probleemile ja tuginedes teravale tehnoloogilisele hüppele tööriistades, mis võimaldab jõuda teoreetilisele Shannoni piirile võimalikult lähedale. Ja seepärast väärib see teema eraldi artiklit ...
Alexander Paskovaty, analüütik-TelecomSystems
RS-232 protokoll.
On mitmeid füüsilise kihi protokolle, mis on keskendunud töötamisele selliste portidega nagu UART. Üks neist protokollidest on RS-232.
Lühend RS tähistab soovitatud standardit (st see ei ole de jure standard). RS-232 protokoll määratleb protokolli füüsilise kihi, mida kasutatakse sageli koos UART-iga (see tähendab, et see kasutab edastamiseks asünkroonse käivitamise-peatamise režiimi, füüsilist kodeerimismeetodit NRZ). RS-232 peamised omadused:
· Andmeedastusvahend - vasktraat. Signaal on tasakaalust väljas (potentsiaalne). Sellisel juhul edastatakse signaal kaabli ühe juhtme kaudu, saatjal ja vastuvõtjal on üks klemm, erinevalt diferentsiaalsignaalist (iga signaal edastatakse üksiku paari kaudu). Teine juhe on tavaline (maandatud), mida kasutavad kõik signaalid korraga ja mis on ühendatud vastuvõtja ja saatja ühise väljundvõimsusega. See meetod vähendab ühenduskaabli maksumust, kuid halvendab ka süsteemi mürataluvust.
· Sõlmede arv - alati 2. Esimese sõlme saatja on ühendatud teise vastuvõtjaga ja vastupidi. Sellest lähtuvalt kasutatakse alati täisdupleksoperatsiooni - andmeid edastatakse mõlemas suunas üheaegselt ja sõltumatult.
· Maksimaalne pikkus juhtmed - 15,25 m. edastuskiiruse korral 19,2 Kbps.
· Signaali pingetasemed saatja väljundis: signaal on bipolaarne, loogiline “1” vastab pingele -5 ¸ -15 V., loogiline „0” -+5 ¸ +15 V.
Minimaalsed pingetasemed vastuvõtja sisendis ± 3 V.
· Liinivool - 500 ma (tegelikult toodetud RS -232 draiverid võimaldavad voolu 10 ma piires).
Praegu on suur hulk draivereid, mis teisendavad signaale digitaaltasanditelt (unipolaarne signaal, mida piirab digitaalne võimsus) RS-232 tasemele.
RS-485 protokoll.
Tagab suvalise arvu seadmete lihtsustatud võrdõigusliku (füüsilise) ühenduse andmeliiniga.
Peamised omadused:
· Andmeedastus - alati keerdpaar. Tavaliselt kasutatakse 1 paari (pooldupleksne), võimalik on 2 paari (täisdupleks, mitte standardne). Paarjooned on tähistatud ka tähtedega A ja B. Soovitatav on kasutada varjestatud keerdpaari;
· Edastusmeetod-pooldupleks (ühe paari kasutamisel) või täisdupleks (kahe paari kasutamisel). Viimasel juhul on suhtlusrežiim sarnane RS-422 režiimiga.
· Maksimaalne edastuskaugus - 1220 m kiirusel 100 kbps;
· Maksimaalne edastuskiirus - 10 Mbit / s kuni 15 m kaugusel;
· Saatja signaal on bipolaarne. Joonte A ja B võimalikud suhtarvud: olek 0 - A> B, olek 1 - B> A. Potentsiaalne erinevus A ja B vahel peaks olema 1,5 - 5 V, praegune tase liinis on kuni 250 ma.
Esialgu nägi protokoll ette kuni 32 seadme ühendamist ühe liiniga, kuid liinidraiverite tootjad suurendasid seda arvu 128-256-ni.
1.3.3. Võrgukihid Füüsiline kiht
Füüsiline kiht edastab bitti füüsiliste sidekanalite kaudu, näiteks
Koaksiaalkaabel või keerdpaar. See tähendab, et just see tase edastab andmeid otse. Sellel tasemel määratakse kindlaks diskreetset teavet edastavate elektrisignaalide omadused, näiteks: kodeerimise tüüp, unenäo kiirus, mis see on. See tase hõlmab ka füüsilise andmeedastusmeedia omadusi: ribalaius, laine impedants, mürakindlus. Füüsilise kihi funktsioone rakendab võrguadapter või jadaport. Füüsilise kihi protokolli näide on spetsifikatsioon 100Base-TX(tehnoloogia Ethernet).
Linkikiht ( Andmeside kiht)
Lingikiht vastutab andmete edastamise eest sama kohaliku võrgu sõlmede vahel. Sel juhul mõistetakse sõlme all mis tahes võrku ühendatud seadet. See kiht käsitleb füüsilisi aadresse ( MAC-aadressid), "õmmeldud" tootja poolt võrguadapteritesse. Igal võrguadapteril on oma unikaalsed omadused MAC-aadress, see tähendab, et te ei leia kahte sama võrgukaarti MAC Lingi kiht teisendab ülemisest kihist saadud teabe bittideks, mida füüsiline kiht edastab üle võrgu. See purustab edastatud teabe andmeteks - kaadriteks (raamid)... Just sellel tasemel vahetavad avatud süsteemid personali. Edastamisprotsess näeb välja selline: linkkiht saadab kaadri füüsilisele kihile, mis saadab kaadri võrku. Selle kaadri võtavad vastu kõik võrgu hostid ja kontrollitakse, kas sihtkoha aadress vastab selle hosti aadressile. Kui aadressid kattuvad, võtab linkkiht kaadri vastu ja edastab selle kõrgematele kihtidele. Kui aadressid ei ühti, ignoreerib see lihtsalt kaadrit. Seega edastatakse linkkihi võrk. Kasutatud aastal kohtvõrgud lingi kihi protokollidel on teatud topoloogia. Topoloogia viitab füüsiliste linkide korraldamisele ja nende käsitlemisele. Lingikiht pakub andmete edastamist teatud topoloogiaga võrgu sõlmede vahel, see tähendab, mille jaoks see on loodud. Peamised topoloogiad (vt joonis 1.4) hõlmavad järgmist:
Joonis 1.4.
- Ühine buss
- Helise
- Täht.
Võrgu kiht (Võrgukiht)
See tase moodustab ühtse transpordisüsteemi, mis ühendab mitu võrku. Teisisõnu, võrgukiht pakub Interneti -tööd. Lingikihi protokollid edastavad kaadreid ainult võrgu sees olevate sõlmede vahel sobiva topoloogiaga. Lihtsamalt öeldes - samas võrgus. Te ei saa linkkihi kaadrit saata teise võrgu sõlme. See piirang ei luba ehitada arenenud struktuuriga või üleliigsete linkidega võrke, nimelt Internet on selline võrk. Ehitage üks suur võrk andmeside kihis on see ka füüsiliste piirangute tõttu võimatu. Ja kuigi näiteks lOBase-T spetsifikatsioon võimaldab teil kasutada 1024 sõlme ühes segmendis, ei meeldi selle võrgu jõudlus teile, kuna lingi kihis edastatakse võrku. See tähendab, et andmepakett (kaader) saadetakse korraga kõikidesse võrgu arvutitesse. Kui võrgus on vähe arvuteid ja kiire sidekanal, siis pole see probleem, koormus ei ole kriitiline. Ja kui võrgus on palju arvuteid (1024), siis on võrgu koormus väga suur ja see omakorda mõjutab võrgu interaktsiooni kiirust. Kõik see toob kaasa vajaduse suurte võrkude jaoks teistsuguse lahenduse leidmiseks. See on lahendus, mida võrgukiht on loodud rakendama. Võrgu tasandil tuleks mõistet võrk mõista kui arvutite kogumit, mis on ühendatud vastavalt ühele põhitopoloogiale ja kasutavad andmete edastamiseks üht linkkihi protokolli. Võrgud on ühendatud spetsiaalsete seadmetega - ruuteritega. Ruuter kogub teavet sidumise topoloogia kohta ja edastab selle teabe põhjal võrgukihi paketid sihtvõrku. Sõnumi saatmiseks saatvast arvutist sihtarvutisse, mis asub teises võrgus, peate tegema teatud arvu transiidiülekandeid võrkude vahel. Mõnikord nimetatakse neid ka hoplmiks (inglise keelest hop - jump). Sel juhul valitakse iga kord sobiv marsruut. Postitused TERE"Võrgukihti nimetatakse pakettideks. Samal ajal töötab võrgukihis mitut tüüpi protokolle. Esiteks on need võrguprotokollid, mis tagavad pakettide liikumise üle võrgu, sealhulgas teise võrku. Seetõttu üsna sageli marsruutimisprotokolle nimetatakse võrgukihiks. (marsruutimisprotokollid) - RIP ja OSPF... Teist tüüpi võrgukihis töötavad protokollid on aadressi eraldusprotokollid - Aadressi lahendamise protokoll (ARP)... Kuigi neid protokolle nimetatakse mõnikord linkkihiks. Klassikalised näited võrgukihi protokollidest: IP (TCP / IP -virn), IPX (Novelli virn).
Transpordikiht (Transpordikiht)
Teel saatjalt vastuvõtjale võib pakette rikkuda või kaotada. Mõned rakendused tegelevad andmeedastuse ajal oma veakäsitlusega, kuid enamik eelistab siiski tegeleda usaldusväärse ühendusega, mis on just see, mida transpordikiht on mõeldud pakkuma. See kiht tagab rakenduse või ülemise kihi (seansi või rakenduse) jaoks nõutava pakettide kohaletoimetamise usaldusväärsuse. Transpordikihis on määratletud viis teenuseklassi:
- Kiireloomulisus;
- Katkestatud ühenduse taastamine
- Multipleksimisvõimaluste olemasolu mitme ühenduse jaoks;
- Vea tuvastamine;
- Veaparandus.
Seansi kiht
Seansi kiht loob ja katkestab arvutite vahelised ühendused, haldab nendevahelist dialoogi ning pakub ka sünkroonimisvahendeid. Sünkroonimisvõimalused võimaldavad spetsiifilist juhtimisinfot sisestada pikkadesse ülekannetesse (punktidesse). Tänu sellele saate suhtluskatkestuse korral naasta (viimase punkti juurde) ja jätkata edastamist katkestuskohast. Seanss on loogiline ühendus arvutite vahel. Igal seansil on kolm etappi:
- Ühenduse loomine. Siin sõlmed sõlmivad omavahel läbirääkimisi protokollide ja sideparameetrite üle.
- Teabe edastamine.
- Katkesta ühendus.
Esitluskiht
Esindustasand muudab edastatava teabe vormi, kuid ei muuda selle sisu. Näiteks saab selle taseme vahendeid kasutada teabe teisendamiseks ühest kodeeringust teise. Ka sellel tasemel tehakse andmete krüpteerimist ja dekrüpteerimist. andmevahetus.
Rakenduskiht
See kiht on mitmesuguste protokollide kogum, mille kaudu võrgu kasutajad saavad juurdepääsu jagatud ressurssidele. Andmeühikut nimetatakse sõnumiks. Näited protokollidest: HTTP, FTP, TFTP, SMTP, POP, SMB, NFS.
Kohalikud võrgud ehitati mitut tüüpi füüsilise kihi protokolle kasutades, mis erinevad edastuskandja tüübi, signaalide sagedusvahemiku, signaalitasemete ja kodeerimismeetodite poolest.
Esimesed kaubanduslikult tunnustatud LAN -tehnoloogiad olid patenteeritud lahendused ARCNET (Lisatud Ressurss Arvuti NETwork) ja Märgi rõngas(markerrõngas), kuid eelmise sajandi 90ndate alguses asendati need järk -järgult peaaegu kõikjal protokolliperel põhinevate võrkudega Ethernet.
Selle protokolli töötas välja Xeroxi Palo Alto uurimiskeskus (PARC) 1973. 1980. aastal töötasid Digital Equipment Corporation, Intel Corporation ja Xerox Corporation välja ja võtsid kasutusele Etherneti spetsifikatsiooni (versioon 2.0). Samal ajal korraldati elektri- ja elektroonikainseneride instituudis (IEEE) 802 kohaliku võrgu standardimiskomitee, mille tulemusena võeti vastu standardite perekond IEEE 802.x, mis sisaldab soovitusi alumiste kihtide kujundamiseks. kohalikest võrkudest. See perekond sisaldab mitmeid standardirühmi:
802.1 - võrgustumine.
802.2 - Loogiliste linkide haldamine.
802.3 - mitme juurdepääsuga võrk, operaatoritunnetus ja kokkupõrke tuvastamine (Ethernet).
802.4 - Siini topoloogia LAN, millel on sümboolne möödumine.
802.5 - kohtvõrgu topoloogia "helin" sümboolse edastamisega.
802.6 on suurlinnapiirkondade võrk (MAN).
802.7 - Ringhäälingu tehniline nõuanderühm.
802.8 - fiiberoptiliste tehniliste nõuandjate rühm.
802.9 - integreeritud kõne- / andmesidevõrgud.
802.10 - Võrgu turvalisus.
802.11 - traadita võrk.
802.12 - nõudlusprioriteetne juurdepääs LAN -ile,
lOObaseVG-AnyLan).
802.13 - numbrit ei kasutatud !!!
802.14 - Andmeedastus kaabeltelevisioonivõrkude kaudu (pole aktiivne alates 2000. aastast)
802.15 - traadita isiklikud võrgud (WPAN), nt Bluetooth, ZigBee, 6loWPAN
802.16 - WiMAX traadita võrgud ( Wkogu maailmas Minatöötamatus eest Mmikrolaineahi Access, loeb vene keeles wimax)
802.17 nimetatakse RPR (Resilient Packet Ring). Seda on arendatud alates 2000. aastast kui kaasaegset linna selgroogvõrku.
Igal rühmal on oma alakomitee, mis töötab välja ja võtab vastu uuendused. IEEE 802 seeria standardid hõlmavad kahte OSI mudeli kihti, seni oleme huvitatud ainult nendest ja füüsilist kihti kirjeldavast osast.
Ethernet (802 .3) - LAN mitme juurdepääsuga, operaatori mõttes ja kokkupõrke tuvastamisega.
Ethernet on tänapäeval kõige laialdasemalt kasutatav LAN -protokoll. Lisaks kirjeldab IEEE 802.3 spetsifikatsioon täna mitmeid võimalusi erineva edastusmeedia ja andmeedastuskiirusega kohtvõrgu füüsiliseks rakendamiseks.
Põhiomadus, mis kõigil neil spetsifikatsioonidel on ühine, on juurdepääsu kontrollimise meetod andmeedastusele. Etherneti jaoks see on mitmekordne juurdepääs operaatori tunde ja kokkupõrke tuvastamisega(CSMA / CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Etherneti võrgus on kõik sõlmed võrdsed, puudub nende tegevuse tsentraliseeritud kontroll või võimude diferentseerimine (nagu näiteks Token ringis). Iga sõlm kuulab pidevalt edastuskandjat ja analüüsib kõigi andmepakettide sisu, kui pakett pole selle sõlme jaoks ette nähtud, pole see talle huvitav ega edastata ülemistele tasanditele. Tavaliselt tekivad probleemid edastamise ajal, sest keegi ei garanteeri, et kaks sõlme ei ürita korraga edastada (selle tulemusena ilmub kaablisse kahe signaali märkamatu superpositsioon). Selliste olukordade vältimiseks ( kokkupõrked) enne sõlmimist peab iga sõlm veenduma, et kaablis pole signaale teistest võrguseadmetest ( vedaja juhtimine). Kuid sellest ei piisa, et vältida kokkupõrkeid signaali leviku piiratud kiiruse tõttu edastuskeskkonnas. Võimalik, et mõni teine sõlm on juba edastama hakanud, lihtsalt signaal sellest pole veel jõudnud seadmesse, mida me kaalume. See tähendab, et Etherneti võrgus on olukorrad võimalikud ja normaalsed, kui kaks või enam sõlme üritavad samaaegselt edastada üksteist häirivaid andmeid. Sellise kokkupõrke lahendamise protseduur seisneb selles, et kui tuvastatakse kellegi teise signaali olemasolu kaablis edastamise ajal, peatavad kõik sellisesse olukorda sattunud sõlmed edastamise ja üritavad seda jätkata erinevaid ajavahemikud.
Tõenäolise juurdepääsumeetodi puuduseks on määramatu kaadri transiidi aeg, mis suureneb järsult võrgu koormuse suurenemisega, mis piirab selle kasutamist reaalajasüsteemides.
Vaatleme üksikasjalikumalt kokkupõrke tuvastamise protseduuri ja lubatud võrgusuuruste vastastikust sõltuvust andmeedastuskiirusest ja võrgu kaudu edastatavate teabepakettide pikkusest. Analüüsime lingitasandil Etherneti kaadrite sisu ja sisemist struktuuri. Praegu võtame lihtsalt arvesse, et kui juhi signaali levimiskiirus on töö ajal umbes 200 000 000 m / s Võrguadapter Ethernet IEEE 802.3 andmeedastuskiirusega 10 Mbps, ühe baidi saatmiseks kulub 0,8 μs ja see on umbes 150 m pikkune lainepakett.
Nüüd lähme uuesti pildi juurde. Selleks, et tööjaam "A" teaks, et edastamise ajal toimus kokkupõrge, peab "põrkuvate" signaalide superpositsioon selleni jõudma enne edastuse lõppu. See seab piirangud saadetavate pakettide minimaalsele pikkusele. Tõepoolest, kui kasutate tööjaamade "A" ja "B" vahel kaabli pikkusest lühemaid pakette, on olukord võimalik, kui esimene jaam saadab paketi täielikult (ja on juba otsustanud, et edastamine õnnestus), kuid see pole jõudnud isegi teisele ja tal on õigus igal ajal alustada oma andmete edastamist. Lihtne on veenduda, et selliseid arusaamatusi saab vältida ainult sellise pikkusega pakettide abil, et nende edastamise ajal õnnestub signaal jõuda kõige kaugemasse jaama ja tagasi pöörduda.
Andmeedastuskiirusega 10 Mbps ei mänginud see probleem olulist rolli ja kaadri minimaalne pikkus oli piiratud 64 baidiga. Nende edastamise ajal jõuavad esimesed bitid läbida umbes 10 km ja maksimaalse segmendi pikkusega 500 m võrkude puhul on kõik vajalikud tingimused täidetud.
Kui liigute kiirusele 100 Mbps, vähendatakse minimaalse kaadri pikkust 10 korda. See raskendab oluliselt võrgu parameetreid ja jaamade vaheline maksimaalne kaugus vähendati 100 meetrini.
Kiirusel 1000 Mbps edastatakse 64 baiti vaid 0,512 μs ja seetõttu pidime gigabitistes võrkudes suurendama kaadri minimaalset pikkust 8 korda 512 baitini. Kui kaadri täitmiseks pole piisavalt andmeid, täiendab võrguadapter seda lihtsalt sellise pikkusega tähemärkide jadaga. Seda tehnikat nimetatakse "meedia laiendamiseks".
Lahendades kokkupõrke tuvastamise probleemi, raiskab meedia laiendamine väikeste pakettide edastamisel ribalaiust. Selle teguri mõju vähendamiseks gigabitises Etherneti adapteris on lubatud nendest teatud viisil moodustada üks ühine "normaalse" pikkusega kuni 1518 baiti pikkune kaader mitme lühikese edastusvalmis kaadri juuresolekul.
Lisaks on tehtud ettepanek lubada pikemad kaadrid kui varasemad Etherneti standardid. See ettepanek on ellu viidud nn „jumbo” kaadritena kuni 9018 või isegi rohkem baiti.
IEEE 802.3 määratleb mitu erinevat füüsilise kihi standardit. Igal IEEE 802.3 füüsilise kihi protokolli standardil on nimi.
|
Tehnilised andmed | |||||||
|
Kiirus, Mbps | |||||||
|
Max segmendi pikkus, m | |||||||
|
Ülekande meedium |
50 oomi koaksiaal (paks) |
WOC 1270 nm |
FOC, 830, 1270 nm | ||||
|
Topoloogia | |||||||
|
Ülekande tüüp |
pooldupleksne |
Tabelist on näha, et algne ühine siinitopoloogia (paks Ethernet, õhuke Ethernet) asendati kiiresti tähega.
TokenRing (IEEE 802.5)
IBM tutvustas Token Ringit 1984. aastal osana oma väljapakutud viisist ühendada kogu IBMi arvutid ja arvutisüsteemid. 1985. aastal võttis sellel tehnoloogial põhinev IEEE 802 komitee vastu standardi IEEE 802.5. Põhiline erinevus Ethernetist - deterministlik met Keskkonna juurdepääsukood eelmääratud järjekorras. Rakendatud juurdepääs tokenite edastamisega (kasutatakse ka ARCneti ja FDDI võrkudes).
Ring -topoloogia tähendab teabe korrapärast edastamist ühest jaamast teise ühes suunas, rangelt lisamise järjekorras. Rõnga loogilist topoloogiat rakendatakse füüsilise tähe alusel, mille keskel on mitmejaama juurdepääsuseade (MSAU).
Igal ajahetkel saab andmeid edastada ainult üks salvestatud jaam marker ülesmört(märk). Andmete edastamisel tehakse markeri päisesse hõivatud märk ja marker muutub kaadri alguses kaadriks. Ülejäänud jaamad edastavad kaadrit haaval eelmisest (ülesvoolu) jaamast järgmisesse (allavoolu). Jaam, millele praegune kaader on adresseeritud, salvestab selle koopia oma puhverisse edasiseks töötlemiseks ja edastab selle edasi mööda rõngast, tehes kviitungi märgi. Seega jõuab raam piki rõngast saatejaama, mis eemaldab selle rõngast (ei edasta edasi). Kui jaam lõpetab saatmise, märgib see markeri vabaks ja edastab selle edasi mööda rõngast. Aeg, mille jooksul jaamal on õigus markerit kasutada, on reguleeritud. Markeri püüdmine toimub jaamadele määratud prioriteetide alusel.
Kui sõlmede aktiivsus suureneb, väheneb igale sõlmele eraldatud ribalaius, kuid jõudluse halvenemine ei toimu (nagu Ethernetis). Lisaks võimaldavad prioritiseerimise mehhanism ja märgi hoidmise ajapiirangud privilegeeritud hostidel eraldada garanteeritud ribalaiust olenemata üldisest võrgukoormusest. Ühes rõngas ei tohiks sõlmede arv ületada 260 (Etherneti segment lubab teoreetiliselt 1024 sõlme). Edastuskiirus on 16 Mbps, kaadri suurus võib olla kuni 18,2 kb.
Pakettide edastamise ajapiirang sisse Token-Ring 10 ms Maksimaalse arvu 260 abonendi korral on rõnga täielik tsükkel 260 x 10 ms = 2,6 s. Selle aja jooksul saavad kõik 260 tellijat oma paketid üle kanda (kui neil muidugi midagi üle kanda on). Selle aja jooksul jõuab tasuta marker kindlasti iga tellijani. Sama intervall on juurdepääsuaja ülemine piir Token-Ring
Aleksander Gorjatšov, Aleksei Niskovski
Selleks, et võrgu serverid ja kliendid saaksid suhelda, peavad nad töötama sama sideprotokolli kasutades, st peavad "rääkima" sama keelt. Protokoll määratleb reeglite kogumi teabevahetuse korraldamiseks võrguobjektide vahelise suhtluse kõigil tasanditel.
Suhtlemiseks on olemas võrdlusmudel avatud süsteemid(Open System Interconnection Reference Model), mida sageli nimetatakse OSI mudeliks. Selle mudeli töötas välja Rahvusvaheline Standardiorganisatsioon (ISO). OSI mudel kirjeldab võrguobjektide interaktsiooni skeemi, määratleb ülesannete loendi ja andmeedastuse reeglid. See sisaldab seitset taset: füüsiline (füüsiline - 1), kanal (Data -Link - 2), võrk (võrk - 3), transport (transport - 4), seanss (seanss - 5), andmete esitlus (esitlus - 6) ja rakendatud (Taotlus - 7). Arvatakse, et kaks arvutit saavad OSI mudeli teatud kihis omavahel suhelda, kui nende tarkvara, mis rakendab selle kihi võrgufunktsioone, tõlgendab samu andmeid samamoodi. Sel juhul luuakse kahe arvuti vahel otsene side, mida nimetatakse "punkt-punkti".
OSI mudeli rakendusi protokollide järgi nimetatakse protokollivirnadeks. OSI mudeli kõiki funktsioone on võimatu rakendada ühe kindla protokolli raames. Tavaliselt rakendatakse konkreetse kihi ülesandeid ühe või mitme protokolliga. Üks arvuti peab käitama protokolle samast virnast. Sel juhul saab arvuti samaaegselt kasutada mitut protokollipinu.
Vaatleme OSI mudeli igal tasandil lahendatud ülesandeid.
Füüsiline kiht
Sellel OSI mudeli tasemel on määratletud järgmised võrgukomponentide omadused: sidekandjaühenduste tüübid, füüsilised võrgutopoloogiad, andmeedastusmeetodid (digitaalse või analoogsignaali kodeerimisega), edastatud andmete sünkroonimise tüübid, sidekanalite eraldamine kasutades sageduse ja aja multipleksimist.
OSI füüsilise kihi protokolli rakendused koordineerivad bitiedastuse reegleid.
Füüsiline kiht ei sisalda ülekandekandja kirjeldust. Füüsilise kihi protokollide rakendused on aga konkreetse edastusmeediumi jaoks spetsiifilised. Füüsiline kiht on tavaliselt seotud järgmiste võrguseadmete ühendamisega:
- kontsentraatorid, jaoturid ja kordurid, mis regenereerivad elektrisignaale;
- ülekandekandja ühenduspistikud, mis pakuvad mehaanilist liidest seadme ühendamiseks ülekandekandjaga;
- modemid ja mitmesugused teisendusseadmed, mis teostavad digitaalseid ja analoogmuundusi.
See mudeli kiht määratleb ettevõtte võrgu füüsilised topoloogiad, mis on loodud standardsete topoloogiate põhikomplekti abil.
Põhikomplekti esimene on siinitopoloogia. Sellisel juhul on kõik võrguseadmed ja arvutid ühendatud ühise andmesiiniga, mis on kõige sagedamini moodustatud koaksiaalkaabli abil. Ühist bussi moodustavat kaablit nimetatakse selgrooks. Igast siiniga ühendatud seadmest edastatakse signaal mõlemas suunas. Signaali eemaldamiseks kaablist tuleb siini otstes kasutada spetsiaalseid terminaatoreid. Liini mehaanilised kahjustused mõjutavad kõigi sellega ühendatud seadmete tööd.
Rõnga topoloogia näeb ette kõigi võrguseadmete ja arvutite ühendamise füüsilises rõngas (rõngas). Selles topoloogias edastatakse teave ring ümber rõnga alati ühes suunas - jaamast jaama. Igal võrguseadmel peab olema sisendkaablil info vastuvõtja ja väljundis saatja. Mehaanilised kahjustused teabe edastamise meedium ühes rõngas mõjutab kõigi seadmete tööd, kuid topeltrõnga abil ehitatud võrkudel on reeglina tõrketaluvus ja isetervendavad funktsioonid. Kahekordsele rõngale ehitatud võrkudes edastatakse sama teavet mööda rõngast mõlemas suunas. Kui kaabel on kahjustatud, jätkab rõngas ühekordse rõnga režiimis töötamist kahekordse pikkusega (isetervendavad funktsioonid määratakse kasutatava riistvara järgi).
Järgmine topoloogia on tähe topoloogia ehk täht. See näeb ette keskseadme olemasolu, millega teised võrguseadmed ja arvutid on taladega ühendatud (eraldi kaablid). Tähtvõrkudel on üks ebaõnnestumise koht. See punkt on keskne seade. Keskseadme rikke korral ei saa kõik teised võrgus osalejad omavahel teavet vahetada, kuna kogu vahetus toimus ainult keskseadme kaudu. Sõltuvalt keskseadme tüübist saab ühest sisendist saadud signaali edastada (võimendusega või ilma) kõikidesse väljunditesse või teatud väljundisse, millega seade - teabe vastuvõtja on ühendatud.
Võrgusilma topoloogia on väga vastupidav. Sarnase topoloogiaga võrkude ehitamisel on kõik võrguseadmed või arvutid ühendatud kõigi teiste võrgukomponentidega. See topoloogia on ülearune ja seega ebapraktiline. Tõepoolest, väikestes võrkudes kasutatakse seda topoloogiat harva, kuid suurtes ettevõtete võrkudes saab kõige olulisemate sõlmede ühendamiseks kasutada täielikult ühendatud topoloogiat.
Kaalutud topoloogiad ehitatakse kõige sagedamini kaabliühenduste abil.
Teine topoloogia, mis kasutab traadita ühendusi, on mobiilside. Selles ühendatakse võrguseadmed ja arvutid tsoonideks - rakkudeks (rakkudeks), suheldes ainult raku transiiveriga. Teabe edastamine rakkude vahel toimub vastuvõtuseadmete abil.
Lingi kiht
See tase määratleb võrgu loogilise topoloogia, andmeedastusmeediumile juurdepääsu saamise reeglid, lahendab loogilises võrgus olevate füüsiliste seadmetega tegelemise ja võrguseadmete vahelise teabeedastuse (edastus- ja teenusühenduste sünkroonimise) juhtimisega seotud probleemid.
Linkikihi protokollid määratlevad:
- füüsilise kihi bittide korraldamise reeglid ( binaarühikud ja nullid) loogilistesse teaberühmadesse, mida nimetatakse raamideks või kaadriteks. Raam on linkkihi andmeüksus, mis koosneb külgnevast päise ja otsaga rühmitatud bittide järjestusest;
- edastusvigade avastamise (ja mõnikord parandamise) reeglid;
- voolu juhtimise reeglid (OSI mudeli sellel tasemel töötavate seadmete puhul, näiteks sillad);
- reeglid võrgu arvutite tuvastamiseks nende füüsiliste aadresside järgi.
Nagu enamik teisi kihte, lisab andmeside kiht andmepaketi algusesse oma juhtimisinfo. See teave võib sisaldada lähte- ja sihtkoha aadresse (füüsiline või riistvara), kaadri pikkuse teavet ja aktiivse ülemise kihi protokolle.
Tavaliselt on andmeedastuse kihiga seotud järgmised võrgupistikud:
- sillad;
- nutikad jaoturid;
- lülitid;
- võrguliidese kaardid (võrguliidese kaardid, adapterid jne).
Lingikihi funktsioonid on jagatud kaheks alamtasandiks (tabel 1):
- meedia juurdepääsu kontroll (MAC);
- Loogiline linkide kontroll (LLC)
Alamkiht MAC määratleb sellised andmeside kihi elemendid nagu võrgu loogiline topoloogia, edastusmeediumile juurdepääsu meetod ja võrguüksuste vahelise füüsilise adresseerimise reeglid.
Lühendit MAC kasutatakse ka võrguseadme füüsilise aadressi määramiseks: füüsiline aadress Seadet (mis on tootmise ajal võrguseadmes või võrgukaardis määratletud) nimetatakse sageli selle seadme MAC -aadressiks. Suure hulga võrguseadmete, eriti võrgukaartide puhul on võimalik programmiliselt muuta MAC -aadressi. Tuleb meeles pidada, et OSI mudeli andmeside kiht seab piirangud MAC -aadresside kasutamisele: ühes füüsilises võrgus (suurema võrgu segment) ei saa olla kahte või enamat seadet, mis kasutavad samu MAC -aadresse. Võrguobjekti füüsilise aadressi määramiseks võib kasutada mõistet "sõlme aadress". Sõlme aadress on enamasti sama mis MAC -aadress või määratakse loogiliselt tarkvara aadressi ümberpaigutamisega.
LLC alamkiht määratleb ühenduste edastamise ja teenuste sünkroonimise reeglid. See andmeside kihi alamkiht suhtleb tihedalt OSI mudeli võrgukihiga ja vastutab füüsiliste (kasutades MAC -aadresse) ühenduste usaldusväärsuse eest. Võrgu loogiline topoloogia määratleb võrgu arvutite vahelise andmeedastuse viisi ja reeglid (järjestuse). Võrguobjektid edastavad andmeid sõltuvalt võrgu loogilisest topoloogiast. Füüsiline topoloogia määratleb andmete füüsilise tee; kuid mõnel juhul ei kajasta füüsiline topoloogia võrgu toimimisviisi. Tegeliku andmekäigu määrab loogiline topoloogia. Andmete edastamiseks loogilisel teel, mis võib füüsilise andmekandja teest erineda, kasutatakse võrguühendusseadmeid ja edastuskandjale juurdepääsu skeeme. Hea näide füüsilise ja loogilise topoloogia erinevustest on IBMi Token Ring. Token Ring LAN -id kasutavad sageli vaskkaablit, mis on juhitud tähtkonfiguratsioonis keskse jaoturi (jaoturiga). Erinevalt tavalisest tähetopoloogiast ei edasta jaotur sissetulevaid signaale kõigile teistele ühendatud seadmetele. Rummu siseskeem saadab järjestikku iga sissetuleva signaali järgmisele seadmele etteantud loogilise rõngana, see tähendab ringikujuliselt. Selle võrgu füüsiline topoloogia on täht ja loogiline topoloogia on rõngas.
Teine näide füüsilise ja loogilise topoloogia erinevustest on Ethernet. Füüsilist võrku saab ehitada vaskkaablite ja keskseadme abil. Füüsiline võrgustik moodustub tähe topoloogias. aga Etherneti tehnoloogia näeb ette teabe edastamise ühest arvutist kõigile teistele võrgus olevatele. Rummu peab edastama ühelt oma pordilt saadud signaali kõigile teistele portidele. Moodustatakse siini topoloogiaga loogiline võrk.
Võrgu loogilise topoloogia määramiseks peate mõistma, kuidas signaale selles võetakse vastu:
- loogilistes siinitopoloogiates võtavad kõik signaalid vastu kõik seadmed;
- loogilise rõnga topoloogia puhul võtab iga seade vastu ainult neid signaale, mis saadeti spetsiaalselt sellele.
Samuti on oluline teada, kuidas võrguseadmed pääsevad ülekandekandjale juurde.
Juurdepääs ülekandekandjale
Loogilised topoloogiad kasutavad erireegleid, et kontrollida luba teabe edastamiseks teistele võrguobjektidele. Juhtimisprotsess kontrollib juurdepääsu andmeedastusele. Mõelge võrgule, kus kõigil seadmetel on lubatud töötada ilma edastusmeediumile juurdepääsu saamise reegliteta. Kõik sellise võrgu seadmed edastavad teavet kohe, kui andmed on valmis; need ülekanded võivad mõnikord ajaliselt kattuda. Kattuvuse tagajärjel moonutatakse signaale ja edastatud andmed kaovad. Seda olukorda nimetatakse kokkupõrkeks. Kokkupõrked ei võimalda korraldada usaldusväärset ja tõhusat teabe edastamist võrguobjektide vahel.
Kokkupõrked võrgus laienevad füüsilistele võrgusegmentidele, millega võrguobjektid on ühendatud. Sellised ühendused moodustavad ühtse kokkupõrke ruumi, milles kokkupõrgete mõju laieneb kõigile. Kokkupõrkealade suuruse vähendamiseks füüsilise võrgu segmenteerimise abil saate kasutada sildu ja muid võrguseadmeid, millel on lingikihi liikluse jaoks filtreerimisfunktsioonid.
Võrk ei saa normaalselt töötada enne, kui kõik võrguobjektid suudavad kokkupõrkeid juhtida, hallata või kõrvaldada. Võrkudes on vaja mõnda meetodit, et vähendada kokkupõrgete arvu, samaaegsete signaalide häireid (kattumist).
Olemas standardmeetodid juurdepääs edastusmeediumile, mis kirjeldab reegleid, mille alusel kontrollitakse võrguseadmete teabe edastamise luba: rass, žetoonide edastamine ja küsitlus.
Enne protokolli valimist, mis rakendab ühte neist andmeedastusmeediumile juurdepääsu meetoditest, peaksite pöörama erilist tähelepanu järgmistele teguritele:
- ülekannete olemus - pidev või impulss;
- andmeedastuste arv;
- vajadus edastada andmeid rangelt kindlaksmääratud ajavahemike järel;
- võrgus olevate aktiivsete seadmete arv.
Kõik need tegurid koos eeliste ja puudustega aitavad kindlaks teha, milline meediumile juurdepääsu meetod on kõige sobivam.
Konkurents. Vaidlustel põhinevad süsteemid eeldavad, et meediale pääseb juurde kes ees, see mees. Teisisõnu, iga võrguseade võitleb ülekandekandja üle kontrolli eest. Võistlussüsteemid on konstrueeritud nii, et kõik võrgus olevad seadmed saavad andmeid edastada ainult vastavalt vajadusele. See tava viib lõpuks andmete osalise või täieliku kadumiseni, sest kokkupõrked tegelikult toimuvad. Kui iga uus seade võrku lisatakse, võib kokkupõrgete arv plahvatuslikult suureneda. Kokkupõrgete arvu suurenemine vähendab võrgu jõudlust ja teabe edastamiskandja täieliku küllastumise korral vähendab see võrgu jõudlust nullini.
Kokkupõrgete arvu vähendamiseks on välja töötatud spetsiaalsed protokollid, milles rakendatakse teabe edastamise andmekandja kuulamise funktsioon enne jaama andmete edastamist. Kui kuulamisjaam tuvastab signaali (teisest jaamast), siis hoidub ta teabe edastamisest ja proovib seda hiljem korrata. Neid protokolle nimetatakse CSMA (Carrier Sense Multiple Access) protokollideks. CSMA protokollid vähendavad oluliselt kokkupõrgete arvu, kuid ei kõrvalda neid täielikult. Sellegipoolest tekivad kokkupõrked, kui kaks jaama küsitlevad kaablit: nad ei tuvasta signaale, otsustavad, et andmeedastusmeedium on vaba, ja alustavad samaaegselt andmete edastamist.
Selliste võistlevate protokollide näited on:
- Carrier Sense'i mitme juurdepääsu / kokkupõrke tuvastamine (CSMA / CD);
- Carrier Sense'i mitmekordne juurdepääs / kokkupõrke vältimine (CSMA / CA).
CSMA / CD -protokollid. CSMA / CD -protokollid mitte ainult ei kuula enne edastamist kaablit, vaid tuvastavad ka kokkupõrkeid ja algatavad uuesti saatmise. Kokkupõrke tuvastamisel lähtestavad andmeid edastavad jaamad juhuslike väärtustega spetsiaalsed sisemised taimerid. Taimerid hakkavad loendama ja nulli jõudes peaksid jaamad proovima andmeid uuesti edastada. Kuna taimerid lähtestati juhuslike väärtustega, proovib üks jaamad andmeid enne teist edastada. Vastavalt sellele määrab teine jaam kindlaks, et andmeedastusmeedium on juba hõivatud, ja ootab, kuni see vabaks saab.
CSMA / CD -protokollide näited on Etherneti versioon 2 (Ethernet II, DEC Corporation) ja IEEE802.3.
CSMA / CA protokollid. CSMA / CA kasutab selliseid skeeme nagu juurdepääs aja viiludeks või meediumile juurdepääsu taotluse saatmine. Ajalõikude kasutamisel saab iga jaam teavet edastada ainult selle jaama jaoks rangelt määratud aegadel. Sel juhul peab võrk rakendama ajaviilude haldamise mehhanismi. Iga uus võrku ühendatud jaam teatab oma ilmumisest, algatades seeläbi ajaviilude ümberjaotamise teabe edastamiseks. Kui kasutatakse ülekandekandjale juurdepääsu tsentraliseeritud juhtimist, genereerib iga jaam spetsiaalse edastustaotluse, mis on adresseeritud juhtjaamale. Keskjaam reguleerib kõigi võrguobjektide juurdepääsu ülekandekandjale.
CSMA / CA näide on Apple Computeri LocalTalki protokoll.
Võistluspõhised süsteemid sobivad kõige paremini tiheda liiklusega (suured failiedastused) võrkudes, kus on suhteliselt väike kogus kasutajatele.
Markeri ülekandesüsteemid. Märkide edastamise süsteemides edastatakse väike kaader (žetoon) kindlas järjekorras ühest seadmest teise. Märk on erisõnum, mis edastab meediumi ajutise juhtimise seadet, mis omab märki. Märgiülekanne jaotab juurdepääsukontrolli võrguseadmete vahel.
Iga seade teab, millisest seadmest ta märgi saab ja millisesse seadmesse ta selle saatma peaks. Tavaliselt on need seadmed sümboolse omaniku lähimad naabrid. Iga seade võtab märgi perioodiliselt kontrolli alla, täidab oma toiminguid (edastab teavet) ja edastab seejärel märgi kasutamiseks järgmisele seadmele. Protokollid piiravad iga seadme poolt tokeni juhtimisaega.
Märkide ülekandmise protokolle on mitu. Kaks märgi edastamist kasutavat võrgustandardit on IEEE 802.4 Token Bus ja IEEE 802.5 Token Ring. Token Bus kasutab luba läbiva juurdepääsu kontrolli ja füüsilist või loogilist siinitopoloogiat, samas kui Token Ring kasutab žetooni läbivat juurdepääsu kontrolli ja füüsilist või loogilist helinatopoloogiat.
Märki edastavaid võrke tuleks kasutada siis, kui on ajast sõltuv prioriteetne liiklus, näiteks digitaalsed heli- või videoandmed, või kui kasutajaid on väga palju.
Uuring. Küsitlus on juurdepääsumeetod, mis eraldab meediumile juurdepääsu otsustajaks ühe seadme (mida nimetatakse kontrolleriks, esmaseks või "põhiseadmeks"). See seade küsitleb kõiki teisi (teiseseid) seadmeid teatud eelmääratud järjekorras, et näha, kas neil on edastatavat teavet. Teiseselt seadmelt andmete vastuvõtmiseks saadab esmane seade sellele päringu ja võtab seejärel teiseseadmelt andmed vastu ning edastab need vastuvõtvale seadmele. Seejärel küsib esmane seade teist teiseseadet, võtab sealt andmeid vastu jne. Protokoll piirab andmete hulka, mida iga teiseseade saab pärast küsitlust edastada. Küsitlussüsteemid sobivad ideaalselt ajatundlike võrguseadmete jaoks, näiteks seadmete automatiseerimine.
See kiht pakub ka ühendusteenust. Ühendusteenust on kolme tüüpi:
- tunnustamata ühenduseta teenus - saadab ja võtab vastu kaadreid ilma voolukontrollita ning ilma vea või pakettjärjestuse juhtimiseta;
- ühendusele orienteeritud teenus - pakub voogude juhtimist, veakontrolli ja pakettjärjestuse juhtimist, väljastades kviitungeid (kinnitusi);
- tunnustatud ühenduseta teenus - kasutab kviitungeid voo juhtimiseks ja kahe võrgusõlme vaheliste vigade juhtimiseks.
Lingikihi LLC alamkiht võimaldab ühe kaudu töötades samaaegselt kasutada mitut võrguprotokolli (erinevatest protokollipakkidest) võrguliides... Teisisõnu, kui arvutisse on installitud ainult üks võrgukaart, kuid on vaja töötada erinevate tootjate erinevate võrguteenustega, siis pakub kliendivõrgu tarkvara täpselt LLC alamtasemel sellise töö võimalust.
Võrgu kiht
Võrgukiht määrab reeglid andmete edastamiseks loogiliste võrkude vahel, võrguseadmete loogiliste aadresside moodustamiseks, marsruutimisinfo määratlemiseks, valimiseks ja hooldamiseks, lüüside (lüüside) toimimiseks.
Võrgukihi peamine eesmärk on lahendada andmete teisaldamise (edastamise) probleem võrgu määratud punktidesse. Andmete edastamine võrgukihis on üldiselt sarnane andmete edastamisega OSI mudeli andmeside kihis, kus andmete edastamiseks kasutatakse seadmete füüsilist aadressimist. Lingikihi aadressimine viitab aga ainult ühele loogilisele võrgule, see kehtib ainult selles võrgus. Võrgukiht kirjeldab teabe edastamise meetodeid ja vahendeid paljude sõltumatute (ja sageli heterogeensete) loogiliste võrkude vahel, mis kokku ühendades moodustavad ühe suure võrgu. Sellist võrku nimetatakse internetitööks ja teabe edastamist võrkude vahel internetitööks.
Andmeside kihi füüsilise adresseerimise abil edastatakse andmed kõikidesse sama loogilise võrgu seadmetesse. Iga võrguseade, iga arvuti määrab vastuvõetud andmete eesmärgi. Kui andmed on mõeldud arvutile, siis ta töötleb neid, aga kui ei, siis ignoreerib.
Vastupidiselt andmeside kihile saab võrgukiht valida võrgutöös kindla marsruudi ja vältida andmete saatmist nendesse loogilistesse võrkudesse, kuhu andmed ei ole adresseeritud. Võrgukiht teeb seda lülitamise, võrgukihi adresseerimise ja marsruutimisalgoritmide kaudu. Võrgukiht vastutab ka andmete õigete marsruutide pakkumise eest heterogeensete võrkude omavahel ühendatud võrgus.
Võrgukihi rakendamise elemendid ja meetodid on määratletud järgmiselt.
- kõigil loogiliselt eraldatud võrkudel peavad olema unikaalsed võrguaadressid;
- vahetamine määrab, kuidas ühendused luuakse kogu Interneti -töös;
- võime rakendada marsruutimist nii, et arvutid ja ruuterid määravad parima tee andmete läbimiseks ühendatud võrku;
- võrk osutab ühendusteenust erinevatel tasanditel, sõltuvalt eeldatavast vigade arvust ühendatud võrgus.
Sellel OSI mudeli tasemel töötavad ruuterid ja mõned lülitid.
Võrgukiht määratleb võrguobjektide loogiliste võrguaadresside moodustamise reeglid. Suures omavahel ühendatud võrgus peab igal võrguüksusel olema kordumatu loogiline aadress. Loogilise aadressi moodustamisega on seotud kaks komponenti: loogiline võrguaadress, mis on ühine kõigile võrguobjektidele, ja võrguobjekti loogiline aadress, mis on selle objekti jaoks ainulaadne. Võrguobjekti loogilise aadressi moodustamisel võib kasutada kas objekti füüsilist aadressi või määrata suvalise loogilise aadressi. Loogilise adresseerimise kasutamine võimaldab korraldada andmete edastamist erinevate loogiliste võrkude vahel.
Iga võrguobjekt, iga arvuti saab korraga täita mitmeid võrgufunktsioone, tagades töö erinevaid teenuseid... Teenustele juurdepääsemiseks kasutatakse spetsiaalset teenuse identifikaatorit, mida nimetatakse pordiks või pistikupesaks. Teenusele juurdepääsemisel järgneb teenuse identifikaator kohe teenust osutava arvuti loogilisele aadressile.
Paljudes võrkudes on loogiliste aadresside ja teenuse identifikaatorite rühmad reserveeritud konkreetsete etteantud ja tuntud toimingute tegemiseks. Näiteks kui on vaja saata andmed kõikidele võrguobjektidele, saadetakse need spetsiaalsele ringhäälinguaadressile.
Võrgukiht määratleb reeglid andmete edastamiseks kahe võrguobjekti vahel. Seda ülekannet saab teha lülitamise või marsruutimise abil.
Andmeedastuse vahetamiseks on kolm meetodit: vooluahela vahetamine, sõnumite vahetamine ja pakettide vahetamine.
Vooluahela lülituse kasutamisel luuakse saatja ja vastuvõtja vahel andmeedastuskanal. Seda kanalit kasutatakse kogu suhtlusseansi ajal. Selle meetodi kasutamisel on võimalikud pikad viivitused kanalite eraldamisel piisava ribalaiuse puudumise, lülitusseadmete ülekoormuse või vastuvõtja hõivatuse tõttu.
Sõnumite vahetamine võimaldab teil kogu (katkematu) sõnumi salvestada ja edastada. Iga vaheseade saab sõnumi, salvestab selle kohapeal ja kui side kanal, mille kaudu see teade saadetakse, vabastatakse, saadab selle. See meetod sobib hästi e-kirjade saatmiseks ja elektroonilise dokumendihalduse korraldamiseks.
Pakettide vahetamine ühendab kahe eelneva meetodi eelised. Iga suur sõnum jagatakse väikesteks pakettideks, millest igaüks saadetakse järjest saajale. Ühendatud võrku läbides määratakse iga paketi jaoks parim tee sellel ajahetkel. Selgub, et ühe sõnumi osad võivad adressaadile tulla erinevatel aegadel ja alles pärast kõigi osade kokkupanemist saab adressaat saadud andmetega töötada.
Iga kord, kui määrate andmete jaoks edasise tee, peate valima parima marsruudi. Parima tee määramise ülesannet nimetatakse marsruutimiseks. Seda ülesannet täidavad ruuterid. Ruuterite ülesanne on määrata kindlaks võimalikud andmeedastusteed, säilitada marsruutimisinfo ja valida parimad marsruudid. Marsruutimist saab teha staatilisel või dünaamilisel viisil. Staatilise marsruutimise määramisel tuleb kõik suhted loogiliste võrkude vahel täpsustada ja need ei tohi muutuda. Dünaamiline marsruutimine eeldab, et ruuter saab määratleda uusi teid või muuta teavet vanade kohta. Dünaamiline marsruutimine kasutab spetsiaalseid marsruutimisalgoritme, millest levinumad on kauguse vektor ja lingi olek. Esimesel juhul kasutab ruuter naaberruuterite võrgustruktuuri kohta kasutatud teavet. Teisel juhul töötab ruuter teabega oma suhtluskanalite kohta ja suhtleb spetsiaalse ruuteriga, et luua täielik võrgukaart.
Parima marsruudi valikut mõjutavad kõige sagedamini sellised tegurid nagu marsruuterit läbivate hüppete arv (hüppete arv) ja sihtvõrku jõudmiseks vajalike puukide arv (ajaühikud) (puukide arv).
Võrgukihi ühendusteenus töötab, kui OSI lingikihi LLC alamkihi ühenduse teenust ei kasutata.
Ühendatud võrgu ehitamisel on vaja ühendada loogilised võrgud, mis on ehitatud erinevate tehnoloogiate abil ja pakuvad mitmesuguseid teenuseid. Võrgu toimimiseks peavad loogilised võrgud suutma andmeid õigesti tõlgendada ja teavet juhtida. See ülesanne täidetakse lüüsiga, mis on seade või rakendusprogramm mis tõlgib ja tõlgendab ühe loogilise võrgu reegleid teise reegliteks. Üldiselt saab väravaid rakendada mis tahes OSI mudeli tasemel, kuid enamasti rakendatakse neid mudeli ülemistel tasanditel.
Transpordikiht
Transpordikiht võimaldab varjata füüsilist ja loogiline struktuur võrgud OSI mudeli ülemiste kihtide rakendustest. Rakendused töötavad ainult teenindusfunktsioonidega, mis on üsna universaalsed ega sõltu võrgu füüsilisest ja loogilisest topoloogiast. Loogiliste ja füüsiliste võrkude funktsioone rakendatakse eelmistel kihtidel, kus transpordikiht edastab andmeid.
Transpordikiht kompenseerib sageli usaldusväärsete või ühendusele orienteeritud ühendusteenuste puudumise alumistel kihtidel. Mõiste "usaldusväärne" ei tähenda, et kõik andmed edastatakse kõigil juhtudel. Transpordikihi protokollide usaldusväärsed rakendused võivad tavaliselt andmete edastamist kinnitada või ümber lükata. Kui andmeid ei edastata vastuvõtvasse seadmesse õigesti, võib transpordikiht uuesti edastada või teavitada kõrgemaid kihte, et neid ei saa edastada. Ülemised tasemed võivad seejärel võtta vajalikud parandusmeetmed või anda kasutajale valiku.
Paljud arvutivõrkude protokollid pakuvad kasutajatele võimalust töötada keeruliste ja raskesti meeldejäävate tähtnumbriliste aadresside asemel lihtsate nimedega loomulikus keeles. Aadressi / nime eraldusvõime on funktsioon nimede ja tähtnumbriliste aadresside tuvastamiseks või vastendamiseks. Seda funktsiooni saavad täita kõik võrgu üksused või spetsiaalsed teenusepakkujad, mida nimetatakse kataloogiserveriteks, nimeserveriteks jne. Järgmised määratlused klassifitseerivad aadressi / nime tõlkimise meetodeid:
- teenuse tarbija algatamine;
- algatamist teenusepakkuja poolt.
Esimesel juhul viitab võrgukasutaja teenusele selle loogilise nimega, teadmata teenuse täpset asukohta. Kasutaja ei tea, kas see teenus on praegu saadaval. Juurdepääsul kaardistatakse loogiline nimi füüsilisele nimele ja kasutaja tööjaam algatab kõne otse teenusele. Teisel juhul teavitab iga teenus regulaarselt kõiki võrgu kliente endast. Iga klient teab igal ajal, kas teenus on saadaval, ja teab, kuidas teenusega otse ühendust võtta.
Pöördumismeetodid
Teenuse aadressid tuvastavad võrguseadmetes töötavad konkreetsed tarkvaraprotsessid. Lisaks nendele aadressidele jälgivad teenusepakkujad mitmesuguseid vestlusi, mida nad teenuseid taotlevate seadmetega peavad. Kaks erinevat dialoogimeetodit kasutavad järgmisi aadresse:
- ühenduse identifikaator;
- tehingu identifikaator.
Ühenduse identifikaator, mida nimetatakse ka ühenduse ID -ks, pordiks või pistikupesaks, tuvastab iga vestluse. Ühenduse pakkuja saab ühenduse identifikaatori abil suhelda rohkem kui ühe kliendiga. Teenusepakkuja viitab igale lülitusüksusele selle numbri järgi ja tugineb transpordikihile teiste alumise kihi aadresside koordineerimiseks. Ühenduse identifikaator on seotud konkreetse vestlusega.
Tehingu ID -d sarnanevad ühenduse ID -dega, kuid toimivad ühikutes vähem kui dialoog. Tehing koosneb päringust ja vastusest. Teenusepakkujad ja tarbijad jälgivad iga tehingu lahkumist ja saabumist, mitte kogu vestlust.
Seansi tase
Seansi kiht hõlbustab suhtlust teenuseid taotlevate ja pakkuvate seadmete vahel. Suhtlusseansse juhivad mehhanismid, mis loovad, säilitavad, sünkroonivad ja haldavad suhtlevate üksuste vahelist dialoogi. See tase aitab ka ülemised tasemed tuvastada saadaolev võrguteenus ja sellega ühenduse luua.
Seansi kiht kasutab ülemiste kihtide nõutavate serverite nimede ja aadresside tuvastamiseks alumiste kihtide edastatud loogilist aadressiteavet.
Seansikiht käivitab ka dialoogid teenusepakkuja ja tarbijaseadmete vahel. Selle funktsiooni täitmisel jõustab või identifitseerib seansi kiht sageli iga objekti ja koordineerib sellele juurdepääsuõigusi.
Seansikiht rakendab dialoogi juhtimist, kasutades ühte kolmest kommunikatsioonimeetodist - ühe-, pool- ja täisdupleks.
Simplex-side hõlmab teabe edastamist allikast vastuvõtjale ainult ühesuunaliselt. See suhtlusviis ei anna tagasisidet (vastuvõtjalt allikale). Pooldupleks võimaldab kahesuunalise teabe edastamiseks kasutada ühte andmeedastusmeediat, kuid teavet saab edastada ainult ühes suunas korraga. Full duplex tagab teabe üheaegse edastamise mõlemas suunas üle andmeedastusmeediumi.
OSI mudeli sellel tasemel teostatakse ka kahe võrguobjekti vahelise suhtlussessiooni haldamine, mis koosneb ühenduse loomisest, andmete edastamisest, ühenduse katkestamisest. Pärast seansi loomist tarkvara, mis funktsioone rakendab see tase, saab kontrollida ühenduse seisundit (säilitada) kuni selle katkestamiseni.
Esitluskiht
Andmete esitluskihi põhiülesanne on andmete teisendamine vastastikku kokkulepitud vormingusse (vahetussüntaks), mis on arusaadav kõigile võrgurakendustele ja arvutitele, millel rakendused töötavad. Sellel tasemel lahendatakse ka andmete tihendamise ja lahtipakkimise ning nende krüptimise probleemid.
Teisendamine tähendab bittide järjekorra muutmist baitides, baitide järjestust sõnas, märgikoode ja failinimede süntaksit.
Bittide ja baitide järjekorra muutmise vajadus tuleneb suure hulga erinevate protsessorite, arvutite, komplekside ja süsteemide olemasolust. Erinevate tootjate protsessorid võivad null- ja seitsmendat bitti baitides erinevalt tõlgendada (kas nullbitt on kõige olulisem või seitsmes). Baite, mis moodustavad suuri teabeühikuid - sõnu - käsitletakse sarnaselt.
Selleks, et erinevate operatsioonisüsteemide kasutajad saaksid teavet õigete nimede ja sisuga failide kujul, tagab see tase failisüntaksi õige teisendamise. Erinevad operatsioonisüsteemid töötavad oma failisüsteemidega erinevalt ja rakendavad erinevaid failinimede loomise viise. Failides olev teave salvestatakse ka kindla märgi kodeeringus. Kui kaks võrguobjekti suhtlevad, on oluline, et igaüks neist saaks failiteavet omal moel tõlgendada, kuid teabe tähendus ei tohiks muutuda.
Esitluskiht teisendab andmed vastastikku ühtseks vorminguks (vahetussüntaksiks), millest saavad aru kõik võrguühendusega rakendused ja arvutid, milles rakendused töötavad. Samuti saab andmeid tihendada ja laiendada, samuti andmeid krüptida ja dekrüpteerida.
Arvutid kasutavad andmete esitamiseks erinevaid reegleid binaarsete ja nullide abil. Kuigi kõik need reeglid püüavad saavutada ühist eesmärki-inimloetavate andmete esitamine, on arvutitootjad ja standardiorganisatsioonid loonud vastuolulisi reegleid. Kui kaks erinevat reeglikomplekti kasutavat arvutit proovivad üksteisega suhelda, peavad nad sageli tegema mõningaid teisendusi.
Kohalikud ja võrgu operatsioonisüsteemid krüpteerivad sageli andmeid volitamata kasutamise eest. Krüptimine on üldine mõiste, mis kirjeldab mõningaid andmete kaitsmise meetodeid. Kaitse teostatakse sageli andmete krüptimisega, kasutades ühte või mitut kolmest meetodist: permutatsioon, asendamine, algebraline meetod.
Kõik need meetodid on lihtsalt eriline viis andmete kaitsmiseks nii, et sellest saaksid aru ainult need, kes krüpteerimisalgoritmi teavad. Andmete krüpteerimist saab teostada nii riist- kui ka tarkvaras. Kuid otsast lõpuni andmete krüptimine toimub tavaliselt tarkvaras ja seda peetakse esitluskihi funktsionaalsuse osaks. Objektide teavitamiseks kasutatud krüpteerimismeetodist kasutatakse tavaliselt kahte meetodit - privaatvõtmeid ja avalikke võtmeid.
Salajase võtme krüptimismeetodid kasutavad ühte võtit. Võti omavad võrguüksused saavad iga sõnumi krüptida ja dekrüpteerida. Seetõttu tuleb võtit hoida saladuses. Võtme saab riistvara kiipidesse manustada või võrguadministraator installida. Iga kord, kui võtit vahetatakse, tuleb kõiki seadmeid muuta (uue võtme väärtuse edastamiseks on soovitav mitte kasutada võrku).
Avaliku võtme krüptimistehnikaid kasutavaid võrguüksusi toetab salajane võti ja mõni teadaolev väärtus. Objekt loob avaliku võtme, manipuleerides teadaoleva väärtusega salajase võtmega. Suhtluse algataja saadab oma avaliku võtme vastuvõtjale. Seejärel ühendab teine olem matemaatiliselt oma privaatvõtme talle edastatud avaliku võtmega, et määrata vastastikku vastuvõetav krüptimisväärtus.
Ainult avaliku võtme omamisest on volitamata kasutajatele vähe kasu. Saadud krüpteerimisvõtme keerukus on piisavalt suur, et seda saaks arvutada mõistliku aja jooksul. Isegi oma isikliku võtme ja kellegi teise avaliku võtme tundmine ei aita suure saladuse väljaselgitamisel palju - suurte arvude logaritmiliste arvutuste keerukuse tõttu.
Rakenduse tase
Rakenduskiht sisaldab kõiki iga võrguteenuse tüübi jaoks spetsiifilisi elemente ja funktsioone. Kuus alumist kihti ühendavad ülesanded ja tehnoloogiad, mis pakuvad üldist võrguteenuse tuge, samas kui rakenduskiht pakub konkreetsete võrguteenuste funktsioonide täitmiseks vajalikke protokolle.
Serverid esitavad võrgu klientidele teavet nende pakutavate teenuste kohta. Pakutavate teenuste tuvastamise põhimehhanismid pakuvad selliseid elemente nagu teenuste aadressid. Lisaks kasutavad serverid oma teenuse esitamiseks meetodeid, näiteks aktiivseid ja passiivseid teenuste esitlusi.
Aktiivse teenuse reklaami rakendamisel saadab iga server perioodiliselt sõnumeid (sh teenuse aadresse), mis teatavad selle saadavusest. Kliendid saavad küsitleda ka võrguseadmeid, otsides teatud tüüpi teenust. Võrgus olevad kliendid koguvad serverite vaateid ja genereerivad praegu saadaolevate teenuste tabeleid. Enamik võrke, mis kasutavad aktiivset esitlusmeetodit, määravad ka teenuse esitluste jaoks kindla kehtivusaja. Näiteks kui võrguprotokoll määrab, et teenuse esitlused tuleb saata iga viie minuti järel, siis kliendid aegutavad need teenused, mida pole viimase viie minuti jooksul esitatud. Ajalõpu lõppedes eemaldab klient teenuse oma tabelitest.
Serverid rakendavad passiivse teenuse reklaami, registreerides oma teenuse ja aadressi kataloogis. Kui kliendid soovivad saadaolevate teenuste tüüpe kindlaks määrata, küsivad nad lihtsalt kataloogist soovitud teenuse asukohta ja aadressi.
Enne võrguteenuse kasutamist peab see olema kättesaadav arvuti kohalikule operatsioonisüsteemile. Selle probleemi lahendamiseks on mitmeid meetodeid, kuid iga sellise meetodi saab määrata kohaliku positsiooni või taseme järgi operatsioonisüsteem tunneb ära võrgu operatsioonisüsteemi. Pakutavad teenused võib jagada kolme kategooriasse:
- operatsioonisüsteemi kõnede pealtkuulamine;
- kaugrežiim;
- ühine andmetöötlus.
OC -kõnede pealtkuulamise kasutamisel pole kohalik operatsioonisüsteem võrguteenuse olemasolust täiesti teadlik. Näiteks kui DOS -rakendus proovib võrgu failiserverist faili lugeda, eeldab see, et fail asub kohalikus mälus. Tegelikkuses püüab spetsiaalne tarkvara kinni taotluse lugeda fail enne kohaliku operatsioonisüsteemi (DOS) jõudmist ja edastab taotluse võrgufailiteenusele.
Teises äärmuses, kaugjuhtimise korral, on kohalik operatsioonisüsteem võrgust teadlik ja vastutab võrguteenusele päringute saatmise eest. Server ei tea aga kliendist midagi. Serveri operatsioonisüsteemi jaoks tunduvad kõik teenusetaotlused ühesugused, olenemata sellest, kas need on sisemised või saadetakse võrgu kaudu.
Lõpuks on olemas operatsioonisüsteemid, mis on võrgu olemasolust teadlikud. Nii teenuse tarbija kui ka teenusepakkuja tunnistavad üksteise olemasolu ja teevad koostööd teenuse kasutamise koordineerimiseks. Seda tüüpi teenuste kasutamine on tavaliselt vajalik vastastikuseks koostööks. Koostöö andmetöötlus tähendab andmetöötlusvõimaluste jagamist ühe ülesande täitmiseks. See tähendab, et opsüsteem peab olema teadlik teiste olemasolust ja võimalustest ning suutma nendega soovitud ülesande täitmiseks koostööd teha.
ComputerPress 6 "1999
