Файл: Учебнопрактическое пособие Владимир 2021.pdf

79 редачу. В процессе передачи станция продолжает прослушивание се- ти для обнаружения возможных конфликтов.
Если возникает конфликт вследствие того, что два узла сети пы- таются одновременно занять канал, то обнаружившая конфликт АС
(интерфейсная плата соответствующей АС) выдает в сеть специаль- ный сигнал (сигнал «пробки»), и обе станции временно прекращают передачу.
Принимающая станция, как правило, отбрасывает частично уже принятое сообщение. Все рабочие станции в сети, которые хотят пе- редавать данные, в течение некоторого случайно выбранного проме- жутка времени выжидают, прежде чем начать передачу. Все сетевые интерфейсные платы запрограммированы на разные псевдослучайные промежутки времени. Если конфликт возникнет во время попытки повторной передачи сообщения, этот промежуток времени будет уве- личен.
В сетях Ethernet конфликты неизбежны, так как между момен- том, когда рабочая станция проверяет, свободна ли сеть и моментом начала фактической передачи проходит некоторое время. Вполне возможно, что в течение указанного времени какая-нибудь станция в сети начнет передачу, но сообщение об этом не успеет достичь пунк- та своего назначения. Хотя для сетей данного типа конфликты неиз- бежны, благодаря высокой скорости передачи (10 Мбит/с и более) даже при повторных конфликтах пользователи могут не ощущать за- метного уменьшения скорости. Если же число конфликтов в сети ста- новится настолько большим, что это сказывается на ее работе, то необходимо серьезное администрирование данного фрагмента сети, а возможно и его реконфигурация.
В соответствии со стандартом максимальный размер кадра в се- ти Ethernet составляет 1526 байт (12 208 бит), а минимальный — 72 байт (576 бит). При частоте передачи 10 МГц время передачи пакета минимальной длины составляет 57,6 мс. Это время несколько больше, чем удвоенное время распространения сигнала между крайними точ- ками кабеля, равное 51,2 мс. Последняя цифра получена исходя из

80 максимально допустимого в Ethernet расстояния между узлами равно- го 2500 м.
Максимальное значение скорости устойчивой передачи для ме- тода CSMA/CD определяется в соответствии с соотношением:
S = (1+6,2
*
а) – 1, а = t
*
C/L,
где: t – время распространения (включая время приема) в секун- дах, С – скорость передачи данных в моноканале и L – средняя длина пакета.
Как видно из формулы, эффективность метода CSMA/CD опре- деляется длиной моноканала, скоростью передачи данных и мини- мальной длиной пакета данных.
Диаграмма состояний, иллюстрирующая операции, выполняе- мые в соответствии с методом CSMA/CD на уровне звена данных, представлена на рис. 2.2.
Большую часть времени уровень звена данных «прослушивает» канала связи. В этом состоянии анализируются все кадры, передавае- мые физическим уровнем. Если заголовок кадра содержит адрес, сов- падающий с адресом узла (адресом данной АС), уровень звена дан- ных переходит в состояние приема и завершает прием всего кадра
(пакета). После завершения приема кадр передается на вышестоящий
(сетевой) уровень, а уровень звена данных опять возвращается в со- стояние «прослушивания» канала. Передача кадра в канал осуществ- ляется только по запросу сетевого уровня. Когда выдается такой за- прос, а узел не находится в состоянии приема, уровень звена данных переходит в состояние ожидания. В этом состоянии узел ждет, когда освободится канал.Послеосвобождения канала начинается передача пакета. Если передача завершается успешно (без конфликта), узел опять переходит в состояние прослушивания канала. Если во время передачи кадра возникает конфликт, передача прерывается и повто- ряется вновь через случайное время ожидания. При этом узел перехо-

81 дит в состояние задержки. В этом состоянии он находится некоторое время и потом опять переходит в состояние ожидания.
Рис. 2.2. Алгоритм CSMA/CD
Пример формата кадра Ethernet
Технология Ethernet относится ко второму (канальному) уровню эталонной модели взаимосвязи открытых систем. Протокольным бло- ком данных этого уровня является кадр. Кадры Ethernet бывают четы- рех различных форматов, среди которых наиболее часто используется формат Ethernet II (или Ethernet DIX; DIX – это сокращение от назва- ний трех компаний – DEC, Intel, Xerox, – вместе разработавших спе- цификации стандарта Ethernet DIX), приведенный в табл. 1.
Поле преамбула представляет собой последовательность из 7 байт 10101010 и служит для тактовой синхронизации приемника.
Поле SFD, Start of Frame Delimiter – начальный ограничитель
кадра. Выполняет функцию флага для цикловой синхронизации при-

82 емника. Получив этот байт, приемник понимает, что следующим бай- том будет первый байт заголовка кадра.
Адрес назначения и адрес источника – это адреса подуровня управления доступом к среде (MAC, Media Access Control) канального уровня структуры стандартов IEEE 802.x, или MACадреса. Для про- стоты эти адреса можно считать адресами канального уровня, т.к.,
Таблица 1. Формат кадра Ethernet II (DIX)
7 байт
1 байт
6 байт
6 байт
2 байта
46 – 1500 байт
4 байта
Преам- була
1010
…..1010
SFD
1010101 1
Адрес
назна-
чения
(Destina-
tion)
Адрес
источ-
ника
(Sourse)
Тип
прото-
кола
(Type)
Данные
Кон- трольная кадра
(FCS)
Заголовок
Концевик
например, в наиболее часто используемом формате кадра Ethernet II
(DIX) поле подуровня управления логическим каналом (LLC, Logical
Link Control) отсутствует. MAC-адреса называются также локальны- ми, аппаратными или физическими адресами. В отличие от MAC- адресов, IP-адреса являются логическими и называются также сете- выми или протокольными адресами.
Фактически, MAC-адрес – это адрес сетевой платы хоста, запи- санный ее производителем в ПЗУ. Он состоит из 48 разрядов. Первые
24 разряда являются уникальным идентификатором организации
(OUI, Organizationally Unique Identifier), назначаемым Комитетом
IEEE каждому производителю оборудования, вторые 24 разряда назначаются самим производителем каждой изготовленной им плате.
Например, для компании Cisco Комитет IEEE назначил OUI 00 60 2F
(в шестнадцатеричной форме). Таким образом, в старших 24 разрядах
MAC-адреса всех сетевых плат, произведенных компанией Cisco, бу- дет двоичная комбинация 0000 0000 0110 0000 0010 1111.

83
В поле тип протокола указывается идентификатор протокола вышележащего уровня, вложившего свой пакет в поле данных кадра.
Как было упомянуто выше, кадр – это протокольный блок данных ка- нального уровня. Вышележащим по отношению к канальному являет- ся сетевой уровень. Примеры протоколов сетевого уровня – IP, IPX.
Например, если в поле данных кадра вложен пакет IP, то значение поля тип протокола в шестнадцатеричной форме – 0800, что иденти- фицирует протокол IP.
В поле данные вкладывается протокольный блок данных выше- лежащего уровня, например, пакет IP. Для обеспечения надежного распознавания коллизий длина поля данных не должна быть меньше
46 байт. Если в поле данных вкладывается пакет длиной менее 46 байт, поле данных дополняется до 46 байт нулями или единицами.
Контрольная последовательность кадра (FCS, Frame Check
Sequence) – это 32 бита циклического избыточного кода для обнару- жения ошибок. Контрольная последовательность кадра, вычисляется на основе содержимого заголовка и данных (вместе с заполнителем, но без учета преамбулы и ограничителя) с помощью 32-разрядного циклического избыточного кода (Cyclic Redundancy Code – CRC) с порождающим полиномом:
x
32
+x
26
+x
23
+x
22
+x
16
+x
12
+x
11
+x
10
+x
8
+x
7
+x
5
+x
4
+x
2
+x +1.

84 разобраться не так уж и легко, – от простейшего оборудования для организации локального беспроводного интерфейса (Bluetooth, Home
RF, UWB) до оборудования для доступа в глобальные сети и построе- ния беспроводных компьютерных сетей (Wi-Fi, WiMAX, DECT, GSM).
В целом существуют три основных направления применения беспро- водных сетей — работа в замкнутом объеме (офис, выставочный зал и т. п.), соединение удаленных локальных сетей (или удаленных сег- ментов локальной сети) и построение территориально распределен- ных беспроводных сетей передачи информации. Для соединения уда- ленных локальных сетей (или сильно распределенных в пространстве сегментов локальной сети) может использоваться оборудование с направленными антеннами, специальные усилители, большая высота размещения антенн (рис.2.3).
Рис.2.3. Соединение удаленных локальных сетей
Чтобы разобраться во всем множестве беспроводных техноло- гий для начала выполним классификацию существующих стандартов и соответствующих им технологий. В настоящее время сформирова- ны устоявшиеся признаки, позволяющие выделить наиболее харак- терные классы современных беспроводных технологий. Остановимся на наиболее популярных способах их ранжирования. Обычно БСПИ
подразделяют:

85

По способу обработки и передачи информации – на циф- ровые и аналоговые;

По ширине полосы передачи – на узкополосные, широко- полосные и сверхширокополосные;

По мобильности абонентов – на фиксированные, мобиль- ные и подвижные;

По географической протяженности – на персональные, ло- кальные, городские и глобальные;

По виду передаваемой информации – на системы передачи речи, видеоинформации и данных.
К цифровым обычно относят системы, у которых входная ана- логовая информация, (например, голос, аналоговый видео сигнал и т.п.) первоначально преобразуется в цифровую (дискретную) форму и обрабатывается (функции фильтрации, скремблирования, коммута- ции) преимущественно цифровыми методами.
Для строгого определения широкополосных и узкополосных си- стем строгих критериев нет. Чаще всего полагают, что если ширина спектральной полосы F, в которой работает система, много меньше, центральной частоты этой полосы f
c
, то система узкополосная (т.е.
F/f
c
<1). В противном случае – система широкополосная.
Подразделение на мобильные и подвижные системы состоит в следующем. Следует различать собственно возможность поддержа- ния связи в движении (подвижность) абонентов, предоставляемую технологией, и возможность без дополнительных настроек получать доступ к фиксированной сети в любой ее точке (мобильность). С тех- нической точки зрения, ограничивать подвижность и мобильность может чувствительность технологии связи к скорости движения або- нента, сложность перехода из одной зоны обслуживания в сопредель- ную без разрыва связи, восприимчивость к кратковременным пропа- даниям связи и т.п.
По размеру зоны обслуживания (географической протяженно- сти) БСПИ подразделяются на:
1.
Беспроводные персональные сети (WPAN – wireless
personal area network) – сети с радиусом действия от сантиметров до

86 нескольких метров (до 10 - 15 м). Они служат, в основном, для заме- ны интерфейсных кабелей подключаемого к компьютеру периферий- ного оборудования. Мощность излучения передатчиков таких интер- фейсных устройств, как правило, не превышает 10 мВт. Примерами построения беспроводных персональных сетей являются сети на ос- нове технологий IEEE 802.15.1 (Bluetooth), Home RF, IEEE 802.15.4
(ZigBee) и др.
2.
Беспроводные локальные сети (WLAN — wireless local
area network) подразумевают взаимную удаленность устройств на расстоянии до сотен метров и мощности передатчиков до 100 мВт.
Это сети, предназначенные для объединения устройств в пределах локальной зоны (здания, группы зданий). На основе стандартов ло- кальных беспроводных сетей вполне успешно строят и сети городско- го масштаба. Примерами построения беспроводных локальных сетей являются сети на основе технологий DECT и IEЕЕ 802.11 (Wi-Fi).
3.
Беспроводные городские сети (WMAN – Wireless
Metropolitan Area Network) – беспроводные сети для организации связи в масштабах города. Являются логичным развитием WLAN, обеспечивают более высокие скорости передачи данных и более ши- рокую область покрытия. Как правило, такие сети предназначены для обеспечения беспроводной связи между домами, а также как альтер- натива традиционным проводным сетям. К сетям городского масшта- ба (региональным) можно отнести множество сетей использующих различные технологии – это и наземное теле- и радиовещание, сото- вая связь, танковые системы. Недавно появилось семейство стандар- тов на широкополосные беспроводные сети городского масштаба
IEEE 802.16 и IEEE 802.20.Аналогично Wi-Fi, эта технология также имеет свое коммерческое название — WiMAX (Worldwide
Interoperability for Microwave Access), поддержкой которого занима- ется ассоциация WiMAX Forum.
4.
Беспроводные глобальные сети WWAN. Глобальные беспроводные сети передачи информации представлены в основном спутниковыми системами связи. Однако с учетом того, что, напри- мер, практически все сети сотовой связи, так или иначе, связаны друг

87 с другом, и все они разрабатываются с учетом возможности взаимо- действия, можно (с некоторой натяжкой) говорить и о глобальных со- товых сетях.
Особой градацией является подразделение беспроводных си- стем в зависимости от типа передаваемой информации, например, на системы передачи речи (или видеоинформации) и несинхронных дан- ных. С одной стороны, речь – это один из видов информации. Однако после оцифровки поток речевых данных по виду не отличим от пото- ка любой другой цифровой информации. С другой стороны, потреб- ность в информации разного вида уже сделала реальной интеграцию различных информационных сетей (телефония, телевидение, сети пе- редачи цифровых данных, телеметрия) даже на бытовом уровне. По единому цифровому каналу передается информация самой различной природы. Вполне очевидно, что недалек тот день, когда вся речевая и видеоинформация будет обрабатываться и передаваться исключи- тельно цифровыми методами. Это в полной мере относится и к
БСПИ, которые обеспечивают достаточную пропускную способность для передачи различных видов информации в цифровом виде в еди- ном потоке.
Соотношение и основные технические характеристики вышепе- речисленных технологий представлены на рис.2.4 и в табл. 2.