Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Методи
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
КН
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2016
Тип роботи:
Звіт до лабораторної роботи
Предмет:
Інформаційні технології
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
Технічний коледж Національного університету «Львівська політехніка»
Звіт
до
Лабораторної роботи №2
Львів – 2016
Тема: Методи доступу до фізичного середовища передачі даних. Метод мультиплексування.
Кожна мережева топологія має характерну для неї топологію з'єднаня вузлів в мережі і метод доступу до середовища передачі. Ці категорії пов'язані з 1 і 2 рівнями моделі OSI. Розрізняють фізичну топологію, яка визначає правила фізичних з'єднань вузлів (прокладку кабелів) і логічну топологію, котра визначає напрямки потоків даних між вузлами мережі.
Логічна і фізична топологія відносно незалежні одна від другої.
В логічній шині інформація (кадр) передається першим вузлом одночасно до всіх вузлів підключених до одного сегменту. Передачу зчитаних даних на вищий рівень (LLC підрівень Data Link рівня моделі OSI ) виконує тільки той вузол, якому адресовано даний кадр.
Логічна шина реалізується на фізичних топологіях шини, зірки, дерева, сітки. Метод доступу до середовища передачі даних - імовірностний (Ethernet), або детермінований (ARCnet)
В логічному кільці інформація передається послідовно від вузла до вузла. Кожен вузол приймає кадри тільки від попереднього і посилає наступним вузлам тільки по колу. Вузол далі транслює всі дані по мережі, але обробляє тільки адресовані йому. Метод доступу – детермінований . Дану топологію використовують в мережах Token Ring, IEEE 802.5 , FDDI.
Доступом до мережі називають взаємодію станції (вузла мережі) із середовищем передачі даних для обміну інформацією з іншими станціями. Керування доступом до середовища - це встановлення послідовності, у якій станції одержують доступ до середовища передачі даних.
Методи доступу поділяються на:
·імовірнісний (probabilistic)
· детермінований (determistic).
Метод доступу до середовища передачі , який розподіляється між усіма вузлами сегмента - імовірнісний, який базується на прослуховуванні сигналу ліній. Детермінований метод - оснований на певній дисципліні передачі прав доступу.
Імовірності методи доступу
При імовірнісному методі доступу вузол, що бажає послати кадр в мережу прослуховує лінію, якщо лінія зайнята або виявлена колізія спроба передачі припиняється на деякий час. Головні різновиди методу 1. Carrier Sense Multiple Access /Collision Avoidence (CSMA/CA) - множинний доступ з прослуховуванням несучої і уникненням колізій(в термінології інформаційних технологій, накладання двох та більше кадрів від станцій, що намагаються передати кадр в один і той же момент часу). Вузол, який готовий відправити кадр, прослуховує лінію. При відсутності несучої, він посилає короткий запит на передачу (RTS), і деякий час очікує відповіді (CTS) від адресатат призначення. При відсутності відповіді (мається на увазі можливість колізії) , спроба передачі відкладається , а при отриманні відповіді – починається передача. Метод не дозволяє повністю уникнути колізій, але вони обробляються на вищих підрівнях протоколів. Використовується в мережах Apple Local Talk. 2. Carrier Sense Multiple Access /Collision Detection (CSMA/CD)- це множинний доступ з прослуховуванням несучої і виявленням колізій(конфліктів). Цей метод базується на контролі несучої в лінії передачі даних й усуненні конфліктів, що виникають через спроби одночасного початку передачі двома або більше станціями, шляхом повторення спроб захвату лінії через випадковий відрізок часу. Вузол, який готовий посилати кадр прослуховує лінію і за відсутності несучої починає передачу кадру, одночасно контролюючи стан ліній. При виявленні колізій передача призупиняється, повторна спроба відкладається на деякий час.
CSMA/CD є широкомовним (broadcasting) методом. Всі станції при застосуванні CSMA/CD рівноправні по доступі до мережі. Якщо лінія передачі даних вільна, то в ній відсутні електричні коливання, що легко розпізнається будь-якою станцією, що бажає почати передачу. Така станція захоплює лінію. Будь-яка інша станція, що бажає почати передачу в деякий момент часу t, якщо виявляє електричні коливання в лінії, то відкладає передачу до моменту t + td, де td - затримка.
Розрізняють наполегливий і ненаполегливий CSMA/CD залежно від того, як визначається td. У першому випадку спроба захвата каналу відбувається відразу після його звільнення, що припустимо при слабкому завантаженні мережі. При помітному завантаженні велика ймовірність того, що кілька станцій будуть претендувати на доступ до мережі відразу після її звільнення, і, отже, конфлікти стануть частими. У ненаполегливому CSMA/CD затримка td є випадковою величиною.
При роботі мережі кожна станція аналізує адресну частину переданих по мережі кадрів з метою виявлення й прийому кадрів, призначених для неї.
Конфліктом (Колізією)називається ситуація, при якій дві або більше станції "одночасно" намагаються захопити лінію. Колізії - нормальне явище в CSMA/CD. Їх частота пов'язана з кількістю і активністю підключених вузлів. Нормально колізії можуть починатися в певному часовому вікні кадра. Запізнілі колізії сигналізують про апаратні неполадки в кабелі або вузлах. Поняття "одночасність подій" у зв'язку з кінечністю швидкості поширення сигналів по лінії конкретизується як віддаль подій у часі не більше ніж на величину 2*d, називану вікном зіткнень, де d - час проходження сигналів по лінії між конфліктуючими станціями. Якщо які-небудь станції почали передачу у вікні зіткнень, то по мережі поширюються перекручені дані. Це перекручування й використається для виявлення конфлікту або порівнянням у передавачі даних, переданих у лінію (неспотворених) і одержуваних з неї (перекручених), або по появі постійної складової напруги в лінії, що обумовлено перекручуванням використовуваного для подання даних манчестерського коду. Виявивши конфлікт, станція повинна сповістити про це партнера по конфлікті, пославши додатковий сигнал затору, після чого станції повинні відкласти спроби виходу в лінію на час td. Очевидно, що значення td повинні бути різними для станцій, що беруть участь у зіткненні (конфлікті); тому td- випадкова величина. Її математичне очікування повинне мати тенденцію до росту в міру збільшення числа невдалих спроб, що йдуть підряд, захвата лінії.
Загальний недолік ймовірнісного методу - невизначений час проходження кадру, який різко зростає при збільшенні навантаження. Використовується в Ethernet, EtherTalk, G-net, IBM PC Network. Детерміновані методи
При детермінованому методі вузли отримують доступ до середовища по наперед визначеному порядку. Послідовність визначається контролером мережі, який може бути централізований (наприклад сервер) або розподілюваний (всі вузли мережі).
Серед детермінованих методів переважають маркерні методи доступу. Маркерний метод - метод доступу до середовища передачі даних у ЛОМ, заснований на передачі повноважень передавальної станції за допомогою спеціального інформаційного об'єкта, називаного маркером(token). Під повноваженням розуміється право ініціювати певні дії, динамічно надавані об'єкту, наприклад станції даних в інформаційній мережі.
Застосовується ряд різновидів маркерних методів доступу. Наприклад, в естафетному методі передача маркера виконується в порядку черговості; у способі селекторного опитування (квантованої передачі) сервер опитує станції й передає повноваження одній з тих станцій, які готові до передачі. У кільцевих однорангових мережах широко застосовується тактуємий маркерний доступ, при якому маркер циркулює по кільцю й використається станціями для передачі своїх даних.
Основні типи
1.Token Ring
2.Polling - опитування готовності, яка використовується в великих машинах(mainframe), а також в технології 100VGAnlyLAN.
Token Ring й IEEE 802.5 є головними прикладами мереж з передачею маркера. Мережі з передачею маркера переміщають уздовж мережі невеликий блок даних, називаний маркером. Володіння цим маркером гарантує право передачі. Якщо вузол, що приймає маркер, не має інформації для відправлення, він просто переправляє маркер до наступної кінцевої станції. Кожна станція може втримувати маркер протягом певного максимального часу.
Якщо в станції, що володіє маркером, є інформації для передачі, вона захоплює маркер, змінює в нього один біт (у результаті чого маркер перетворюється в послідовність "початок блоку даних", т.т. стає обрамленням кадру), доповнює інформацією, що він хоче передати й, нарешті, відсилає цю інформацію до наступної станції кільцевої мережі. Коли інформаційний блок циркулює по кільцю, маркер у мережі відсутній (якщо тільки кільце не забезпечує "раннього звільнення маркера" - early token release), тому інші станції, що бажають передати інформацію, змушені очікувати. Час утримування маркера регламентований. За порядком у кільці слідкує активний монітор (Active Monitor), за активним монітором слідкують резервні монітори. Отже, у мережах Token Ring не може бути колізій. Якщо забезпечується раннє вивільнення маркера, то новий маркер може бути випущений після завершення передачі блоку даних.
Інформаційний блок циркулює по кільцю, поки не досягне передбачуваної станції призначення, що копіює інформацію для подальшої обробки. Інформаційний блок продовжує циркулювати по кільцю; він остаточно віддаляється після досягнення станції, що відіслала цей блок. Станція відправлення може перевірити блок, що повернувся, щоб переконатися, що він був переглянутий і потім скопійований станцією призначення.
На відміну від мереж CSMA/CD (наприклад, Ethernet) мережі з передачею маркера є детерміністичними мережами. Це означає, що можна обчислити максимальний час, що пройде, перш ніж будь-яка кінцева станція зможе передавати. Ця характеристика, а також деякі характеристики надійності, які будуть розглянуті далі, роблять мережу Token Ring ідеальною для застосувань, де затримка повинна бути передбачувана й важлива стійкість функціонування мережі. Прикладами таких застосувань є середовище автоматизованих станцій на заводах.
Локалізацію вузла , що відмовив , виконують за допомогою алгоритму бакенів (beakon). Також в таких мережах діє механізм пріоритетів, який дозволяє привілейованим вузлам виділити гарантовану смугу пропускання. Кількість вузлів в одному сегменті не повинна перевищувати 260 (IBM) , або 250 (IEEE802.5)
Інші методи доступу.
Мережі з великим навантаженням потребують більш ефективних методів доступу. Одним із таких методів є перенос керування доступом у кабельні центри. При цьому вузол посилає кадр в комунікаційний пристрій. Завданням пристрою є забезпечити проходження кадру до адресата з оптимізацією загальної продуктивності мережі і забезпечення рівня якості обслуговування , котрого вимагає конкретний додаток.
В області телекомунікації і комп'ютерних мереж мультиплексування являє собою метод, за допомогою якого безліч сигналів аналогових або цифрових повідомлень потоки даних об'єднані в один сигнал по загальному середовищі. Мета полягає в тому, щоб розділити дорогий ресурс. Наприклад, в області телекомунікації, кілька телефонних дзвінків може бути здійснена з використанням одного дроту.
Мультиплексированний сигнал передається по каналу зв'язку , який може бути середньої фізичної передачі (наприклад, кабель). Мультиплексування ділить ємність каналу високого рівня зв'язку в декількох низькорівневих логічних каналів, по одному на кожен сигнал повідомлення або потоку даних, що підлягає передачі. Зворотний процес, відомий як демультиплексирования, може витягувати вихідні канали на стороні приймача.
Пристрій, який виконує мультиплексування називають мультиплексор (MUX), а також пристрій, який виконує зворотний процес називається демультиплексор (Demux або DMX).
На мал. 1 зображено приклад з низькою швидкістю передачі даних мультиплексовані по одному каналу з високою швидкістю передачі даних.
/
Рис. 1.1
Зворотні мультиплексування (IMUX) має протилежні цілі, як мультиплексування, а саме розбити один потік даних на кілька потоків, передавати їх одночасно по декількох каналах зв'язку, і відтворити первісний потік даних.
Перш ніж виконати перекидання даних на визначені для них інтерфейси, комутатор повинен зрозуміти, до якого потоку вони відносяться. Це завдання повинне вирішуватися незалежно від того, чи поступає на вхід комутатора тільки один потік в «чистому» вигляді, або «змішаний» потік, що є результатом агрегації декількох потоків
У останньому випадку до завдання розпізнавання додається завдання демультиплексування - розділення сумарного агрегованого потоку на декілька потоків, що становлять,як правило, операцію комутації супроводжує також зворотна операція - мультиплексування (multiplexing), при якій з декількох окремих потоків утворюється загальний агрегований потік, який можна передавати поодинці фізичному каналу зв’язку.
Мультиплексування є способом забезпечення доступності наявних фізичних каналів одночасно для декількох сеансів зв’язку між абонентами мереж.
РОЗДІЛ 2. Методи мультиплексування даних
Технології мультиплексування може бути розділена на кілька типів, всі з яких мають значні варіації: простір ущільненням каналів (СДМ), Частотний поділ каналів (FDM), мультиплексування з тимчасовим поділом(TDM), і мультиплексування з кодовим поділом (CDM) , і т. д.
Кілька змінна швидкість передачі цифрових бітові потоки можуть бути передані ефективно по одній фіксованій смузі пропускання каналу за допомогою статистичного мультиплексування. Це асинхронний режим мультиплексування в часовій області, яка є формою тимчасового мультиплексування.
Цифрових потоків біт можуть бути передані по аналоговому каналу за допомогою технології мультиплексування з кодовим поділом, таких як стрибкоподібної перебудови частоти з розширенням спектра (FHSS) і прямим розширенням спектра послідовності (DSSS).
В бездротового зв'язку , мультиплексування також можна здійснити за допомогою змінного поляризації ( горизонтальна / вертикальна або за годинниковою стрілкою / проти годинникової стрілки ) на кожного сусіднього каналу і супутника, або через фазированной антеною решітки з безліччю антен в поєднанні з безліччю виходів зв'язки з багатьма входами і (MIMO) схемою.
Щоб детальніше зрозуміти як мультиплексування проходить на практиці розглянемо мал. 2, де показаний фрагмент мережі, що складається з трьох комутаторів.
Перш ніж виконати перекидання даних на визначені для них інтерфейси, комутатор повинен зрозуміти, до якого потоку вони відносяться.
Комутатор 1 має п’ять мережевих інтерфейсів. Розглянемо, що відбувається на інтерфейсі Інт.1. Сюди поступають дані з трьох інтерфейсів - Інт.3, Інт.4 і Інт.5. Все їх треба передати в загальний фізичний канал, тобто виконати операцію мультиплексування.
Існує безліч способів мультиплексування потоків в одному фізичному каналі, найважливішим з них є розділення часу. При цьому способі кожен потік час від часу (з фіксованим або випадковим періодом) отримує фізичний канал в своє розпорядження і передає в цей час по ньому свої дані. Дуже поширено також частотне розділення каналу, коли кожен потік передає дані у виділеному йому частотному діапазоні.
/
Технологія мультиплексування повинна дозволяти одержувачеві такого сумарного потоку виконувати зворотну операцію - розділення (демультиплексування) даних на складові потоки. На інтерфейсі Інт.3 комутатор виконує демультиплексування потоку на три складових підпотоку. Один з них він передає на інтерфейс Інт.1, інший - на Інт.2, а третій - на Інт.5. А ось на інтерфейсі Інт.2 немає необхідності виконувати мультиплексування або демультиплексування - цей інтерфейс виділений одному потоку в монопольне використання. Взагалі на кожному інтерфейсі можуть одночасно виконуватися обидва завдання - мультиплексування і демультиплексування.
РОЗДІЛ 2.1 ЧАСТОТНИЙ ПОДІЛ КАНАЛІВ
Техніка частотного мультиплексування каналів (FDM) була розроблена для телефонних мереж, але застосовується вона і для інших видів мереж, наприклад мереж кабельного телебачення.
Розділення каналів здійснюється по частотах. Так як радіоканал володіє певним спектром, то в сумі всіх передавальних пристроїв і виходить сучасна радіо зв'язок. Наприклад: спектр сигналу для мобільного телефону 8 МГц. Якщо мобільний оператор дає абоненту частоту 880 МГц, то наступний абонент може займати частоту 880 + 8 = 888 МГц. Таким чином, якщо оператор мобільного зв'язку має ліцензійну частоту 800-900 МГц, то він здатний забезпечити близько 12 каналів, з частотним поділом. Частотний поділ каналів (FDM): спектр кожного вхідного сигналу зміщується в окремій діапазоні частот. FDM досягає об'єднання декількох сигналів в одному середовищі, посилаючи сигнали в декількох діапазонах частот різні за одного середовища. Частотний поділ каналів застосовується в технології X-DSL. По телефонних дротах передаються сигнали різної частоти: телефонна розмова-0,3-3,4 кГц а для передачі даних використовується смуга від 28 до 1300 кГц.
Дуже важливо фільтрувати сигнали. Інакше будуть відбуватися накладення сигналів, через що зв'язок може сильно погіршитися. На рис.2.1 наведено приклад мультиплексування методом частотного поділу каналів
/
Рис. 2.1
РОЗДІЛ 2.2 ЧАС МУЛЬТИПЛЕКСУВАНЯ
Мультиплексування з тимчасовим поділом ( TDM ) являє собою метод передачі і прийому незалежних сигналів по загальному шляху сигналу за допомогою синхронізованих перемикачів на кожному кінці лінії передачі так, щоб кожен сигнал з'являється на лінії тільки частина часу в шаховому порядку, Ця форма сигналу мультиплексування була розроблена в області телекомунікацій для телеграфної системи в кінці 1800-х, але знайшла своє найбільш загальне застосування в цифровій телефонії в другій половині 20-го століття.
Мультиплексування з тимчасовим поділом використовується в основному для цифрових сигналів, але може бути застосоване в аналоговому мультиплексування , в якому два або більше сигналів або бітові потоки передаються одночасно. У тимчасовій області розділена на кілька повторюваних тимчасових інтервалів фіксованої довжини, по одному для кожного підканалу. Зразок байт даних або блок підканалу 1 передається в тимчасовому інтервалі 1, підканалу 2 протягом тимчасового інтервалу 2, і т.д. Один TDM складається з одного тимчасового інтервалу в підканалу плюс каналу синхронізації, а іноді й корекції помилок каналу перед синхронізацією. Після останнього підканалу, виправлення помилок і синхронізації, цикл починається знову з нового кадру, починаючи з другого зразка, байт або даних блоку від південнішого каналу 1, і т.д.
Основні застосування :
бездротові TDMA-мережі, Wi-Fi, WiMAX;
канальна комутація в PDH і SONET / SDH;
пакетна комутація в ATM, Frame Relay, Ethernet, FDDI;
комутація в телефонних мережах;
послідовні шини: PCIe, USB.
РОЗДІЛ 2.3 ЗАКОДОВАНИЙ ПОДІЛ МНОЖИНОГО ДОСТУПУ
Являє собою метод доступу до каналу використовують різні радіо комунікаційних технологій.
CDMA є прикладом множинного доступу, яка є, де кілька передавачів може відправити інформацію одночасно по одному каналу зв'язку. Це дозволяє декільком користувачам спільно використовувати смугу частот. Щоб дозволити це має бути досягнуто без невиправданого втручання між користувачами, CDMA працює з розширеним спектром технологій і спеціальну схему кодування (де кожен передавач присвоюється код).
CDMA використовується в якості методу доступу в багатьох мобільних телефонів стандартів, таких як CDMAOne, CDMA2000 ( 3G еволюція CDMAOne), іWCDMA (3G стандарту використовують GSM носіїв), які часто називають просто CDMA .
Використання:
Qualcomm стандарт IS-95 , продається як CDMAOne.
Стандарт Qualcomm IS-2000 , відомий як CDMA2000, використовується декількома виробниками мобільних телефонів, в тому числі Глобалстар супутникового телефонногомережі.
UMTS мобільний телефон стандарту 3G, який використовує W-CDMA .
CDMA був використаний в OmniTRACS супутникової системи для транспортних логістики .
ВИСНОВКИ
Отже, методи мультиплексування були розроблені для досягнення оптимального використання ліній і частот в електроніці і методів передачі даних доступні в якості шляху передачі доступні. В результаті, може бути знижена вартість і збільшена надійність.Комутатори, а також з'єднують їх канали повинні забезпечувати одночасну передачу даних декількох абонентських каналів. Для цього вони повинні бути високошвидкісними і підтримувати яку-небудь техніку мультиплексування абонентських каналів.
В даний час для мультиплексування абонентських каналів використовуються дві техніки:
техніка частотного мультиплексування (Frequency Division Multiplexing, FDM);
техніка мультиплексування з поділом часу (Time Division Multiplexing, TDM)
Операції мультиплексування/демультиплексування мають таке ж важливе значення в будь-якій мережі, як і операції комутації, тому що без них довелося б всі комутатори зв’язувати великою кількістю паралельних каналів, що звело б нанівець всі переваги неполносвязной мережі
Мультиплексування посилає сигнали або декілька потоків інформації на носії, в той же час у вигляді єдиного, комплексного сигналу, а потім відновлюється окремі сигнали на приймальному кінці. В аналогової передачі, сигнали, як правило, мультиплексовані з використанням частотно-поділом каналів (FDM), в яких носій смуги пропускання ділиться на подканалов різних частотних ширини, кожен з яких несе сигнал, водночас паралельно. В цифровий передачі, сигнали, як правило, мультиплексовані з використанням мультиплексування з тимчасовим поділом (TDM), в якому множинні сигнали передаються по одній і тій же каналу в чергуються тимчасових інтервалів. В деяких волоконно-оптичнихмереж, декілька сигналів здійснюється разом як окремий довжин хвиль з світла в режимі мультиплексування сигналу, використовуючи щільну хвильового мультиплексування
16.12.2016 19:12-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора