Подуровень доступа к среде ( MAC - Medium Access Control)

1. Подуровень доступа к среде (MAC - Medium Access Control) Часть 4

2. Проблема предоставления канала • Статическое предоставление канала • Динамическое предоставление канала

3. Статическое предоставление канала • Частотное разделение каналов (FDM) • Временное разделение каналов (TDM)

4. Частотное разделение каналов FDM(Frequency Division Multiplexing) Каналы Степень ослабления Каждой станции выделена своя полоса частот Достоинство: канал доступен в любой момент времени . Задержка в предоставлении канала отсутствует Недостаток: станции не могут использовать полосу частот других станций, даже если последние не передают данные

5. Временное разделение каналов Станции 1 2 3 Тайм- слот n 1 3 2 n 3 1 n 2 t Обойма Каждой станции выделен свой тайм-слот для передачи данных Достоинства: канал доступен в любой момент времени. Задержка в предоставлении канала отсутствует Недостаток: станции не могут использовать тайм-слоты других станций, даже если последние не передают данные

6. Динамическое предоставление канала в ЛВС.Основные определения • Модель станции • Единственный канал • Коллизия • (a)Непрерывное время(b)Слотированное время • (a)Контроль несущей(b)Отсутствие контроля несущей

7. Протоколы множественного доступа • ALOHA • Протоколы множественного доступа с обнаружением несущей (CSMA - Carrier Sense Multiple Access) • Бесконфликтные протоколы • Протокол с ограниченным числом конфликтов • Протокол с множественным доступом и разделением по длине волны ( WDMA-Wavelength Division Multiple Access) • Протоколы беспроводныхЛВС (WLAN)

8. Чистая ALOHA В чистой ALOHA кадры передаются в произвольный момент времени

9. Чистая ALOHA (2) Наложение на окончание затерянного кадра Наложение на начало затененного кадра Опасность Кадры, начинающиеся в указанном интервале времени, опасны для затененного кадра (могут исказить кадр) Улучшение протокола – слотированное время

10. Чистая ALOHA (3) Слотированная Пропускная способность (число достав- ленных кадров на длину кадра) Чистая Нагрузка (число отправленных кадров на длину кадра) Зависимость пропускной способности от нагрузки в системе ALOHA

11. Настойчивые и ненастойчивые протоколыМДКН(CSMA) Пропускная способность (число достав- ленных кадров на длину кадра) Нагрузка (число отправленных кадров на длину кадра) Зависимость степени использования канала от нагрузки для различных протоколов со случайным доступом

12. МДКН с обнаружением коллизии (МДКН/OK-CSMA/CD) Свободен Состязание Передача CSMA/CD (Carrier Sense Multiple AccessCollision Detection)может быть в одном из трех состояний: состязания, передача и свободен Если коллизия обнаружена, то передача немедленно прекращается и передается прерывающая jam-последовательность

13. Бесконфликтные протоколы Передача Кадров Состязание (8 слотов) Состязание (8 слотов) Базовая модель bit-map протокола

14. Бесконфликтные протоколы (2) Черточки означают молчание Станции 0010 и 0100 видят эту единицу , выставили 0 и далее в состязании не участвуют Результат Станции 1001 видит эту единицу, выставили 0 и далее в состязании не участвуют Протоколы адресного счетчика Если результат сложения разрядов – 1, а станция выставила 0, то в дальнейших состязаниях она не участвует

15. Протоколы с ограниченными конфликтами Вероятность успеха Число станций, готовых к передаче Вероятность доступа для канала с ограниченными состязаниями kp(1-p)k-1. При p=1/k – максимум – ((k-1)/k)k-1

16. Адаптивный древовидный протокол Дерево для восьми станций

17. Протокол множественного доступа с разделением по длине волны Канал управления станции А используется другими станциями для связи с А m тайм-слотов для управления станция n тайм-слотов для передачи данных плюс 1 слот состояния. Используется В для передачи данных WDMA -Wavelength division multiple access Канал управления: ресивер с фиксированной частотой и настраиваемый трансивер Канал данных: трансивер с фиксированной частотой и настраиваемый ресивер

18. Протоколы беспроводных ЛВС Дальность радиосвязи Беспроводные ЛВС(a) передает станция А (b)передает станция В

19. Протоколы беспроводных ЛВС (2) В желает передать С, но ошибочно считает, что передача невозможна А желает передать В, но не слышит, что В занят А передает С передает (a)Проблема спрятанной станции (b)Проблема мнимой станции

20. Протоколы беспроводных ЛВС (3) Зона действия передатчика В Зона действия передатчика А Протокол MACA (a)станция А передает запрос RTC станции В (b)Станция В отвечает сигналом CTS станции А

21. Сеть Ethernet • Кабельная система Ethernet • Манчестерский код • Протокол MAC-подуровня • Двоичный экспоненциальный алгоритм задержки • Производительность Ethernet • Коммутируемый Ethernet • Fast Ethernet • Gigabit Ethernet • IEEE 802.2: Logical Link Control (LLC) -управление логической связью • Перспективы Ethernet

22. Кабельная система Ethernet Наиболее распространенные кабельные системы Ethernet

23. Кабельная система Ethernet (2) Витая пара Зуб вампира Жила Т-конектор Приемо-передатчик Концентратор Три вида кабеля Ethernet (a) 10Base5(b) 10Base2 (c) 10Base-T

24. Кабельная система Ethernet (3) Топологии:(a)Линейная (b)Магистраль (c) Дерево (d)Сегментированная

25. Кабельная система Ethernet (4) Поток битов Потенциальный код Манчестерский код Дифференциальный Манчестерский код Единица кодируется противоположным переходом Ноль кодируется сменой уровня

26. Протокол MAC-подуровня Ethernet Контрольная сумма Адрес назначения Адрес источника Заполнение Тип Данные Данные Контрольная сумма Адрес источника Адрес назначения Заполнение Длина Начальный ограничитель Форматы кадров (a) DIX Ethernet(b) IEEE 802.3

27. Протокол MAC-подуровня Ethernet (2) Кадр отправляется в момент времени t=0 Кадр достигает станцию В в момент t= r-e Коллизия в момент t= r Искаженный сигнал возвращается к станции А при t= 2*r

28. Протокол MAC подуровняEthernet (3) Максимальная задержка для обнаружении коллизии составляет 2 r= 2L/v, где L- длина кабеля, v- скорость ЭМВ в среде. Минимальная длина кадраt> 2 r Для L= 2.5 км 2 r = 51.2 мкс и длина кадра - n = 512 бит При меньшей длине кадра возможен пропуск коллизии станцией А Связь минимальной длины кадра и максимальной задержки

29. Производительность Ethernet Различная длина кадра Эффек- тивность канала Число станций, отправляющих кадры Эффективность Ethernet 10 Mбит/спри длине тайм-слота 512 бит после обнаружения коллизии

30. Коммутируемый Ethernet Коммутатор Соединитель Подключение 10 Base-T К компьютерам Пример коммутируемого Ethernet

31. Fast Ethernet Кабельная система Ethernet

32. Fast Ethernet (2)

33. Fast Ethernet (3) • Физический уровень состоит из трех подуровней: • Уровень согласования (reconciliation sublayer); • Независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, MII); • Устройство физического уровня (Physical layer device, PHY).

34. Fast Ethernet (4) • Физический уровень • 100Base-FХ - оптоволокно • 100Base-TХ - двухпарная витая пара

35. Fast Ethernet (5) Метод кодирования 4B/5B 4 бита данных MAC-подуровня представляются 5 битами Это позволяет применить потенциальные коды при представлении каждого из пяти бит в виде электрических или оптических импульсов Потенциальные коды обладают по сравнению с манчестерскими кодами более узким спектром Исходные данные MAC-подуровня должны передаваться со скоростью 100Мб/c, наличие одного избыточного бита вынуждает передавать биты результирующего кода 4B/5B со скоростью 125 Мб/c, то есть битовый интервал составляет 8 наносекунд Для кодирования исходных данных нужно только 16 комбинаций. Остальные 16 комбинаций в коде 4В/5B используются в служебных целях

36. Fast Ethernet (6) Обмен символами Idle при незанятом состоянии среды

37. Fast Ethernet (7) MLT-3 • PHY FX - NRZI • PHY TX - MLT-3 Методы физического кодирования

38. Fast Ethernet (8) Auto-negotiation - автопереговоры по принятию режима работы порта взаимодействующих устройства PHY могут автоматически выбрать наиболее эффективный режим работы Сигналы Fast Link Pulse burst (FLP) 5 различных режимов работы: • 10Base-T ( 2 пары категории 3) • 10Base-T full-duplex ( 2 пары категории 3) • 100Base-TX ( 2 пары категории 5 (или Type 1A STP) • 100Base-TX full-duplex ( 2 пары категории 5 (или Type 1A STP) • 100Base-T4 ( 4 пары категории 3)

39. Gigabit Ethernet Коммутатор или концентратор В случае концентратора – все порты 1 Гбит/с В случае коммутатора – можно 1 Гбит/с для магистрали, остальные – 100 Мбит/с • Связь двух компьютеров (b)Применение в большой сети

40. Gigabit Ethernet (2) Кабельная система Gigabit Ethernet

41. IEEE 802.2: Управление логической связью (LLC- Logical Link Control) Пакет Сетевой уровень Канальный уровень Сеть Физический уровень • Место подуровня LLC • Передача пакета

42. Протокол подуровня управления логической связью в ЛВС (LLC) Флаг (01111110) Адрес точки доступа к сервису назначения DSAP Адрес точки доступа к сервису источника SSAP Управляющее поле Control Данные Data Флаг (01111110) • В В соответствии со стандартом 802.2 уровень управления логическойсвязью LLC предоставляет верхним уровням три типа сервиса: • ·         LLC1 - сервис без установления соединения и без подтверждения; • ·         LLC2 - сервис с установлением соединения и подтверждением; • ·         LLC3 - сервис без установления соединения, но с подтверждением. • Формат кадра LLC

43. Беспроводные компьютерные сети(Wireless Networks) Локальные сети: • IEEE 802.11 • ETSI Hipper Lan • Home RF • Bluetooth Широкополосные сети: • IEEE 802.16 Технологии сотовой телефонии • GPRS • UMTS Виды беспроводных компьютерных сетей

44. Сравнение видов беспроводного доступа Технологии беспроводного доступа

45. Беспроводные ЛВС IEEE 802.11 1990г. - образована рабочая группа IEEE 802.11 1997г. - ратифицирована первая спецификация 802.11 Radio Ethernet (1 и 2Мбит/с) 1999г. - ратифицировано расширение стандарта IEEE.11b High Rate или WI-FI и Wireless Fidelity (11 Мбит/с) 2000г. - ратифицировано расширение стандарта IEEE.11а (54Мбит/с) 2001г. - ратифицировано расширение стандарта IEEE.11g (54Мбит/с) Разработаны стандарты 802.11d и 802.11c Создана группа Wireless Personal Area Network (WPAN) История развития 802.11

46. Беспроводные ЛВС IEEE 802.11 (2) • Стек протоколов 802.11 • Физический уровень 802.11 • Протокол доступа к среде • Структура кадра • Сервис

47. Стек протоколов 802.11 Внысшие уровни Канальный уровень Управление логической связью Подуровень MAC Физический уровень Часть стека протоколов 802.11

48. Характеристики 802.11

49. Физический уровень 802.11 (1) Виды модуляции с расширением спектра

50. Физический уровень 802.11 (2) DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum