Физический уровень эталонной модели iso/osi: сетеобразующие элементы, действующие на физическом уровне: pmd, nic, преобразователи, повторители, концентраторы, мультиплексоры, демультиплексоры.
PMD определяет как будут приниматься отдельные биты на физическом уровне, параметры среды передачи, то, как биты должны конвертироваться в физические сигналы.
PMD представляет из себя часть PHY уровня модели OSI. Сетевой адаптер (Network Interface Card (или Controller), NIC) вместе со своим драйвером, реализует функции физического и MAC-уровней в конечном узле сети — компьютере.
Прием кадра из кабеля в компьютер в NIC включает следующие действия:
Прием из кабеля сигналов, кодирующих битовый поток.
Выделение сигналов на фоне шума. Эту операцию могут выполнять различные специализированные микросхемы или сигнальные процессоры DSP. В результате в приемнике адаптера образуется некоторая битовая последовательность, с большой степенью вероятности совпадающая с той, которая была послана передатчиком.
Если данные перед отправкой в кабель подвергались скремблированию, то они пропускаются через дескремблер, после чего в адаптере восстанавливаются символы кода, посланные передатчиком.
Проверка контрольной суммы кадра. Если она неверна, то кадр отбрасывается, а через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC передается соответствующий код ошибки. Если контрольная сумма верна, то из MAC-кадра извлекается кадр LLC и передается через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC. Кадр LLC помещается в буфер оперативной памяти.
Физический уровень определяет такие виды среды передачи данных как оптоволокно, витая пара, коаксиальный кабель, спутниковый канал передач данных и т. п.
Микросхемы PHY позволяют другим микросхемам канального уровня, называемыми MAC, подключиться к физической среде передачи, такой как оптическое волокно или медный кабель. Стандартный микрочип PHY включает в себя модули подуровня физического кодирования (PCS, аббревиатура от англ. Physical Coding Sublayer) и подуровня среды передачи (PMD, аббревиатура от англ. Physical Medium Dependent). Модуль подуровня физического кодирования выполняет функции кодирования и декодирования передаваемого и принимаемого потока данных. Целью кодирования является упрощение процесса восстановления потока данных приёмником.
Сетевая плата, также известная как сетевая карта, сетевой адаптер, Ethernet-адаптер, NIC (англ. network interface card) — периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети. В настоящее время, особенно в персональных компьютерах, сетевые платы довольно часто интегрированы в материнские платы для удобства и удешевления всего компьютера в целом.
Сетевой концентратор или хаб (жарг. от англ. hub — центр деятельности) — сетевое устройство, предназначенное для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент сети. Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна. Термин концентратор (хаб) применим также к другим технологиям передачи данных: USB, FireWire и пр.
В настоящее время хабы почти не выпускаются — им на смену пришли сетевые коммутаторы (свитчи), выделяющие каждое подключённое устройство в отдельный сегмент. Сетевые коммутаторы ошибочно называют «интеллектуальными концентраторами».
Концентратор работает на физическом уровне сетевой модели OSI, повторяет приходящий на один порт сигнал на все активные порты. В случае поступления сигнала на два и более порта одновременно возникает коллизия, и передаваемые кадры данных теряются.
Повторитель -сетевое оборудование.Предназначен для увеличения расстояния сетевого соединения путём повторения электрического сигнала «один в один». Бывают однопортовые повторители и многопортовые. В терминах модели OSI работает на физическом уровне.
Медиаконвертер (также преобразователь среды) — это устройство, преобразующее среду распространения сигнала из одного типа в другой. Чаще всего средой распространения сигнала являются медные провода и оптические кабели. Под средой распространения сигнала может пониматься любая среда передачи данных, однако в современной терминологии медиаконвертер работает как связующее звено только между двумя средами — оптическим и медным кабелями.
Mультиплексор — устройство, имеющее несколько сигнальных входов, один или более управляющих входов и один выход. Мультиплексор позволяет передавать сигнал с одного из входов на выход; при этом выбор желаемого входа осуществляется подачей соответствующей комбинации управляющих сигналов.
Функции:
Обеспечение интерфейса с линией связи
Дискретизация аналоговых сигналов, модуляция несущей
Кодирование дискретных(двоичных сигналов)
Компрессия данных
Обнаружение и коррекция ошибок
Моультипелксирование/демутьтиплексирование+коммутация
Интерфейсы физических линий связи:
Спецификации интерфейсов определяют:
Механические св-ва(типы кабелей)
Разводку контактов в разъемах
Электрические/оптические св-ва
Схемы координирования сигналов для значений 0 и 1
Схемы координирования сигналов:
Потенциальные коды(NRZ, NRZI, AMI)
Импульсные коды
Манчестерский код
Частотное уплотнение аналоговых линий связи FDM. Модуляция речевых сигналов, мультиплексирование с частотным разделением канала, абонентский поток. Скорости передачи, принятые в телефонии, европейская и американская иерархии каналов FDM. Применение FDM.
Frequency division multiplexing- диапазон частоты канала делится на подполосы, выделенные для определенных пользователей (например, FM, AM радио, телевидение)
FDM разработана для телефонных сетей
Применяется в широковещательное ТВ, кабельное ТВ, радио, спутниковая связь, DSL подемы, wifi, мобильная свзяь
Абонентский поток- абонентский канал частоты 4кГц. Точее: речевой сигнал- 10 кГц, в телефонии достаточен диапазон 4кГц=3,1+0.9кГц - страховой промежуток (для того, чтобы каналы не смешивались)
Иерархия:
Базовая группа (12 потоков)= 48 кГц (полоса 12-60 или 60-108 к Гц)
Супергруппа (5 базовых групп, 60 ап)=240 (полоса 312-552)
Главная группа
Mastergroup CCITT (5 супергрупп, 300 ап)=1232(812-2044)
Mastergroup Bell (10 сп,600 ап)=2520
Supermastergroup (900 ап)
Jumbogroup Bell(3600 ап)
И так далее вплоть до 230 000 ап
В америке:
12 каналов на группу, 5 групп в супергруппе, 10 супергрупп на гравную группу, 6 главных групп в джамбогруппе
В европе:
12-5-3
Преимущества: позволяет передавать несколько потоков данных одновременно, используя ширину полосы
Недостатки:сложно производить демультеплексирование
До 600 разговоров одновременно(36 мб/секб 64 кбит/сек на один разговор)
Временнóе уплотнение цифровых каналов TDM. Цикл работы TDM-мультиплексора, тайм-слоты, синхронные кадры, выделенные каналы и динамическая коммутация, TDM-коммутаторы. Плезиохронные и синхронные цифровые сети передачи данных.
Промежуточная аппаратура мультиплексирования и коммутации первичных сетей работает по принципу временного мультиплексирования каналов (Time Division Multiplexing, TDM).
В технологиях PDH, SDH и OTN для разделения высокоскоростного канала применяется временнбе мультиплексирование (TDM), а данные передаются в цифровой форме.
Речь идет о синхронном режиме TDM, подробности на стр.311 в Олиферах.
Выделение канала каждому соединению на определенное время.
Есть низкоскоростные входные каналы- 8бит*8 кГц=64 кбит/сек
Длительность цикла- 125мкс(период следования замеров человеческого голоса). Каждом соединнеию выделяется один квант времени цикла работы аппаратуры(тайм-слот). Длительность тайм-слота зависит от числа абонентских каналов, обслуживаемых аппаратурой.
Цикл опроса/передачи мультиплексора делится на N слотов:
Опросить N входных каналов (8*N битов)
Сформировать уплотненный кадр (8*N битов)
Переслать (bitrate=64 кбит/сек)
N=4- октет
У американцеи N=24, у европейцев 32, но у американцев еще один бит отведн для синхронизации, поэтому высокоскоростной канал имеет скорость 24*8+8
Асинхронны режим- аждый пользователь пытается занять канал тогда, когда ему надо
Синхронный- аждый поток периодически получает канал в пользоование на фиксированный промжуток времени
Плезиохронная цифровая иерархия (PDH, Plesiochronous Digital Hierarchy) — цифровой метод передачи данных и голоса, основанный на временном разделении канала и технологии представления сигнала с помощью импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). Разработана 60х годах в AT&T для решения проблем связи крупных коммутаторов телефонных сетей между собой.
Термин «плезиохронный» говорит об отсутствии полной синхронности потоков данных при объединении низкоскоростных каналов в более высокоскоростные. Недостатки PDH:
Трудности извлечения промежуточных данных
отсутствие развитых встроенных процедур контроля и управления сетью.
слишком низкие по современным понятиям скоростях иерархии PDH. Волоконно-оптические кабели в одном кабеле десятки тысяч пользовательских каналов, но это свойство технология PDH не реализует - ее иерархия скоростей заканчивается уровнем 139 Мбит/с.
Все эти недостатки устранены в новой технологии первичных цифровых сетей, получившей название синхронной цифровой иерархии - Synchronous DigitalHierarchy, SDH.
Синхронная цифровая иерархия — это система передачи данных, основанная на синхронизации по времени передающего и принимающего устройства. Стандарты СЦИ определяют характеристики цифровых сигналов, включая структуру фреймов (циклов), метод мультиплексирования, иерархию цифровых скоростей и кодовые шаблоны интерфейсов и т. д.
Вся информация в системе SDH передается в контейнерах. Контейнер представляет собой структурированные данные, передаваемые в системе. Еще одно важное понятие, непосредственно связанное с общим пониманием технологии SDH - это понятие виртуального контейнера VC.В результате добавления к контейнеру трактового(маршрутного) заголовка получается виртуальный контейнер.
Поскольку низкоскоростные сигналы PDH мультиплексируются в структуру фрейма высокоскоростных сигналов SDH посредством метода побайтового мультиплексирования, их расположение во фрейме высокоскоростного сигнала фиксировано и предсказуемо. Это упрощает процесс мультиплексирования и демультиплексирования сигнала и делает SDH иерархию особенно подходящей для высокоскоростных волоконно-оптических систем передачи, обладающих большой производительностью.
Преимущества SDH
обеспечения гибкой схемы мультиплексирования потоков данных разных скоростей, позволяющих вставлять (add) и извлекать (drop) пользовательскую информацию любого уровня скорости, не демультиплексируя весь поток;
обеспечения отказоустойчивости сети;
поддержки операций контроля и управления на уровне протокола сети;
синхронизации кадров в случае небольшого отклонения частот двух сопрягаемых сетей.
Канальный уровень эталонной модели ISO/OSI: пакеты канального уровня, сетевые элементы, действующие на канальном уровне. Обобщенная структура телекоммуникационной сети и ее составляющие на канальном уровне.
Канальный уровень (Data Link) 2 формирует из пакетов кадры данных (frames). На этом уровне задаются физические адреса устройства-отправителя и устройства-получателя данных. Например, физический адрес устройства может быть прописан в ПЗУ сетевой карты компьютера. На этом же уровне к передаваемым данным добавляется контрольная сумма, определяемая с помощью алгоритма циклического кода. На приемной стороне по контрольной сумме определяют и по возможности исправляют ошибки.
Прделагает сетевому уровню:
Установление логического соединения между взаимодейсвтвующими узлами
согласование в рамках соединнеия скоростей передатчика и приемника
обеспечение надежной передачи, обнаружение и коррекция ошибок
На канальном уровне пакет инкапсулируется в кадр или фрейм данных, заголовок которого содержит физические адреса узла передатчика и приемника, а также другую информацию. Кроме того, на этом уровне добавляется трейлер (концевик) кадра, содержащий информацию, необходимую для проверки правильности принятой информации. Таким образом, происходит обрамление данных заголовками со служебной информацией, т. е. инкапсуляция данных.