(Data Link) organizovaný komunikační kanál Datové jednotky rámce(frames) indikátory začátku a konce rámce režijní informace záhlaví event. zápatí rámce (identifikátor zdroje a cíle, řídící informace, informace o stavu spoje, kontrola bitové správnosti-fcs ) data určená k přenosu Formát rámce (včetně specifikace minimální a maximální délky) je určen příslušným přenosovým protokolem Protokolje souhrn pravidel, podle kterých probíhá dialog mezi vzdálenými entitami Počítačové sítě - 1
Formát obecného rámce Flag Adresa Řízení Data FCS Flag záhlaví zápatí Příznak začátku a konce rámce není u rámců s pevnou délkou Počítačové sítě - 2
Typy rámců Počítačové sítě Rámce s pevnou délkou Rámce s proměnlivou délkou Datové proudy (streams) Musí být zajištěno oddělení režijních informací od dat Řízení datového spoje zahrnuje: Synchronizaci rámců Řízení toku rámců Kontrola bitové správnosti Počítačové sítě - 3
Synchronizace rámců Počítačové sítě Asynchronní přenos znakově orientovaný start/stop bit ohraničuje každý znak (tj. 7/8 bitů), definice minimální vzdálenosti mezi znaky. velká přenosová režie Synchronní přenos bitově orientovaný, libovolná sekvence bitů začátek sekvence je dohodnutý bitový vzorek (preamble), konec může být ohraničen (postamble) menší přenosová režie Počítačové sítě - 4
Kontrola bitové správnosti detekce bitových chyb Určeno protokolem Paritní kontrola paritní bit, sudá/lichá parita, příčná (pro každý znak zvlášť) / podélná (pro všechny bity zprávy nebo její části) Cyklická redundantní kontrola CRC prostřednictvím dohodnutého algoritmu (mod2, polynomický CRC) se vypočítá kontrolní sekvence rámce FCS (Frame Control Sequence) a vloží se do rámce, cílový systém provede tentýž výpočet a výsledek srovná s přijatým FCS Počítačové sítě - 5
Princip kontroly bitové správnosti Počítačové sítě - 6
Řízení toku rámců a bitové správnosti Zabránění zahlcení přijímacího systému, omezení kolizí (jamming) v komunikačním kanále Zajištění opravného vyslání nekorektně přijatých rámců Techniky pro komunikační kanály s násobným přístupem typicky LAN Deterministické TokenRing Nedeterministické (stochastické) CSMA/CD (Carrier Sense Multiply Access/Collision Detection) Počítačové sítě - 7
Token Ring směr přenosu token (oprávnění k přenosu) CSMA/CD možné kolize Počítačové sítě - 8
CSMA/CD Počítačové sítě CSMA (Carrier Sense Multiply Access) každá stanice monitoruje stav přenosového média a začíná vysílat jen v době, kdy je médium volné. CD (Collision Detection) začne-li vysílat v krátkém časovém intervalu více stanic, nastávají kolize. Vysílající stanice je detekují, zastaví vysílání a vyšlou do sítě krátký jamming signal, který ostatní upozorní na kolize. Vysílání obnoví v náhodných časových intervalech po náslechu, zda je médium volné. Počítačové sítě - 9
CSMA/CD nepředchází kolizím na sběrnici, ale detekuje je Před zahájením vysílání zjistí, zda je kanál volný, v případě, že není, počká určitou dobu a pokusí se vysílání zopakovat Náslech současně s vysíláním (po celou dobu vysílání). V případě, že byly detekovány kolize, vlastní vysílání okamžitě zastaví a vyšle do sběrnice informaci o detekci kolize všechny stanice pak zahodí dosud přijatá data znehodnocená kolizí Počítačové sítě - 10
Funkční schéma techniky CSMA/CD Začátek Připraveno k vysílání Stav kanálu volný? ano Vysílá ne Očekává backoff Signál jamming Příliš mnoho kolizí ne Test kanálu kolize? ano ano ne ne Konec vysílání? ano Konec Vysílá zprávu o stavu kanálu Počítačové sítě - 11
Kódování Manchester Počítačové sítě 1 0 0 1 1 Nejdelší doba, za kterou je kolize detekována, musí být pro max. délku segmentu menší než 51,2 μs ( slot time ) určuje minimální délku rámce (512 bitů) kolize musí být detekována během vysílání Detekce kolize Kolize 4 3 PC1 1 2 Max. délka segmentu ~ délka, kterou urazí čelo signálu za 51,2 µs PC2 Počítačové sítě - 12
Sběrnice Počítačové sítě Šíření signálu PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 Šíření signálu HUB Switch PC1 PC2 PC3 PC4 PC1 PC2 PC3 PC4 Stromová topologie Počítačové sítě - 13
CSMA/CA -Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance Na rozdíl od CSMA/CD předchází kolizím. Princip: Je-li médium volné po určenou dobu, může stanice zahájit vysílání. Pokudje vysíláníneúspěšné(druhástrananepotrvdípříjem), zahájíexponenciálníčekání. Pokud je médium obsazeno, počká na jeho uvolnění a následně zahájí exponenciální čekání, stejně jako při neúspěšném odvysílání. CSMA/CA využívají bezdrátové technologie (např. IEEE802.11 a IEEE802.15) Počítačové sítě - 14
Techniky pro dvoubodové komunikační kanály (typicky pro WAN) Řízení toku techniky Stop-and-Wait a Sliding Window Sliding window Stop-and-wait Řízení správnosti přenosu (ztráta rámce, porušení rámce) Techniky : pozitivního/negativního potvrzení (ACK/NACK) opakovaní vyslání rámce po neobdržení potvrzení (ARQ Automatic Repeat Request) Počítačové sítě - 15
Příklady technik pro řízení datových spojů Význam použitých zkratek: F X rámec č.x ACK potvrzení (Acknowledgement) NACK negativní potvrzení RR X připravenost k přijetí rámce č. X (Ready-to-Receive) REJ X odmítnutí rámce č. X (Reject) Počítačové sítě - 16
Zvýšení využitelnosti spoje multiplexing 1 2 2 3 1 N N jeden fyzický spoj je využit N přenosovými kanály Techniky zvýšení využitelnosti komunikačního kanálu FDM, TDM, CDMA, OFDM Počítačové sítě - 17
TDM - Time Division Multiplexing časové sdílení spoje Počítačové sítě FDM - Frequency Division Multiplexing sdílení frekvenčního rozsahu spoje Počítačové sítě - 18
TDM -Time Division Multiplexing časové sdílení spoje frekvence t1 t2 t3 t4 t5 čas časové sloty (time slots) 19 Počítačové sítě -
Časový multiplexing rámce z více zdrojů jsou vysílány ve stanovených časových úsecích time slots Synchronní TDM pro každý zdroj je pevně stanovený time slot nižší využitelnost kapacity spoje, ale jednodušší implementace Asynchronní TDM (statistické, inteligentní) dynamická alokace time slots(na vyžádání zdroje) vyšší využitelnost kapacity spoje, náročnější implementace (STDM) Počítačové sítě - 20
A B Princip TDM a STDM C STDM D t1 t2 t3 t4 t5 A1 B1 B2 C2 A4 C4 A5 D5 Záhlaví obsahuje identifikátor zdroje a pořadí TDM cykly A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 prázdné time slots Počítačové sítě - 21
čas čas Počítačové sítě FDM -Frequency DivisionMultiplexing sdílení frekvenčního rozsahu spoje frekvence f1 f2 f3 čas f4 f5 fn Frekvenční rozsahy (kanály) frekvence Počítačové sítě - 22
CDMA -Code Division Multiply Access z více zdrojů jsou současně vysílána data kódovaná rozdílnými kódy. Sdílení spoje časové i frekvenční. Počítačové sítě - 23
Srovnání frekvenčního, časového a kódového sdílení Počítačové sítě - 24
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Varianta FDMA Rozdělení frekvenčního rozsahu na oddělené nosné frekvence Nosné frekvence modulovány různými modulačními technikami Možnost současného vysílání stovek datových signálů, které se sčítají Použití v přenosech bezdrátových i v přenosech pevnými vodiči Počítačové sítě - 25