Курсовая работа: Технология Ethernet

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Карагандинский государственный технический университет

Кафедра ТСС

Курсовая работа

по дисциплине: ПДС, перспективные системы и сети ПДС и их проектирование

Технология Ethernet

Руководитель: Белик Г.А.

Студент: гр. РЭТ-09-4

Валиахметов Р.С.

Введение

В настоящее время системы передачи дискретно-цифровой информации играют огромнейшую роль в современной жизни и являются основой современно техники связи.

Дискретное сообщение - это любой набор символов, который формируется источником (им может быть, например, человек). От источника сообщение переходит к передатчику, который преобразует его к виду, который уже можно передавать по каналу связи. Преобразованное сообщение называется сигналом.

Преобразование дискретного сообщения в сигнал обычно осуществляется в виде двух операций - кодирования и модуляции.

Кодирование - это процесс записи информации на языке несущей среды. Колебания, не являясь информационным сигналом, на определенной частоте могут переноситься из одной точки пространства в другую, но не передавать никаких данных до тех пор, пока информация не будет каким-либо способом в них закодирована. Перенесение информации на несущую среду предполагает модифицирование несущей среды и называется модуляцией.

Модуляция это процесс изменения параметров носителя информации.

Существуют различные способы кодирования, например:

метод Шеннона-Фано - алгоритм префиксного неоднородного кодирования, использует избыточность сообщения, заключённую в неоднородном распределении частот символов его (первичного) алфавита, то есть заменяет коды более частых символов короткими двоичными последовательностями, а коды более редких символов -- более длинными двоичными последовательностями;

метод Хаффмана - адаптивный алгоритм оптимального префиксного кодирования алфавита с минимальной избыточностью. Этот метод кодирования состоит из двух основных этапов: построения оптимального кодового дерева и далее построения отображения код-символ на основе построенного дерева;

с помощью кодов Хемминга - код, использующийся для определения и корректировки побитных ошибок при передаче данных. По схеме кодирования Хемминга после каждых четырех бит данных добавляются три контрольных бита. Код Хемминга обеспечивает исправление ошибки в одном бите и определение ошибки в двух следующих битах;

с помощью корректирующих кодов - помехоустойчивые коды, коды обнаружения и исправления ошибки, позволяющие по имеющейся в кодовой комбинации избыточности обнаруживать и исправлять определённые ошибки, появление которых приводит к образованию ошибочных или запрещенных комбинаций;

с помощью систематических кодов - образуют большую группу среди блочных, разделимых кодов (в которых все символы можно разделить на проверочные и информационные). Особенностью систематических кодов является то, что проверочные символы образуются в результате линейных операций над информационными символами. Кроме того, любая разрешенная кодовая комбинация может быть получена в результате линейных операций над набором линейно независимых кодовых комбинаций;

с помощь циклических кодов - линейный код, обладающий свойством цикличности, то есть каждая циклическая перестановка кодового слова также является кодовым словом. Используется для преобразования информации для защиты её от ошибок. В основу циклического кодирования положено использование неприводимого многочлена.

Канал связи - это технический комплекс аппаратуры, который позволяет передать сигнал. В общем случае в процессе передачи сигнал в канале искажается шумом, который исходит от источника шума. Приемник обычно выполняет операцию, обратную по отношению к той, что производится передатчиком, - т. е. восстанавливает сообщение по сигналам. Процесс преобразования сигнала в сообщения, осуществляемый в приемнике, называют декодированием. Получатель - это человек или аппарат, для которого предназначено сообщение.

SDH (Synchronous Digital Hierarchy) - это технология транспортных телекоммуникационных сетей. Стандарты SDH определяют характеристики цифровых сигналов, включая структуру фреймов (циклов), метод мультиплексирования, иерархию цифровых скоростей и кодовые шаблоны интерфейсов и т. д.

Сеть SDH, как и любая сеть, строиться из отдельных функциональных модулей ограниченного набора: мультиплексоров, коммутаторов, концентраторов, регенераторов и терминального оборудования.

1. Технология Ethernet

Ethernet - это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей. В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии II (стандарт DIX) для сети, построенной на основе коаксиального кабеля.

На основе стандарта Ethernet DIX был разработан стандарт IEEE 802.3. Для передачи двоичной информации по кабелю для всех вариантов физического уровня технологии Ethernet используется манчестерский код.

1.1 Метод доступа CSMA/CD

В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных -CSMA/CD. Этот метод используется в сетях с общей шиной.

При передаче данных по сети, они помещаются в кадры определенного формата. Все станции, подключенные к кабелю, могут распознать факт передачи кадра, и та станция, которая узнает собственный адрес в заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер, обрабатывает полученные данные и посылает по кабелю кадрответ.

Возможна ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общему кабелю. Поэтому перед отправкой кадра передающая станция слушает кабель (т.е. анализирует электрические сигналы), чтобы обнаружить, не передается ли по кабелю кадр от другой станции. В случае обнаружения несущей частоты 10 МГц станция откладывает передачу своего кадра. После окончания передачи по кабелю станция должна выждать небольшую паузу - межкадровый интервал, что позволяет узлу назначения принять и обработать передаваемый кадр, и после этого начать передачу своего кадра. Но даже при этом две станции одновременно могут решить, что по шине в данный момент времени нет передачи, и начать одновременно передавать свои кадры. При этом происходит коллизия.

Метод CSMA/CD определяет основные параметры, гарантирующие корректную работу всех станций в сети:

- Между двумя последовательно передаваемыми по общей шине кадрами должна выдерживаться пауза в 9.6 мкс; она нужна для приведения в исходное состояние сетевых адаптеров узлов, а также для предотвращения монопольного захвата среды передачи данных одной станцией.

- Все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется обнаружение коллизии.

- При обнаружении коллизии станция выдает в среду специальную 32-х битную jam-последовательность, усиливающую явление коллизии для более надежного распознавания ее всеми узлами сети.

- После обнаружения коллизии передающая станция обязана прекратить передачу и ожидать в течение короткого случайного интервала времени, а затем может снова сделать попытку передачи кадра. Величина задержки выбирается как равномерно распределенное случайное число из интервала, длина которого экспоненциально увеличивается с каждой попыткой.

- Максимально возможное число попыток повторной передачи кадра равно 16. При достижении этого предела фиксируется ошибка передачи кадра, сообщение о которой передается протоколу верхнего уровня.

Все параметры протокола Ethernet подобраны так, чтобы при нормальной работе узлов сети коллизии всегда четко распознавались. Именно для этого минимальная длина поля данных кадра должна быть не менее 46 байт (вместе со служебными полями дает минимальную длину кадра в 72 байта или 576 бит). Длина кабельной системы выбирается так, чтобы за время передачи кадра минимальной длины сигнал коллизии успел бы распространиться до самого дальнего узла сети. Поэтому для скорости передачи данных 10 Мб/с, используемой в стандартах Ethernet, максимальное расстояние между двумя любыми узлами сети не должно превышать 2500 метров.

Независимо от реализации физической среды, все сети Ethernet должны удовлетворять двум ограничениям, связанным с методом доступа:

- максимальное расстояние между двумя любыми узлами не должно превышать 2500 м,

- в сети не должно быть более 1024 узлов.

Каждый вариант физической среды добавляет к этим ограничениям свои ограничения, которые также должны выполняться.

Интервал отсрочки - это время, в течение которого станция гарантированно может узнать, что в сети нет коллизии. Окно коллизий равно времени двукратного прохождения сигнала между самыми удаленными узлами сети - наихудшему случаю задержки, при которой станция еще может обнаружить, что произошла коллизия. Интервал отсрочки выбирается равным величине окна коллизий плюс некоторая дополнительная величина задержки для гарантии: интервал отсрочки = окно коллизий + дополнительная задержка.

В стандарте 802.3 межбитовый интервал равен времени передачи одного бита, величина которого для битовой скорости 10 Мб/с составляет 0.1 мкс.

Величина интервала отсрочки равна 512 битовым интервалам, и она рассчитана для максимальной длины коаксиального кабеля в 2.5 км. Величина 512 определяет и минимальную длину кадра в 64 байта, т.к. при кадрах меньшей длины станция может передать кадр и не успеть заметить факт возникновения коллизии из-за того, что искаженные коллизией сигналы дойдут до станции в наихудшем случае после завершения передачи. Такой кадр будет просто потерян. Значения основных параметров процедуры передачи кадра стандарта 802.3 приведено в таблице 1.

Таблица 1. Основные параметры процедуры передачи кадра стандарта 802.3

Так как размер пакета минимальной длины вместе с преамбулой составляет 64+8=72 байта или 576 битов, то на его передачу затрачивается 57.6 мкс. Прибавив межкадровый интервал в 9.6 мкс, получаем, что период следования минимальных пакетов равен 67.2 мкс. Это соответствует максимально возможной пропускной способности сегмента Ethernet в 14880 п/с.

1.2 Форматы кадров

Стандарт 802.3 определяет восемь полей заголовка:

- Поле преамбулы состоит из семи байтов синхронизирующих данных. Каждый байт содержит одну и ту же последовательность битов - 10101010. Преамбула используется для того, чтобы дать время схемам приемопередатчиков прийти в устойчивый синхронизм с принимаемыми тактовыми сигналами.

- Начальный ограничитель кадра состоит из одного байта с набором битов 10101011 и указывает на предстоящий прием кадра.

- Адрес получателя - может быть длиной 2 или 6 байтов (MAC-адрес получателя). Первый бит адреса получателя - это признак того, является адрес индивидуальным или групповым: 0 - адрес указывает на определенную станцию; 1 - это групповой адрес нескольких (возможно всех) станций сети. При широковещательной адресации все биты поля адреса устанавливаются в 1. Общепринятым является использование 6-байтовых адресов.

- Адрес отправителя - 2-х или 6-ти байтовое поле, содержащее адрес станции отправителя. Первый бит - всегда имеет значение 0.

- Двухбайтовое поле длины определяет длину поля данных в кадре.

- Поле данных может содержать от 0 до 1500 байт.

- Поле заполнения состоит из такого количества байтов, которое дополняет кадр до минимально допустимой длины поля данных (46 байт). Это обеспечивает корректную работу механизма обнаружения коллизий. Если длина поля данных достаточна, то данное поле не используется.

- Поле контрольной суммы - 4 байта.

1.3 Спецификации физической среды Ethernet

Первые сети технологии Ethernet были созданы на коаксиальном кабеле диаметром 0.5 дюйма. Метод доступа CSMA/CD и все временные параметры Ethernet остаются одними и теми же для любой спецификации физической среды.

Физические спецификации технологии Ethernet включают следующие среды передачи данных:

10Base-5 - коаксиальный кабель диаметром 0.5 дюйма, называемый «толстым» коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 500 м (без повторителей).

10Base-2 - коаксиальный кабель диаметром 0.25 дюйма, называемый «тонким» коаксиалом. Волновое сопротивление - 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 185 метров (без повторителей).

10Base-T - кабель на основе неэкранированной витой пары (UTP). Образует звездообразную топологию с концентратором. Расстояние между концентратором и конечным узлом - не более 100 м.