Comunicare duplex simplex. Clasificarea canalelor de comunicare

17.06.2019 Recenzii

Simplex

Un canal simplex este unidirecțional, permițând transmiterea datelor într-o singură direcție, așa cum se arată în Figura 2.10. Transmisia radio tradițională este un exemplu de transmisie simplex.

Orez. 2.10. Transmisie simplex

Acest lucru limitează utilizarea unui canal simplex pentru transmiterea datelor, deoarece este necesar un flux constant de date în ambele direcții pentru a controla procesul de transmisie, a confirma datele etc.

Semi duplex

Transmisia semi-duplex face posibilă furnizarea de comunicații simplex în ambele direcții pe un singur canal, așa cum se arată în Fig. 2.11. Aici emițătorul de la stația A trimite date către receptorul de la stația B. Când este necesară transmisia în sens invers, are loc o procedură de comutare de linie. După aceasta, emițătorul stației B este capabil să comunice cu receptorul stației A. Întârzierea la comutarea liniei reduce cantitatea de date transmise către canalul de comunicație.

Orez. 2.11. Transmisie semi-duplex

Full duplex

Un canal full-duplex permite comunicarea simultană în ambele direcții, așa cum se arată în Fig. 2.12.

Figura 2.12. Transmisie full duplex

2.4.2. Sincronizarea semnalelor de date digitale

Transmiterea datelor depinde de coordonarea corectă a momentelor de generare și recepție a semnalelor. Receptorul trebuie să determine ce element de date este transmis - „1” sau „0”. momentele potrivite timp. Procesul de selectare și menținere a intervalelor de timp de referință se numește sincronizare.

Pentru a sincroniza transmisia, dispozitivele emițătoare și receptoare trebuie să convină asupra unei lungimi de biți (timp de biți) - durata elementului de cod utilizat. Receptorul trebuie să extragă semnalul de ceas transmis codificat în fluxul de date primit. Prin sincronizarea lungimii de biți a ceasului receptorului cu lungimea de biți codificată în datele expeditorului, receptorul poate determina momentul potrivit pentru a demodula datele și a decripta corect mesajul. Dispozitive la ambele capete canal digital poate fi sincronizat folosind fie asincron sau transmisie sincronă, așa cum este descris mai jos.

Simultan. În modul semi-duplex- fie transmite sau primește informații.

Mod semiduplex

Modul în care transmisia se realizează în ambele direcții, dar cu o diviziune în timp se numește semi-duplex. În orice moment, transmisia are loc într-o singură direcție.

Diviziunea în timp este cauzată de faptul că nodul de transmisie ocupă complet canalul de transmisie la un moment dat. Fenomenul când mai multe noduri de transmisie încearcă să transmită în același timp se numește coliziune și este considerat un fenomen normal, deși nedorit, în cadrul metodei de control al accesului CSMA/CD.

Acest mod este utilizat atunci când rețeaua folosește cablu coaxial sau echipament activ se folosesc concentratoare.

Depinzând de hardware recepția/transmisia simultană în modul half-duplex poate fi fie imposibilă din punct de vedere fizic (de exemplu, datorită utilizării aceluiași circuit pentru recepție și transmisie în walkie-talkie) fie poate duce la coliziuni.

Modul duplex

Un mod în care, spre deosebire de semi-duplex, transmisia de date poate fi efectuată simultan cu recepția datelor.

Viteza totală a schimbului de informații în acest mod poate ajunge la dublu valoare mai mare. De exemplu, dacă tehnologia Fast Ethernet este utilizată cu o viteză de 100 Mbit/s, atunci viteza poate fi aproape de 200 Mbit/s (100 Mbit/s transmitere și 100 Mbit/s recepție).

La fel de exemplu clar Puteți cita o conversație între două persoane pe un walkie-talkie (mod semi-duplex) - când la un moment dat o persoană fie vorbește, fie ascultă și la telefon (full duplex) - când o persoană poate vorbi și asculta la acelasi timp.

Comunicarea duplex se realizează de obicei folosind două canale de comunicare: primul canal este comunicația de ieșire pentru primul dispozitiv și de intrare pentru al doilea, al doilea canal este de intrare pentru primul dispozitiv și de ieșire pentru al doilea.

În unele cazuri, este posibilă comunicarea duplex folosind un canal de comunicare. În acest caz, atunci când primește date, dispozitivul scade semnalul trimis din semnal, iar diferența rezultată este semnalul expeditorului ( conexiune modem prin cabluri telefonice, GigabitEthernet).

Fundația Wikimedia. 2010.

Vedeți ce este „Full duplex” în alte dicționare:

Elicoidal dublu cu duplex Watson-Crick- Helix dublu, p. Watson Crick, duplex * paddouble helix, p. Watsana kryka, duplex * dublu helix sau d. h. DNA sau Watson Crick h. sau modelul duplex al lui Watson Crick, care descrie structura ADN-ului ca o spirală, care este format din două... ... Genetica. Dicţionar enciclopedic

modul full duplex- - [E.S Alekseev, A.A. engleză rusă Dicţionarîn ingineria sistemelor informatice. Moscova 1993] full duplex Transmisie simultană în două sensuri. duplex (complet)… …

Cablu UTP cu conector 8P8C (denumit în mod eronat RJ 45), utilizat în rețelele 10BASE T, 100BASE T(x) și 1 Ethernet... Wikipedia

Nume: Nivel de rețea de teletip (model OSI): Familia de aplicații: Port TCP/IP/ID: 23/TCP Scopul protocolului: terminal text virtual Specificații: RFC 854 / STD 8 ... Wikipedia

Moduri de operare duplex și half-duplex ale dispozitivelor de recepție și transmisie (modemuri, plăci de rețea, walkie-talkie, aparate telefonice). În modul duplex, dispozitivele pot transmite și primi informații simultan. În modul semi-duplex, fie transmiteți, fie ... ... Wikipedia

Moduri de operare duplex și half-duplex ale dispozitivelor de recepție și transmisie (modemuri, plăci de rețea, walkie-talkie, telefoane). În modul duplex, dispozitivele pot transmite și primi informații simultan. În modul semi-duplex, fie transmiteți, fie... ... Wikipedia - card LAN adaptor de retea interfata retea Componentă computer pentru conectarea la rețea de calculatoare. adaptor de retea Dispozitiv periferic(placă) care asigură conexiunea între computer și LAN.... ... Ghidul tehnic al traducătorului

Standardul IEEE 802.3-2012 definește două moduri de funcționare ale substratului MAC:

● semi-duplex (semidublu x) – folosește metoda CSMA/CD pentru accesul nodului la mediul partajat. Un nod poate primi sau transmite date doar la un moment dat, cu condiția obținerii accesului la mediul de transmisie;

● full duplex (full-duplex) – permite unei perechi de noduri care au o conexiune punct la punct să primească și să transmită simultan date. Pentru a face acest lucru, fiecare nod trebuie să fie conectat la un port de comutare dedicat.

Metoda de acces CSMA/CD

Ideea de bază a Ethernet a fost să folosească o topologie de magistrală bazată pe cablu coaxial. Cablul a fost folosit ca mediu de transmisie partajat prin care stațiile de lucru conectate la rețeau difuzau transmisie bidirecțională (în toate direcțiile). La ambele capete ale cablului au fost instalate terminatoare (fișe).

Orez. 5.21 Rețea Ethernet

Deoarece a fost folosit un mediu de transmisie comun, controlul asupra accesului nodurilor la mediu fizic. Pentru a organiza accesul nodurilor la mediul de transmisie partajat, a fost folosit metodă de acces multiplu cu detectarea transportatorului și detectarea coliziunilor(Acces multiplu Carrier Sense cu detectare a coliziunilor, CSMA/CD).

Metoda CSMA/CD se bazează pe competiție(contenție) nodurilor pentru dreptul de acces la rețea și include următoarele proceduri:

● controlul transportatorului;

● detectarea coliziunilor.

Înainte de a transmite, dispozitivul de rețea trebuie să se asigure că mediul de transmisie este clar. Acest lucru se realizează prin ascultarea purtătorului. Dacă mediul este liber, dispozitivul începe să transmită date. În timpul transmisiei cadru, dispozitivul continuă să asculte mediul de transmisie. Acest lucru se face pentru a se asigura că niciun alt dispozitiv nu a început să transmită date în același timp. După încheierea transmisiei cadrelor, toate dispozitivele de rețea trebuie să reziste la o pauză tehnologică (Inter Packet Gap) egală cu 9,6 μs. Această pauză se numește interval intercadreși este necesar pentru a aduce în starea initiala adaptoare de rețea și pentru a preveni ca un dispozitiv de rețea să preia mediul. După încheierea pauzei tehnologice, dispozitivele au dreptul să înceapă să-și transmită cadrele, deoarece Miercuri este liberă.

Dispozitivele de rețea pot începe să transmită date oricând determină că canalul este liber. Dacă un dispozitiv încearcă să înceapă să transmită un cadru, dar constată că rețeaua este ocupată, este forțat să aștepte până când nodul de trimitere termină transmiterea.

Orez. 5.22 Transmisie de cadre pe o rețea Ethernet

Ethernet este un mediu de difuzare, astfel încât toate stațiile primesc toate cadrele transmise prin rețea. Cu toate acestea, nu toate dispozitivele vor procesa aceste cadre. Numai dispozitivul a cărui adresă MAC se potrivește cu adresa MAC de destinație specificată în antetul cadrului copiază conținutul cadrului în bufferul intern. Dispozitivul verifică apoi cadrul pentru erori și, dacă nu există, transmite datele primite către protocolul superior. În caz contrar, cadrul va fi aruncat. Dispozitivul expeditor nu este notificat dacă cadrul a fost livrat cu succes sau nu.

În rețelele Ethernet, conflictele sunt inevitabile ( ciocniri), deoarece posibilitatea apariției lor este inerentă algoritmului CSMA/CD însuși. Acest lucru se datorează faptului că între momentul transmiterii, când dispozitivul de rețea verifică dacă rețeaua este liberă și momentul în care transfer efectiv trece ceva timp. Este posibil ca un alt dispozitiv din rețea să înceapă să transmită în acest timp.

Dacă mai multe dispozitive dintr-o rețea au început să transmită aproximativ în același timp, fluxurile de biți provin din diferite dispozitive, se ciocnesc între ele și sunt distorsionate, adică are loc o coliziune. În acest caz, fiecare dintre dispozitivele de transmisie trebuie să poată detecta o coliziune înainte de a termina transmiterea cadrului său. După ce a detectat o coliziune, dispozitivul oprește transmiterea cadrului și întărește coliziunea prin trimiterea unei secvențe speciale de 32 de biți în rețea, numită gem-consecvența. Acest lucru se face astfel încât toate dispozitivele din rețea să poată recunoaște coliziunea. După ce toate dispozitivele au recunoscut coliziunea, fiecare dispozitiv este oprit pentru un anumit interval de timp selectat aleatoriu (diferit pentru fiecare stație de rețea). Când timpul a expirat, dispozitivul poate începe să transmită din nou date. La reluarea transmisiei, dispozitivele implicate în coliziune nu au prioritate pentru transmiterea datelor față de alte dispozitive din rețea.

Dacă 16 încercări de a transmite un cadru provoacă o coliziune, atunci emițătorul trebuie să nu mai încerce și să renunțe la cadrul.

Orez. 5.23 Detectarea coliziunilor Ethernet

Domeniul de coliziune

În tehnologia Ethernet half-duplex, indiferent de standardul stratului fizic, există un concept domeniul de coliziune.

Domeniul de coliziune(domeniul de coliziune) este o parte a rețelei Ethernet, toate nodurile care recunosc o coliziune, indiferent de partea în care are loc a rețelei.

O rețea Ethernet construită pe repetitoare și hub-uri formează un domeniu de coliziune.

Reamintim că un repetor era un dispozitiv de nivel fizic al modelului OSI utilizat pentru a conecta segmente ale unui mediu de transmisie de date pentru a crește lungimea totală a rețelei.

Rețelele Ethernet (specificațiile 10BASE2 și 10BASE5) bazate pe cablu coaxial au folosit repetoare cu două porturi care conectează două segmente fizice. Repeatorul a funcționat după cum urmează: a primit semnale de la un segment de rețea, le-a amplificat, a restabilit sincronizarea și le-a transmis către altul. Repetoarele nu au efectuat filtrare complexă și alte procesări de trafic, deoarece nu erau dispozitive inteligente. De asemenea, numărul total de repetoare și segmentele pe care le-au conectat a fost limitat din cauza întârzierilor și din alte motive.

Mai târziu, au apărut repetoare multiport, la care stațiile de lucru erau conectate cu un cablu separat. Astfel de repetoare multiport sunt numite „hub-uri”. Motivul apariției repetoarelor multiport a fost următorul. De la tehnologia originală Ethernet utilizată cablu coaxialși topologia magistralei, a fost dificil de așezat sistem de cabluri clădire. Mai tarziu standard international asupra sistemului de cablare structurată a clădirilor, a determinat utilizarea unei topologii „stea”, în care toate dispozitivele erau conectate la un singur punct concentrare folosind cabluri torsadate. Se potrivea perfect acestor cerințe Tehnologia token Ring și, prin urmare, pentru a supraviețui concurenței, tehnologia Ethernet a trebuit să se adapteze noilor cerințe. Așa a apărut specificația Ethernet 10BASE-T, care a folosit ca mediu de transmisie cabluri cu perechi răsucite și o topologie în stea.

Concentratorii lucrau la nivel fizic Modele OSI. Au repetat semnalele primite de la unul dintre porturi către toate celelalte porturi active, pre-restaurându-le și nu au efectuat nicio filtrare a traficului sau alte procesări de date. Prin urmare, topologia logică a rețelelor construite folosind hub-uri a rămas întotdeauna o magistrală.

La un moment dat, în rețelele construite pe repetitoare și hub-uri, un singur nod putea transmite date. În cazul sosirii simultane a semnalelor într-un mediu de transmisie comun, coliziune, ceea ce a dus la deteriorarea cadrelor transmise. Astfel, toate dispozitivele conectate la astfel de rețele se aflau în același domeniu de coliziune.

Orez. 5.24 Domeniul de coliziune

Pe măsură ce numărul de segmente de rețea și de computere din ele a crescut, numărul de coliziuni a crescut și debitul rețelei a scăzut. În plus, lățimea de bandă a segmentului a fost împărțită între toate dispozitivele conectate la acesta. De exemplu, atunci când vă conectați la un segment cu debitului 10 Mbit/s din zece stații de lucru, fiecare dispozitiv ar putea transmite la o viteză medie de cel mult 1 Mbit/s. Sarcina a apărut segmentarea rețelei, adică împărțirea utilizatorilor în grupuri (segmente) în funcție de locația lor fizică, pentru a reduce numărul de clienți care concurează pentru lățimea de bandă.

Dial-up Rețea Ethernet

Problema segmentării rețelei și a creșterii performanței acesteia a fost rezolvată folosind un dispozitiv numit pod(pod). Puntea a fost dezvoltată de inginerul Digital Equipment Corporation (DEC) Radia Perlman la începutul anilor 1980 și a fost un dispozitiv de nivel de legătură de date OSI conceput pentru a conecta segmente de rețea. Podul a fost inventat puțin mai târziu decât routerele, dar din moment ce era mai ieftin și transparent la protocoale stratul de rețea(lucrat pentru nivelul link-ului), a devenit utilizat pe scară largă în rețelele locale. Conexiuni pod ( punând) reprezintă o parte fundamentală a standardelor rețelelor locale IEEE.

Puntea a funcționat conform unui algoritm punte transparentă(punte transparentă), care este definit de standardul IEEE 802.1D. Înainte de a trimite cadre de la un segment la altul, le analiza și transmitea doar dacă o astfel de transmisie era cu adevărat necesară, adică adresa MAC stație de lucru destinația aparținea unui alt segment. În acest fel, podul a izolat traficul unui segment de cel al altuia și a împărțit un domeniu mare de coliziune în mai multe mici, ceea ce a crescut performanța generală a rețelei. Cu toate acestea, puntea transmitea cadre de difuzare (de exemplu, necesare pentru funcționarea protocolului ARP) de la un segment la altul, astfel încât toate dispozitivele de rețea erau într-un singur domeniul de difuzare (Domeniul de difuzare).

Algoritmul de punte transparentă va fi discutat mai detaliat în Capitolul 6.

Ethernet comutat(Rețea Ethernet comutată) – o rețea Ethernet ale cărei segmente sunt conectate prin punți sau comutatoare

Orez. 5.25 Conectarea a două segmente de rețea folosind o punte

Deoarece podurile erau de obicei dispozitive cu două porturi, eficiența lor a rămas doar atâta timp cât numărul de stații de lucru din segment a rămas relativ mic. De îndată ce a crescut, a apărut congestie în rețele, ceea ce a dus la pierderea pachetelor de date.

O creștere a numărului de dispozitive conectate în rețele, o creștere a puterii procesoarelor stațiilor de lucru, apariția aplicatii multimedia iar aplicațiile client-server necesitau mai multă lățime de bandă. Ca răspuns la aceste cereri în creștere, Kalpana a lansat primul intrerupator (intrerupator), numit EtherSwitch.

Comutatorul este o punte multiport și funcționează, de asemenea, la nivelul de legătură de date al modelului OSI. Principala diferență dintre un switch și un bridge este că este mai productiv, poate stabili simultan mai multe conexiuni între diferite perechi de porturi și acceptă funcționalitate avansată.

Orez. 5.26 Rețeaua locală construit pe întrerupătoare

În 1993, Kalpana a introdus full duplex Tehnologia Ethernet(Full Duplex Ethernet Switch, FDES) la comutatoarele dvs. După ceva timp, odată cu dezvoltarea tehnologiei Fast Ethernet, operarea full-duplex a devenit parte a standardului IEEE 802.3.

Funcționarea în modul full duplex oferă posibilitatea de a primi și transmite simultan informații, deoarece Doar două dispozitive sunt conectate la mediul de transmisie. Recepția și transmisia sunt efectuate pe două diferite canalele fizice"punct la punct". De exemplu, peste diferite perechi de cabluri torsadate sau diferite fibre ale unui cablu optic.

Acest lucru elimină apariția coliziunilor în mediul de transmisie (nu mai este necesară metoda CSMA/CD, deoarece nu există nicio dispută pentru accesul la mediul de transmisie), crește timpul disponibil pentru transmiterea datelor și dublează lățimea de bandă utilă a canalului. . Fiecare canal oferă transmisie către viteza maxima. De exemplu, pentru specificația 10BASE-T, fiecare legătură transmite date la 10 Mbps. Pentru specificația 100BASE-TX - la o viteză de 100 Mbit/s. La sfârșitul unei conexiuni duplex, viteza conexiunii se dublează deoarece Datele pot fi trimise și primite simultan. De exemplu, în specificația 1000BASE-T, în care datele sunt transmise pe canale cu o viteză de 1000 Mbit/s, debitul total va fi egal cu 2000 Mbit/s.

Orez. 5.27 Transmiterea datelor în modul full duplex

De asemenea, datorită modului full duplex, limitarea lungimii totale a rețelei și a numărului de dispozitive din aceasta a dispărut. Singurul lucru rămas este limitarea lungimii cablurilor care conectează dispozitivele adiacente.

Operarea full duplex este posibilă numai atunci când este conectată dispozitive de rețea, ale cărui porturi îl suportă. Dacă un segment care reprezintă un mediu partajat este conectat la un port de dispozitiv, portul va funcționa în modul half-duplex și va recunoaște coliziunile. Porturile dispozitivelor moderne de rețea acceptă funcția de auto-detecție a modurilor de operare half-duplex sau full-duplex.

Când portul funcționează în modul full duplex, intervalul de trimitere dintre cadrele succesive nu trebuie să fie mai mic decât o pauză tehnologică egală cu 9,6 μs. Pentru a preveni depășirea bufferelor de recepție a dispozitivului atunci când funcționează în modul full duplex, este necesar să utilizați un mecanism de control al fluxului de cadre.

Trebuie remarcat faptul că specificațiile sunt 10, 40 și 100 Gigabit Ethernet acceptă numai modul de operare full duplex. Acest lucru se datorează faptului că rețele moderne au devenit complet comutate și comută atunci când interacționează cu alte comutatoare sau de mare viteză adaptoare de rețea Aproape întotdeauna folosiți modul full duplex.

Curs 4. Metode de comunicare în rețea.

Metode de comunicare în rețea

Semnale

După cum am menționat mai devreme, există multe modalități de a crea și de a transmite fizic un semnal prin care pot călători sârmă de cupru, impulsurile de lumină sunt transmise prin fibră de sticlă sau plastic, semnalele radio sunt transmise prin aer, iar impulsurile laser sunt transmise și în domeniul infraroșu sau vizibil (modulare).

Similar cu clasificarea rețelelor de calculatoare, semnalele pot fi clasificate în funcție de diferitele lor caracteristici. Semnalele sunt următoarele:

analog și digital,

modulat și modulat,

sincron și asincron,

simplex, half duplex, full duplex și multiplex

Semnale analogice și digitale

În funcție de forma tensiunii electrice (care poate fi văzută pe ecranul osciloscopului), semnalele sunt împărțite în analogice și digitale. Cel mai probabil, sunteți deja familiarizați cu acești termeni, deoarece se găsesc destul de des în documentația diferitelor echipamente electronice , cum ar fi casetofone, televizoare, telefoane etc.

Într-un fel, echipamentele analogice reprezintă era de ieșire a tehnologiei electronice, iar echipamentele digitale reprezintă cea mai nouă eră care o înlocuiește. Cu toate acestea, trebuie amintit că un tip de semnal nu poate fi mai bun decât altul. Fiecare dintre ele are propriile sale avantaje și dezavantaje, precum și propriile sale domenii de aplicare. Deși semnalele digitale sunt din ce în ce mai utilizate, ele nu vor înlocui niciodată semnalele analogice.

Parametrii semnalului analogic

Semnalele analogice se schimbă lin și continuu în timp, astfel încât ele pot fi reprezentate grafic ca o curbă netedă (Fig. 4.1).

În natură, marea majoritate a proceselor sunt fundamental analogice. De exemplu, sunetul este o schimbare a presiunii aerului care poate fi convertită în tensiune electrică folosind un microfon. Aplicând această tensiune la intrarea osciloscopului, puteți vedea un grafic similar cu cel prezentat în Fig. 4.1, adică Puteți vedea cum se modifică presiunea aerului în timp.

Pentru a vizualiza mai clar informațiile analogice, gândiți-vă la vitezometrul tradițional dintr-o mașină. Pe măsură ce viteza mașinii crește, acul se mișcă lin de-a lungul scalei de la un număr la altul. Un alt exemplu este acordarea unei stații într-un receptor radio: când rotiți butonul, frecvența recepționată se schimbă fără probleme.

Majoritatea semnalelor analogice sunt de natură ciclică sau periodică, cum ar fi undele radio, care sunt oscilații de înaltă frecvență ale unui câmp electromagnetic. Atat de ciclic semnale analogice Se obișnuiește să-l caracterizeze prin trei parametri.

Amplitudine. Maxim sau valoarea minima semnal, adică înălțimea valului.

Frecvență. Numărul de modificări ale semnalului ciclic pe secundă. Frecvența este măsurată în herți (Hz); 1 Hz este un ciclu pe secundă.

Fază. Poziția unei unde în raport cu o altă undă sau în raport cu un anumit moment în timp care servește ca punct de referință. Faza este de obicei măsurată în grade și se crede că un ciclu complet este egal cu 360 de grade.

Parametrii semnalului digital

Un alt nume pentru semnalele digitale este discret Termenul de stări discrete este folosit destul de des.

Un exemplu de semnal digital ar fi cel mai recent vitezometru digital dintr-o mașină (comparați cu exemplul unui vitezometru analogic din secțiunea anterioară). Când viteza vehiculului crește, numerele care indică valoarea vitezei în kilometri pe oră se schimbă intermitent, iar valoarea semnalului este fundamental discretă: de exemplu, nu există valori intermediare între stările discrete „125 km/h” și „126”. km/h”. Un alt exemplu de informații digitale este cel mai recent radio, în care utilizatorul introduce un număr exact egal cu frecvența postului de radio pentru a acorda un anumit post.

Comparația semnalelor analogice și digitale

Calculatoarele sunt mașini digitale. Informațiile pe care le procesează sunt reprezentate prin zerouri și unu. Cifră binară egală fie cu 0, fie cu 1 și nu există nimic între ele sau dincolo de ele. Datorită acestei clarități, semnalele digitale sunt foarte utile pentru reprezentarea și transmiterea datelor computerizate, motiv pentru care sunt folosite în marea majoritate a rețelelor.

Datorită simplității tehnologiei, semnalele digitale au o serie de avantaje:

Echipamente digitale în caz general mai ieftin decât analogul.

Semnalele digitale sunt mai puțin susceptibile la interferențe.

Cu toate acestea, semnalele analogice au și câteva avantaje:

Sunt ușor de multiplexat, de ex. transmite un numar mare de semnale pe un canal.

Ele sunt mai puțin susceptibile la atenuare (slăbirea semnalului odată cu creșterea distanței), astfel încât cu aceeași putere a dispozitivului de transmisie pot fi transmise către distanta mai mare.

În general, atât semnalele analogice, cât și cele digitale sunt utile. Cu toate acestea, în retele de calculatoare semnalele digitale permit niveluri mai mari de securitate, debit și fiabilitate. În plus, liniile digitale sunt mult mai puțin predispuse la erori decât liniile analogice.

Rețelele locale se bazează aproape întotdeauna pe transmisia de semnale digitale prin cablu. Semnalele analogice sunt utilizate în unele rețele de zonă extinsă.

Semnale modulate și nemodulate

O caracteristică importantă a metodei de transmisie este capacitatea canalului, care este direct legată de modularea semnalului. Un semnal digital se numește nemodulat dacă tranzițiile de la o stare discretă la alta reprezintă creșteri de tensiune într-un cablu sau alt mediu. În același timp, într-un semnal modulat, tranziția între stările discrete este o modificare a amplitudinii așa-numitului semnal purtător, care este fluctuațiile de tensiune de înaltă frecvență.

Semnalul nemodulat ocupă întregul canal de comunicație. În afară de aceasta, nimic altceva nu poate fi transmis prin canalul de comunicare. Un exemplu de semnale nemodulate sunt semnalele dintr-un cablu Ethernet.

Dacă se utilizează modulația, mai multe semnale digitale la frecvențe purtătoare diferite pot fi transmise pe un canal. În plus, nu numai semnalele digitale, ci și analogice pot fi transmise la diferite frecvențe purtătoare. Un exemplu ar fi un sistem de televiziune prin cablu în care un cablu deservește zeci de canale de televiziune, fiecare dintre ele având transmisii diferite.

Semnale nemodulate

Semnalele nemodulate sunt destul de simple: doar un semnal este transmis de-a lungul cablului la un moment dat. Un semnal nemodulat este cel mai adesea un semnal digital, deși poate fi și analog.

Tehnologia calculatoarelor și a comunicațiilor utilizează în principal semnale digitale nemodulate. De exemplu, un computer schimbă semnale digitale modulate cu monitoare, imprimante, tastaturi etc. Un exemplu de utilizare a semnalelor digitale modulate este sistemul ISDN (Integrated Services Digital Network), în care multe semnale sunt transmise pe canale separate printr-un singur cablu. Semnalele nemodulate pot fi transmise în două direcții, adică La fiecare capăt al cablului, puteți instala atât un transmițător, cât și un receptor care funcționează simultan.

Semnale modulate

Folosind semnale modulate, este posibil să se organizeze mai multe canale de comunicație pe un cablu, iar fiecare canal de comunicație poate funcționa la propria frecvență purtătoare fără a interfera cu alte canale.

Semnalele modulate sunt unidirecționale. Aceasta înseamnă că semnalul este transmis într-o singură direcție: un transmițător este instalat la un capăt al cablului, iar un receptor este instalat la celălalt. Cu toate acestea, mai multe canale în direcții diferite pot funcționa simultan pe un singur cablu.

Pe lângă televiziunea prin cablu, în sistemul DSL (Digital Subscriber Line) sunt folosite semnale modulate, în care datele și vocea sunt transmise simultan pe aceeași linie, eventual prin satelit sau unde radio.

Metodele de multiplexare sunt folosite pentru a plasa mai multe canale de comunicație pe o linie.

Multiplexarea

Multiplexarea este transmisia simultană a mai multor semnale pe o linie. Pe partea de recepție, semnalele multiplexate sunt restaurate, adică. sunt separate unul de altul. Să revenim la exemplul cu televiziune prin cablu. Televizorul are un decodor de semnal încorporat care selectează un canal și renunță la restul. Datorită acestui fapt, spectatorul poate alege programul dorit.

Multe surse din literatură vorbesc despre metodele de multiplexare doar în raport cu semnalele analogice, dar semnalele digitale pot fi și multiplexate. Se folosesc următoarele metode de multiplexare de bază:

metoda diviziunii în frecvență (FDM);

divizarea în timp a canalelor (Time Division Method - TDM);

prin lungime de undă de înaltă densitate (Dense Wavelength Division Multiplexing - DWDM).

Diviziunea în frecvență

Cu separarea de frecvență a canalelor care ocupă aceeași linie, fiecare canal funcționează la propria frecvență (Fig. 4.3). De obicei, semnalele analogice sunt multiplexate folosind această metodă. Pentru a permite comunicarea în două sensuri cu diviziunea de frecvență, este necesar să instalați atât un multiplexor, cât și un demultiplexor pe fiecare parte.

Împărțirea în timp a canalelor

De obicei, această metodă este utilizată pentru multiplexarea semnalelor digitale. Cu împărțirea în timp, fiecărui canal îi sunt alocate propriile intervale de timp. La capătul de recepție, semnalele de la diferite canale sunt separate printr-un demultiplexor (Fig. 4.4).

Multiplexare cu lungime de undă de înaltă densitate

Această metodă de multiplexare este utilizată pentru a transmite semnale prin cabluri de fibră optică. Semnalele fiecărui canal sunt transmise printr-un fascicul de lumină cu propria lungime de undă. Din punct de vedere fizic, această metodă coincide cu diviziunea în frecvență a canalelor, deoarece lungimea de undă a unui fascicul de lumină este legată în mod unic de frecvența acestuia. Cu toate acestea, diferențele în implementările hardware ale acestor metode sunt atât de mari încât sunt încă considerate metode separate, așa cum se arată în Fig. 4.5, diferite date pot fi transmise simultan printr-o fibră optică, folosind diferite metode (de exemplu, SONET și ATM).

Transmisie asincronă și sincronă

Datele cuprinse în semnal digital, sunt de fapt reprezentate de modificări ale stărilor de semnal discret. Ne putem restabili zerourile și cele inițiale prin măsurarea tensiunii cu un voltmetru în anumite momente în timp. Cu toate acestea, trebuie să știți exact în ce momente trebuie efectuate măsurătorile. Sincronizarea, adică Coordonarea timpului în tehnologiile de comunicare nu este mai puțin importantă decât în toate celelalte domenii ale vieții noastre.

În tehnologiile de rețea, o astfel de coordonare a timpului se numește sincronizare de biți. Dispozitivele electronice sincronizează biții individuali folosind metode asincrone sau sincrone.

Transfer asincron

Această metodă utilizează un bit de pornire situat la începutul fiecărui mesaj pentru sincronizare. Când bitul de pornire ajunge la dispozitivul receptor, acesta își sincronizează în acel moment ceasul intern cu ceasul dispozitivului expeditor.

Transmisie sincronă

În transmisia sincronă, ceasurile interne ale dispozitivelor de expediere și recepție sunt coordonate prin mecanisme încorporate. De exemplu, informațiile de timp pot fi încorporate în semnalele de date. Această metodă se numește sincronizare cu schimbări de stare garantate. Printre metode sincrone acesta este cel mai comun.

O altă metodă sincronă este sincronizarea folosind un semnal de timp separat, în care informațiile de timp sunt transmise între emițător și receptor pe un canal separat. O altă metodă sincronă este gate. În acest caz, sincronizarea se realizează folosind impulsuri stroboscopice speciale.

Metode de transmisie simplex, half-duplex și full-duplex

Canalele prin care sunt transmise semnalele de date pot funcționa în unul dintre cele trei moduri: simplex, half-duplex și full-duplex. Aceste metode diferă în direcțiile în care sunt transmise semnalele.

Transmisie simplex

După cum sugerează și numele, aceasta este cea mai simplă metodă de transfer. Uneori este numită unidirecțională deoarece semnalele circulă într-o singură direcție, ca mașinile pe o stradă cu sens unic (Figura 4.6).

Un exemplu de comunicare simplex este televiziunea. Datele (programe TV) sunt transmise la televizor. Nu sunt transmise semnale de la televizor înapoi către studio sau compania de cablu. Prin urmare, televizorul include doar un receptor de semnal, dar nu și un transmițător.

În prezent, sistemele interactive de televiziune devin din ce în ce mai răspândite, permițând transmiterea semnalelor nu numai de la studio la televizor, ci și în sens invers. Cu toate acestea, majoritatea companiilor de cablu încă acceptă doar transmisia simplex. Acest lucru a creat o problemă serioasă odată cu apariția Internetului. Sistemul de cablu existent era capabil să transmită date doar într-o singură direcție, către utilizator.

Acest defect face imposibil, de exemplu, pentru un utilizator să acceseze paginile Web, deoarece browserul utilizatorului trebuie să-și trimită cererea către site-ul Web. Companiile de cablu oferă două moduri de a rezolva această problemă:

transmite cererile utilizatorilor (care sunt întotdeauna mult mai scurte decât pagini web) De linii telefonice, și pagini Web - prin cabluri de televiziune;

instalați echipamente de cablu noi cu transmisie în două sensuri.

Majoritatea companiilor au folosit prima metodă ca alternativă temporară la a doua, mai avansată. Dacă părăsiți sistemul de transmisie prin cablu simplex, atunci utilizatorul va trebui să suporte doar costul achiziționării modemurilor prin cablu și telefonice (cu un debit al acestuia din urmă de cel mult 56 Kbps.) În acest caz, resursele cablului de mare viteză canalul va fi utilizat pe deplin.

Multe companii de cablu își modernizează imediat echipamentele pentru a sprijini comunicația bidirecțională, în timp ce altele oferă încă doar transmisie unidirecțională Date de pe internet prin cablu de televiziune. În aceste zone, clienții sunt nevoiți să folosească atât modemuri prin cablu, cât și modemuri analogice conectate la linia telefonică.

Transmisie semi-duplex

În comparație cu simplex, avantajele transmisiei semi-duplex sunt evidente: semnalele pot fi transmise în ambele sensuri. Din pacate insa, acest drum nu este suficient de lat pentru ca semnalele sa treaca in ambele sensuri in acelasi timp. În metoda semi-duplex, semnalele sunt transmise într-o singură direcție la un moment dat (Fig. 4.7).

Metoda semi-duplex este utilizată în multe sisteme de comunicații radio, cum ar fi comunicațiile vehiculelor de poliție. În aceste sisteme, în timp ce butonul microfonului este apăsat, poți vorbi, dar nu auzi nimic. Dacă utilizatorii apăsă butoanele microfonului de la ambele capete în același timp, niciunul nu va auzi nimic.

Transmisie duplex

Funcționarea unui sistem de comunicații duplex este similară cu o stradă cu două sensuri: mașinile se pot deplasa în ambele sensuri în același timp (Figura 4.8).

Un exemplu de comunicare duplex este o conversație telefonică obișnuită. Ambii abonați pot vorbi în același timp, iar fiecare dintre ei aude ce spune celălalt la celălalt capăt al liniei (deși nu este întotdeauna posibil să înțelegem ce s-a spus).

Probleme întâlnite în timpul transmisiei semnalului

Semnalele prin care computerele comunică sunt supuse diferitelor interferențe și limitări. Diferite tipuri de cabluri și metode de transmisie au o susceptibilitate diferită la interferențe.

Interferență electromagnetică

Interferența electromagnetică este pătrunderea unui semnal electromagnetic străin care perturbă forma semnalului dorit. Când se adaugă zgomot extern la semnalul dorit, computerul receptor nu poate interpreta corect semnalul.

Imaginează-ți că conduci într-o mașină lângă o instalație industrială puternică și asculți radioul în același timp. Un semnal clar și lizibil este brusc acoperit de zgomot și trosnet. Acest lucru se întâmplă deoarece semnalul postului de radio este completat de semnale puternice generate de o instalație care se află mai aproape de postul de radio. Acesta este motivul pentru care interferența electromagnetică este uneori numită zgomot.

Destul de des, interferența provine dintr-o sursă necunoscută. Există multe Dispozitive în care semnalele electrice nu îndeplinesc funcții de informare, ci sunt un produs secundar al diferitelor procese de producție. Interferența pe care o creează se poate răspândi pe distanțe de până la câțiva kilometri.

Interferența electromagnetică cauzează probleme nu numai în tehnologiile de comunicații computerizate. În orașe există multe dispozitive care transmit și primesc semnale electromagnetice: telefoane mobile, comunicații radio, emițătoare și receptoare de televiziune. Interferența electromagnetică poate cauza multe probleme, cum ar fi imagini de televiziune slabe, prăbușiri de avion din cauza eșecului comunicării cu dispecerul, moartea unui pacient din cauza funcționării defectuoase a echipamentului medical etc. Există, de asemenea, efecte secundare pe termen lung ale radiațiilor electromagnetice, de exemplu cancerul sau leucemia pot fi cauzate de expunerea prelungită la sursă puternică câmpuri electromagnetice.

În tehnologia comunicațiilor, firele de cupru neecranate sunt deosebit de sensibile la interferența electromagnetică. Mantaua exterioară metalică a cablurilor coaxiale le protejează foarte mult de interferențe. Aceeași funcție este îndeplinită de carcasa metalică a perechii răsucite ecranate. Cablul de pereche răsucită neecranat este destul de susceptibil la interferențe. Cablurile de fibră optică sunt complet insensibile la interferența electromagnetică, deoarece semnalele din ele nu sunt impulsuri electrice, ci un fascicul de lumină. Prin urmare, în condiții de interferență electromagnetică puternică, canalele de comunicare prin fibră optică funcționează cel mai bine.

Interferențe de radiofrecvență

Interferența de radiofrecvență este cauzată de semnalele de la transmițătoarele radio și alte dispozitive care generează semnale la frecvențe radio. Acestea includ, de asemenea, procesoare și display-uri de computer. Frecvența radio este considerată radiație electromagnetică la frecvențe de la 10 KHz la 100 GHz. Radiația la frecvențe de la 2 la 10 GHz se mai numește și radiație cu microunde.

Influența interferenței radiofrecvenței este eliminată folosind filtrele de zgomot utilizate în tipuri variate retelelor.

Crosstalk

Acest tip de interferență include semnale de la fire situate la o distanță de câțiva milimetri unul de celălalt. Curentul electric care curge printr-un fir creează un câmp electromagnetic, care generează semnale într-un alt fir situat în apropiere. Destul de des, când vorbești la telefon, poți auzi conversațiile înfundate ale altora. Motivul pentru aceasta este diafonia.

Diafonia este mult redusă prin răsucirea celor două fire împreună, așa cum se face cu cablurile cu perechi răsucite. Cu cât sunt mai multe viraje pe unitate de lungime, cu atât influența interferenței este mai mică. Utilizarea cablului de fibră optică elimină complet această problemă. Puteți plasa câte fibre optice doriți în interiorul unei învelișuri și nu se vor interfera între ele, deoarece semnalele din ele nu sunt impulsuri electrice, ci raze de lumină.

Atenuarea semnalului

Pe măsură ce semnalele electrice trec prin cablu, acestea devin mai slabe. Cu cât distanța până la sursă este mai mare, cu atât semnalul este mai slab. Nu este greu să-ți imaginezi acest lucru imaginându-ți că încerci să spui ceva unei persoane care se află la o oarecare distanță de tine. Dacă se află la 5 metri, atunci îți va auzi vocea (semnalul) clar și tare, dar dacă se află la 50 de metri, va avea dificultăți să înțeleagă despre ce îi strigi. Această slăbire a semnalului cu distanța se numește atenuare a semnalului

Atenuarea este motivul pentru care diferitele specificații de arhitectură de rețea specifică o limită a lungimii cablului. Dacă se observă această limitare, efectul de atenuare nu va afecta funcționarea normală a canalului de comunicație.

Pe măsură ce frecvența crește, atenuarea crește deoarece cu cât frecvența semnalului este mai mare, cu atât mai intensă este disiparea energiei sale electromagnetice în spațiul înconjurător. Pe măsură ce frecvența crește, firul în sine se transformă dintr-un purtător de semnal într-o antenă, disipându-și energia în spațiu.

Semnalele dintr-un cablu de fibră optică sunt, de asemenea, supuse atenuării. Cele două motive principale sunt absorbția fasciculului de lumină de către impuritățile din sticlă și împrăștierea fasciculului datorită micilor modificări ale densității optice a sticlei formate în timpul producerii sale. Cu toate acestea, cablurile de fibră optică pot transmite un semnal pe o distanță mult mai mare decât cablurile de cupru fără a-și reduce puterea la niveluri inacceptabile.

Lățimea de bandă

Lățimea de bandă de comunicație este de obicei măsurată în megabiți pe secundă (Mbps). Lățimea de bandă este afectată de intervalul semnalului, tipul de mediu și distanța pe care este transmis semnalul.

Conceptele de debit ridicat și scăzut sunt foarte relative. De exemplu, debitul Ethernet lOBaseT de 10 Mbps pare foarte mare în comparație cu debitul unui modem telefonic (50 Kbps), în timp ce, în același timp, pare lamentabil de scăzut în comparație cu Gigabit Ethernet (1 Gbps) sau conexiunile de mare viteză rețele globale precum SONET și ATM.

Un criteriu important atunci când alegeți un tip de cablu și o arhitectură de rețea este lățimea de bandă necesară (atât acum, cât și în viitor).

Planificarea creșterii rețelei

În etapa de planificare a rețelei, este necesar să ne amintim că lățimea de bandă este o resursă care este întotdeauna insuficientă. Achiziționarea de echipamente cu un randament mai mare decât este necesar în prezent este investitie buna capital: costurile suplimentare se vor plăti cu siguranță.

Computer și tehnologii de comunicare se dezvoltă într-un ritm rapid. În anii 1980, legăturile WAN tipice aveau o capacitate de 10 Kbps, iar rețelele locale aveau o capacitate de 2,5 Mbps. Pe atunci, nimeni nici măcar nu și-a imaginat că într-o zi va fi necesar să se transmită ceva cu o viteză mai mare de 100 Mbit/s La urma urmei, tehnologii precum videoconferința, transmisia vocală sau transferul de fișiere mari, care sunt acum larg răspândite nu există încă.

Așezarea unui cablu cu lățime de bandă crescută este mult mai ușoară și mai ieftină decât înlocuirea cablului cu unul nou Să presupunem că instalați o rețea 10BaseT, pentru care este suficient un cablu de Categoria 3 cu o lățime de bandă de 10 Mbit/s. Achiziționând un cablu de categoria 3, mai degrabă decât un cablu de categoria 5, veți economisi câțiva dolari. Cu toate acestea, în câțiva ani, când va trebui să vă actualizați rețeaua la 100 Mbps (și aproape sigur se va întâmpla), va trebui să înlocuiți toate cablurile. Acest lucru va costa mult mai mult decât dacă ați cumpăra și instalați direct cablu de categoria 5.

Metode de acces la rețea

Există mai multe metode de acces diferite pentru a se potrivi diferitelor arhitecturi și topologii de rețea. Cele mai utilizate metode sunt:

trecerea marcajului (acces releu);

solicită priorități.

Metoda CSMA/CD

În prezent, cea mai comună metodă de control al accesului LAN este CSMA/CD (Acces multiplu cu sens de transportator cu detectare a coliziunilor). Popularitatea metodei CSMA/CD se datorează în mare măsură faptului că este utilizată în cea mai comună arhitectură Ethernet de astăzi.

Aceasta este o metodă foarte rapidă și eficientă de a oferi acces la un cablu Ethernet. Pentru a înțelege cum funcționează, să ne uităm la fragmentele numelui său separat.

Controlul media. Când un computer este pe cale să transmită date către o rețea folosind metoda CSMA/CD, trebuie mai întâi să verifice dacă un alt computer își transmite datele prin același cablu în același timp. Cu alte cuvinte, verificați starea media: dacă este ocupat cu transferul altor date.

Acces multiplu. Aceasta înseamnă că mai multe computere pot începe să transmită date în rețea în același timp.

Detectarea conflictelor. Acest sarcina principală Metoda CSMA/CD. Când computerul este gata să transmită, verifică starea media. Dacă cablul este ocupat, computerul nu trimite semnale. Dacă computerul nu aude semnalele altor persoane în cablu, începe să transmită. Cu toate acestea, se poate întâmpla ca două computere să asculte cablul și, nedetectând semnale, să înceapă să transmită pe ambele simultan. Acest fenomen se numește ciocnire semnal.

Când în cablu de rețea semnalează conflict, pachetele de date sunt distruse. Totuși, nu totul este pierdut. În metoda CSMA/CD, calculatoarele așteaptă o perioadă de timp aleatorie și apoi trimit din nou aceleași semnale. De ce perioada de timp trebuie să fie aleatorie? Dacă ambele computere așteaptă un anumit număr fix de milisecunde, atunci timpii lor de așteptare pot coincide și totul se va repeta din nou. Computerul care repetă primul transmisia pachetului (care are în mod aleatoriu o perioadă mai scurtă de timp) „câștigă” accesul la rețea într-un joc de ruletă.

Probabilitatea conflictelor este scăzută, deoarece acestea apar numai dacă începuturile pachetelor se potrivesc, adică. perioade foarte scurte de timp. Deoarece semnalele sunt transmise la viteze mari (10 sau 100 Mbps în Ethernet), performanța rămâne ridicată.

Implementarea metodei CSMA/CD este definită de specificațiile IEEE 802.3.

Metoda CSMA/CA

Numele metodei înseamnă Acces multiplu Carrier Sense cu evitarea coliziunilor.

CSMA/CA este o metodă mai „fără încredere”. Dacă computerul nu găsește alte semnale în cablu, nu ajunge la concluzia că calea este clară și îți poți trimite datele prețioase. În schimb, computerul trimite mai întâi o cerere de trimitere a semnalului - RTS (Request to Send). Făcând acest lucru, el anunță altor computere că intenționează să înceapă transferul de date. Dacă un alt computer face același lucru în același timp, va exista o coliziune de semnale, nu de pachete de date. În acest fel, pachetele de date nu se pot ciocni niciodată. Aceasta se numește prevenirea conflictelor.

La prima vedere, metoda de prevenire a conflictelor este mult mai avansată decât metoda de detectare a conflictelor. Cu toate acestea, performanța sa este mai mică datorită faptului că, pe lângă date, este necesar să se trimită semnale KTS, marea majoritate dintre acestea fiind inutile. De fapt, numărul de semnale care sosesc pe cablu aproape se dublează.

Metoda CSMA/CA este utilizată în rețelele AppleTalk.

Trecând un jeton

Există o metodă de acces care să funcționeze fără coliziuni de semnal? O astfel de metodă există: este o metodă de trecere a simbolurilor.

Metoda de trecere a simbolurilor este necompetitivă În această metodă, două computere nu pot începe să transmită un semnal în același timp. Metoda funcționează ca un seminar în care un participant nu poate începe să vorbească până nu i se dă cuvântul. De asemenea, un computer dintr-o rețea care trece jetonul nu transmite până când jetonul trece la acesta.

Sisteme de telecomunicații de către tipuri de comunicare, precum și modurile de transmisie și recepție a datelor sunt împărțite în următoarele tipuri de comunicații:

Comunicare simplex

Comunicare simplex– aceasta este o comunicare unidirecțională între doi abonați, în care direcția este într-o singură direcție și prin același canal de comunicare. Acestea. la comunicare simplex al doilea abonat, căruia i se trimite mesajul sau mesajul, nu poate nici să răspundă, nici să confirme nimic, ci doar să asculte.

Comunicare semi-duplex

Comunicare semi-duplex– aceasta este o comunicare bidirecțională între doi abonați, în care datele sunt primite și transmise alternativ pe același canal de comunicație. Primul abonat trimite un mesaj și trebuie să-și elibereze canalul. Al doilea, după ce a primit mesajul, trimite (trimite) un mesaj de răspuns prin același canal. Și asta poate continua la nesfârșit. Dialoguri ca acesta sunt adesea auzite în filme:

- În primul rând, acesta este un aisberg - RECEPȚIA
- Aisberg, am auzit mesajul tău, PRIMIREA
— Sfârșitul conexiunii.

În acest exemplu comunicare semi-duplex cuvântul „PRIMIȚI” înseamnă doar că mesajul a fost trimis și puteți trece la modul de răspuns.