Datový spoj

1. Datový spoj • Datový spoj(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

2. Flag Adresa Řízení Data FCS Flag Datový spoj • Formát obecného rámce záhlaví zápatí není u rámců s pevnou délkou Příznak začátku a konce rámce

3. Datový spoj • Typy rámců • 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

4. Datový spoj • Synchronizace rámců • 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

5. Datový spoj • 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 kontrolaCRC – 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

6. Datový spoj • 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)

7. Datový spoj směr přenosu token– režijní zpráva – oprávnění k přenosu • Token Ring • CSMA/CD možné kolize

8. CSMA/CD • CSMA/CD • 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.

9. CSMA/CD • 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

10. Začátek Příliš mnoho kolizí Stav kanálu volný ? Test kanálu kolize ? Konec vysílání? ne ano Vysílá zprávu o stavu kanálu Připraveno k vysílání Signál „jamming“ Očekává „backoff“ Vysílá ne ano ano ne ne ano Konec

11. 1 0 0 1 1 Detekce kolize Kolize 3 1 2 4 PC1 PC2 Max. délka segmentu ~ délka, kterou urazí čelo signálu za 51,2 μs CSMA/CD • Kódování „Manchester“ • 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

12. PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 Kolizní domény Sběrnice Šíření signálu Šíření signálu Switch HUB PC3 PC1 PC2 PC3 PC4 PC1 PC2 PC4 Stromová topologie

13. CSMA/CA • 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. • Pokud je vysílání neúspěšné (druhá strana nepotrvdí příjem), zahájí exponenciální čekání. • 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)

14. Datový spoj • Techniky pro dvoubodové komunikační kanály (typicky pro WAN) • Řízení toku – techniky Stop-and-Wait a Sliding Window Animace http://williamstallings.com/DCC/DCC7e.html • 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)

15. Datový spoj • 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)

16. 1 1 2 2 3 N N Počítačové sítěDatový spoj • Zvýšení využitelnosti spoje – multiplexing jeden fyzický spoj je využit Npřenosovými kanály • Techniky zvýšení využitelnosti komunikačního kanálu – FDM, TDM, CDMA, OFDM

17. Datový spoj TDM (Time – DivisionMultiplexing) – časové sdílení spoje časové sloty (time slots) čas ČAS frekvence FREKVENCE

18. Datový spoj • 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)

19. A B C D A5 A4 C4 C2 D5 B1 A1 B2 Záhlaví obsahuje identifikátor zdroje a pořadí t1 t2 t3 t4 t5 STDM TDM prázdné time slots cykly A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2

20. frekvence Datový spoj FDM (Frequency – DivisionMultiplexing) sdílení frekvenčního rozsahu spoje čas frekvenční kanály čas frekvence

21. Datový spoj CDMA (Code Division Multiply Access) – z více zdrojů jsou současně vysílána data kódovaná rozdílnými kódy. Sdílení spoje časové i frekvenční.

22. Datový spoj Srovnání frekvenčního, časového a kódového sdílení

23. Datový spoj 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

24. Problém bezdrátových přenosů

25. Direct Sequence : Technika DSSS

26. Technika FHSS