Дуплексный режим работы.

Дуплексный режим - наиболее универсальный и производительный способ ра­боты канала. Самым простым вариантом организации дуплексного режима явля­ется использование двух независимых линий связи (двух пар проводников или двух оптических волокон) в кабеле, каждая из которых работает в симплексном режиме, то есть передает данные в одном направлении. Именно такая идея ле­жит в основе реализации дуплексного режима работы во многих сетевых техно­логиях, например Fast Ethernet или ATM.

Иногда такое простое решение оказывается недоступным или неэффективным, например, когда прокладка второй линии связи ведет к большим затратам. Так, при обмене данными с помощью модемов через телефонную сеть у пользователя имеется только одна линия связи с телефонной станцией - двухпроводная. В та­ких случаях дуплексный режим работы организуется на основе разделения ли­нии связи на два логических канала с помощью техники FDM или TDM.

При использовании техники FDM для организации дуплексного канала диапазон частот делится на две части. Деление может быть симметричным и асимметрич­ным, в последнем случае скорости передачи информации в каждом направлении отличаются (популярный пример такого подхода - технология ADSL, исполь­зуемая для широкополосного доступа в Интернет). В случае когда техника FDM обеспечивает дуплексный режим работы, ее называют дуплексной связью с час­тотным разделением (Frequency Division Duplex, FDD).

При цифровом кодировании дуплексный режим на двухпроводной линии орга­низуется с помощью техники TDM. Часть тайм-слотов используется для переда­чи данных в одном направлении, а часть - в другом. Обычно тайм-слоты проти­воположных направлений чередуются, из-за чего такой способ иногда называют «пинг-понговой» передачей. Дуплексный режим TDM получил название дуп­лексной связи с временным разделением (Time Division Duplex, TDD).

В волоконно-оптических кабелях с одним оптическим волокном для организа­ции дуплексного режима работы может применяться технология DWDM. Пере­дача данных в одном направлении осуществляется с помощью светового пучка одной длины волны, а в обратном - другой длины волны. Собственно, решение частной задачи - создание двух независимых спектральных каналов в одном окне прозрачности оптического волокна - и привело к рождению технологии WDM, которая затем трансформировалась в DWDM.

Появление мощных процессоров DSP (Digital Signal Processor), которые могут выполнять сложные алгоритмы обработки сигналов в реальном времени, сдела­ло возможным еще один вариант дуплексной работы. Два передатчика работают одновременно навстречу друг другу, создавая в канале суммарный аддитивный сигнал. Так как каждый передатчик знает спектр собственного сигнала, то он вы­читает его из суммарного сигнала, получая в результате сигнал, посылаемый другим передатчиком.

Выводы

Для представления дискретной информации применяются сигналы двух типов: прямоуголь­ные импульсы и синусоидальные волны. В первом случае используют термин «кодирование», во втором - «модуляция».

При модуляции дискретной информации единицы и нули кодируются изменением амплитуды, частоты или фазы синусоидального сигнала.

Аналоговая информация может передаваться по линиям связи в цифровой форме. Это повы­шает качество передачи, так как при этом могут применяться эффективные методы обнаруже­ния и исправления ошибок, недоступные для систем аналоговой передачи. Для качественной передачи голоса в цифровой форме используется частота оцифровывания в 8 кГц, когда каж­дое значение амплитуды голоса представляется 8-битным числом. Это определяет скорость голосового канала в 64 Кбит/с.

При выборе способа кодирования нужно одновременно стремиться к достижению нескольких целей: минимизировать возможную ширину спектра результирующего сигнала, обеспечивать синхронизацию между передатчиком и приемником, обеспечивать устойчивость к шумам, об­наруживать и по возможности исправлять битовые ошибки, минимизировать мощность пере­датчика.

Спектр сигнала является одной из наиболее важных характеристик способа кодирования. Бо­лее узкий спектр сигналов позволяет добиваться более высокой скорости передачи данных при фиксированной полосе пропускания среды.

Код должен обладать свойством самосинхронизации, то есть сигналы кода должны содержать признаки, по которым приемник может определить, в какой момент времени нужно осуществ­лять распознавание очередного бита.

При дискретном кодировании двоичная информация представляется различными уровнями постоянного потенциала или полярностью импульса.

Наиболее простым потенциальным кодом является код без возвращения к нулю (NRZ), однако он не является самосинхронизирующимся.

Для улучшения свойств потенциального кода NRZ используются методы, основанные на вве­дении избыточных битов в исходные данные и на скремблировании исходных данных.

Коды Хэмминга и сверточные коды позволяют не только обнаруживать, но и исправлять мно­гократные ошибки. Эти коды являются наиболее часто используемыми средствами прямой коррекции ошибок (FEC).

Для повышения полезной скорости передачи данных в сетях применяется динамическая ком­прессия данных на основе различных алгоритмов. Коэффициент сжатия зависит от типа дан­ных и применяемого алгоритма и может колебаться в пределах от 1:2 до 1:8.

Для образования нескольких каналов в линии связи используются различные методы мультип­лексирования, включая частотное (FDM), временнбе (TDM) и волновое (WDM), а также мно­жественный доступ с кодовым разделением (CDMA). Техника коммутации пакетов сочетается только с методом TDM, а техника коммутации каналов позволяет использовать любой тип мультиплексирования.

В зависимости от направления возможной передачи данных способы передачи

данных по линии связи делятся на следующие типы:

□ симплексный - передача осуществляется по линии связи только в одном на-

правлении;

□ полудуплексный - передача ведется в обоих направлениях, но попеременно

во времени (примером такой передачи служит технология Ethernet);

□ дуплексный - передача ведется одновременно в двух направлениях.

Режим, при котором передача ведётся в обоих направлениях, но с разделением по времени называют полудуплексным. В каждый момент времени передача ведётся только в одном направлении.

Разделение во времени вызвано тем, что передающий узел в конкретный момент времени полностью занимает канал передачи. Явление, когда несколько передающих узлов пытаются в один и тот же момент времени осуществлять передачу, называется коллизией и при методе управления доступом CSMA/CD считается нормальным, хотя и нежелательным явлением.

Этот режим применяется тогда, когда в сети используется коаксиальный кабель или в качестве активного оборудования используются концентраторы.

В зависимости от аппаратного обеспечения одновременный приём/передача в полудуплексном режиме может быть или физически невозможен (например, в связи с использованием одного и того же контура для приёма и передачи в рациях) или приводить к коллизиям.

Режим, при котором, в отличие от полудуплексного, передача данных может производиться одновременно с приёмом данных.

Суммарная скорость обмена информацией в данном режиме может достигать вдвое большего значения. Например, если используется технология Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с, то скорость может быть близка к 200 Мбит/с (100 Мбит/с - передача и 100 Мбит/с - приём).

Дуплексная связь обычно осуществляется с использованием двух каналов связи: первый канал - исходящая связь для первого устройства и входящая для второго, второй канал - входящая для первого устройства и исходящая для второго.

В ряде случаев возможна дуплексная связь с использованием одного канала связи. В этом случае устройство при приёме данных вычитает из сигнала свой отправленный сигнал, а получаемая разница является сигналом отправителя (модемная связь по телефонным проводам, GigabitEthernet).

Понятие ИКТ

интегральная технология передачи данных и обработки данных.

#ИКТ, именуемая также ITT, появилась в результате объединения технологий обработки и передачи данных в единое целое. Сегодня развитие и использование ИКТ определяет движение к созданию информационного общества. Так, в декабре 1999 г. Европейская Комиссия объявила о новом проекте, именуемом E-Europa - “Электронная Европа”. Его цель - преобразование европейского индустриального общества в информационное. Этот проект включает:

совершенствование сети Internet, расширение набора ее информационных ресурсов;

использование ресурсов Internet для обучения;

обеспечение быстрого и дешевого доступа к Internet;

развитие платежной системы, в том числе - компьютерных карточек;

вовлечение в электронное сообщество нетрудоспособных граждан;

развитие здравоохранения и обеспечение безопасности транспорта на основе информационно-коммуникационных технологий;

обеспечение прозрачности деятельности правительств путем создания множества сайтов Web.

К информационно-коммуникационным технологиям, в первую очередь, относятся:

доступ и работа в информационных сетях;

цифровое телевидение;

электронная почта и факсимильная связь;

работа с базами данных и хранилищами сообщений.

Технология коммутации сама по себе не имеет непосредственного отношения к методу доступа к среде, который используется портами коммутатора. При подключении к порту коммутатора сегмента, представляющего собой разделяемую среду, данный порт, как и все остальные узлы такого сегмента, должен поддерживать полудуплексный режим.

Однако когда к каждому порту коммутатора подключен не сегмент, а только один компьютер, причем по двум физически раздельным каналам, как это происходит почти во всех стандартах Ethernet, кроме коаксиальных версий Ethernet, ситуация становится не такой однозначной. Порт может работать как в обычном полудуплексном режиме, так и в дуплексном.

В полудуплексном режиме работы порт коммутатора по-прежнему распознает коллизии. Доменом коллизий в этом случае является участок сети, включающий передатчик коммутатора, приемник коммутатора, передатчик сетевого адаптера компьютера, приемник сетевого адаптера компьютера и две витые пары, соединяющие передатчики с приемниками. Коллизия возникает, когда передатчики порта коммутатора и сетевого адаптера одновременно или почти одновременно начинают передачу своих кадров.

В дуплексном режиме одновременная передача данных передатчиком порта коммутатора и сетевого адаптера коллизией не считается. В принципе, это достаточно естественный режим работы для отдельных дуплексных каналов передачи данных, и он всегда использовался в протоколах глобальных сетей. При дуплексной связи порты Ethernet стандарта 10 Мбит/с могут передавать данные со скоростью 20 Мбит/с - по 10 Мбит/с в каждом направлении.

Уже первые коммутаторы Kalpana поддерживали оба режима работы своих портов, позволяя использовать коммутаторы для объединения сегментов разделяемой среды, как делали их предшественники-мосты, и в то же время позволяя удваивать скорость обмена данными на предназначенных для связи между коммутаторами портах за счет работы этих портов в дуплексном режиме.

Долгое время коммутаторы Ethernet сосуществовали в локальных сетях с концентра торами Ethernet: на концентраторах строились нижние уровни сети здания, такие как сети рабочих групп и отделов, а коммутаторы служили для объединения этих сегментов в общую сеть.

Постепенно коммутаторы стали применяться и на нижних этажах, вытесняя концентраторы, так как цены коммутаторов постоянно снижались, а их производительность росла (за счет поддержки не только технологии Ethernet со скоростью 10 Мбит/с, но и всех последующих более скоростных версий этой технологии, то есть Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с, Gigabit Ethernet со скоростью 1 Гбит/с и 10G Ethernet со скоростью 10 Гбит/с). Этот процесс завершился вытеснением концентраторов Ethernet и переходом к полностью коммутируемым сетям, пример такой сети показан на рис. 1

Рис. 1 Полностью коммутируемая сеть Ethernet.

В полностью коммутируемой сети Ethernet все порты работают в дуплексном режиме, а продвижение кадров осуществляется на основе МАС-адресов. При разработке технологий Fast Ethernet и Gigabit Ethernet дуплексный режим стал одним из двух полноправных стандартных режимов работы узлов сети. Однако уже практика применения первых коммутаторов с портами Gigabit Ethernet показала, что они практически всегда применяются в дуплексном режиме для взаимодействия с другими коммутаторами или высокоскоростными сетевыми адаптерами. Поэтому при разработке стандарта 10G Ethernet его разработчики не стали создавать версию для работы в полудуплексном режиме, окончательно закрепив уход разделяемой среды из технологии Ethernet.

Обратная связь

Данный принцип работы, естественно подразумевает только соединение типа точка-точка. Но это скорее большой плюс, чем минус. Дело в том, что в этом случае отпадает необходимость в каком либо ручном тюнинге (согласовании), установке дополнительных резисторов (они уже встроены), а сама линия всегда будет работать в наиболее оптимальном режиме. Все что потребуется это обжать концы кабеля в типовые телефонные коннекторы и воткнуть в соответствующие гнезда, по аналогии с тем как монтируются сети Ethernet. На следующем рисунке представлена схема сети RS-.5.

Рисунок 2

В моей реализации преобразователи RS-.5 не имеют собственного источника питания трансмиттера. Дело в том, что кабель типа витая пара всегда имеет как минимум 2 пары проводов. Поэтому, я задействовал еще одну пару проводов для передачи напряжения питания всех трансмиттеров в линии/сети. Это позволяет избавиться от dc/dc конвертеров (вещь довольно не дешевая). Все приемопередающие части преобразователей можно питать от одного источника питания. Если сеть большая ИП может быть и больше чем один естественно.
На картинке нарисована коробочка с двумя портами и надписью RS-.5 Switch - на самом деле возможность коммутировать данные в сети асинхронной передачи данных определяется используемым протоколом. На практике я такого не встречал ни в одном протоколе, но реализовать нетрудно.

После проработки основных принципов была разработана принципиальная схема UART to RS.5 трансмиттера (Рисунок 3).

Рисунок 3

Хотя там разрабатывать нечего. Оптроны выбрал самые дешевые из не самых медленных - H11L1. Заявленная скорость до 1Мб. На скорости 115200 работает хорошо. Хотя есть неприятный момент: один оптрон работал вплоть до скорости 921 600 бит в секунду, тогда как другой спотыкался уже на 230 400 бит в секунду. При осциллографической диагностике оказалось что все оптроны H11L1 перетягивают задний фронт. В общем это не проблема, можно оптроны подобрать по вкусу.
Так все выглядит в железе (конечно же это тестовые железки):

Рисунок 4

Рисунок 5

Интересная особенность: если с одного конца отсоединить коннектор, то трансмиттер на другом конце будет принимать свое эхо. В дальнейшем хочу попробовать на основе этого эффекта и на таком же модуле сделать измеритель длины кабеля.

В предыдущей статье, я коротко упомянул о том, какие .

Сейчас мы ознакомимся с согласованием параметров между устройствами, а так же скорости и режима работы (full- duplex или half-duplex ).

По умолчанию, каждый порт Cisco настроен таким образом, что устройство само определяет какие настройки на этом порту использовать, какую скорость выбрать, какой режим передачи данных. Такая технология называется Auto-negotiation (Автоопределение). Так же эти параметры можно задать «вручную», на каждом порту устройства.

Cisco определяют автоматически скорость между сетевыми устройствами (например между портом коммутатора и сетевой картой компьютера), используя некоторые методы. Cisco коммутаторы используют для определния скорости Fast Link Pulse (FLP) , это некоторый электрический импульс, по которому устройства могут понять на каких оптимальных скоростях может установиться соединение между данными сетевыми устройствами.

Если скорости выставлены вручную и они совпадают, то устройства смогут установить соединение используя электрические сигналы.

Если на коммутаторе и на сетевом устройстве компьютера (для примера), установлены вручную скорости и они не совпадают, то соединение не будет установлено.

Примерно так же проходит и определение режима работы соединения: half-duplex или full-duplex .

Если оба устройства работают в режиме автоопределения, и устройства могут работать в duplex режиме, то этот режим и установится.

Если на устройствах автоопределение выключено, то режим будет присвоен по некоторым правилам «по умолчанию». Для 10 и 100 мегабитных интерфейсов установится режим half-duplex, для 1000 мегабитных установится Full-Duplex.

Для отключения автоопределения дуплексности необходимо вручную указать настройки режима.

Ethernet устройства могут работать в режиме Full-Duplex (FDX ), только тогда, когда нет коллизий в передающей среде.

Современные технологии говорят что коллизии не происходят. Коллизии происходят только там где есть разделяемая среда передача данных, например при топологии шина, или при использовании такого устройства как hub (хотя сейчас увидеть такого «динозавтра» достаточно сложно 🙂).

Все же необходимо представлять какие технологии есть и как они борятся с в таких разделяемых ресурсах.

Алгоритм, по борьбе с коллизиями называется CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access Collision Detection ), что означает множественный доступ с контроллем несущей и обнаружением коллизий.

Что такое коллизия вобще?

Коллизия это наложение сигнала, т.е, когда одновременно несколько сетевых устройств начинают передачу данных по разделяемой среде, два этих сигнала встречаются, накладываются друг на друга, и происходит коллизия (тоесть данные искажены, и не несут в себе никакой полезной нагрузки.

Теперь давайте рассмотрим как это работает.

1. Устройство, которое желает отправить сначала слушает, свободна ли линия связи.
2. Когда линия связи не занята, это устройство начинает отправлять фреймы в Ethernet.
3. Устройство «слышит», что коллизия не происходит, значит все хорошо.
4. Если все же коллизия произошла (а как же первый шаг? где устройство убеждалось, что линия не занята? Дело в том, что другое устройство могло тоже прослушивать линию, и эти два устройства отправили фреймы практически в одно и тоже время, поэтому и произошла коллизия). Теперь, когда отправляемые устройства «поняли», что произошла коллизия, они отправляют так называемый jam signal, который «говорит» другим участникам сети, что сейчас передача невозможно, так как возникла коллизия и придется немного подождать.
5. После jam сигнала, у каждого отправляюшего устройства случайным образом определяется некоторое время, которое можно назвать «время простоя», когда устройство не может посылать никакие данные в сети.
6. После истечения этого таймера, алгоритм переходит к 1 шагу.