Построение схемы сети Ethernet, по принципу топологии шины

ВВЕДЕНИЕ

 

Внедрение новых телекоммуникационных и информационных технологий способствует дальнейшему развитию моделирования сетей и систем телекоммуникации. Увеличилось многообразие моделей, используемых при проектировании и исследовании, поэтому их изучение является актуальным при подготовке специалистов.

Целью курсовой работы является овладение методами моделирования систем телекоммуникаций.

При аналитическом моделировании математическая модель реализуется в виде такой системы уравнений относительно искомых величин, которая допускает получение нужного результата аналитически (в явном виде) или численным методом. В некоторых случаях аналитическое описание системы становится чрезмерно сложным, что затрудняет получение требуемых результатов. В данной ситуации следует переходить к использованию имитационных моделей.

Имитационная модель в принципе позволяет воспроизвести весь процесс функционирования ТС с сохранением логической структуры, связи между явлениями и последовательность протекания их во времени.

При имитационном моделировании на компьютере имитируется работа проектируемой системы. Математическая модель при этом реализуется в виде программы для компьютера. В результате экспериментов на компьютере собирается статистика, обрабатывается и выдается необходимая информация.

ТЕХНОЛОГИЯ Ethernet

 

ТЕХНОЛОГИЯ ETHERNET

Технология Ethernet была разработана в исследовательском центре компании Xerox в 70-х годах и достигла своего нынешнего лидирующего положения в 80-х. Впервые термин Ethernet был использован Робертом Меткалфом в статье, написанной им в этом исследовательском центре в мае 1973 года.

В локальных сетях с топологией общей шины все станции соединены при помощи соответствующего аппаратного интерфейса, называемого отводом (tap), напрямую с линейной передающей средой. Дуплексная связь между станцией и отводом позволяет передавать данные в шину и получать их с шины. Данные, передаваемые любой станцией распространяются по всей длине носителя в обоих направлениях и могут быть получены всеми станциями. На каждом конце шины находится терминатор шины, поглощающий все сигналы шины, таким образом удаляя их из шины.

При таком устройстве локальной сети возникают две проблемы. Во–первых, поскольку передача любой станции может приниматься всеми остальными станциями, требуется способ указывать кому предназначаются данные. Во-вторых, необходим механизм управления передачей.

Решение проблем передачи и управления решаются таким образом, что станции передают данные небольшими блоками, называемыми кадрами. Каждый кадр состоит из порции данных, которые станция желает передавать, а так же заголовка кадра, содержащего управляющую информацию. Каждой станции на шине присваивается уникальный адрес, называемый идентификатором, и адрес получателя включается в заголовок каждого кадра.

При передаче пакета от станции С к станции А. Адрес станции А включен в заголовок кадра. По мере того, как кадр распространяется по шине, он проходит мимо станции В. стация В проверяет адрес и игнорирует кадр. Станция А, наоборот, определяет, что кадр предназначен ей, и копирует данные из кадра. Станции передают кадру поочередно, сотрудничая друг с другом.

ПОСТРОЕНИЕ СХЕМЫ СЕТИ ETHERNET, ПО ПРИНЦИПУ ТОПОЛОГИИ ШИНЫ

Рисунок 1 – Схема сети с топологией шина

 

АЛГОРИТМ РАБОТЫ СЕТИ

 

В соответствии с протоколом CSMA (Carrier-Sense Multiple Access – метод доступа к сети с контролем несущей), рабочая станция вначале слушает сеть, чтобы определить, не передается ли в данный момент какое-либо другое сообщение. Если “слышит­ся” несущий сигнал (carrier tone), значит, в данный момент сеть занята другим сообщением - рабочая станция переходит в режим ожидания и находится в нем до тех пор, пока сеть не освободится. Когда в сети наступает молчание, станция начинает передачу. Collision Detection (метод обнаружения конфликтов) - служит для разре­шения ситуаций, когда две или более рабочие станции пытаются передавать сообщения одновременно. Если две станции начнут передавать свои пакеты одновременно, передаваемые данные накладываются друг на друга и ни одно из со­общений не дойдет до получателя. Такую ситуацию называют конфликтом или коллизией (сигналы одной станции перемешаются с сигналами другой).

Если одна из станций обнаружит коллизию, она посылает специальный сигнал, предупреждающий другие станции о произошедшем конфликте. При коллизии уничтожаются все данные в сети. После коллизии станции пытаются передать свои данные повторно. Для того чтобы предотвратить одновременную передачу, был разработан специальный механизм прерываний, который предписывает каждой станции выждать случайный промежуток времени перед повторной передачей. Станция, которой достался самый короткий период ожидания, первая из них совершит попытку передать данные. После первого конфликта каждая станция ждет 0 или 1 единицу времени, прежде чем попытается возобновить передачу. Если снова произошел конфликт, что может быть, если две станции выбрали одно и то же число, то каждая из них выбирает одно из четырех случайных чисел: 0, 1, 2, 3. Если и в третий раз произошел конфликт, случайное число выбирается из интервала 0-7 и т. д. После 10 последовательных конфликтов интервал выбора случайных чисел фиксируется и становится равным 0-1023. После 16 конфликтов контроллер отказывается от дальнейших попыток передать кадр и сообщает об этом компьютеру. Все дальнейшие действия по выходу из сложившейся ситуации осуществляются под руководством протоколов верхнего уровня. Такой алгоритм позволяет разрешить коллизии, когда конфликтующих станций немного.

Обнаружение конфликта происходит по алгоритму, в котором осуществляется блокировка при выходе в сеть более чем одной станции. Аппаратное обеспечение станции должно во время передачи «прослушивать» сеть для определения факта коллизии. Если сигнал, который станция регистрирует, отличается от передаваемого ею, значит, произошла коллизия.

Кадр протокола IEEE802.3 состоит из следующих полей

-Преамбула, 7-байтовая последовательность сменяющих друг друга битов 0 и 1, используемых получателем для синхронизации с отправителем

-Ограничитель начала кадра (Start Frame Delimeter, SFD) последовательность 10101011, обозначающая фактическое начало кадра и позволяющего получателю обнаружить местоположение первого бита остальной части кадра

-Адрес получателя идентифицирует станцию, которой предназначается передаваемый кадр

-Адрес отправителя идентифицирует станцию, посылающую кадр

-Длина \ тип. Длина поля данных Logical Link Control (управление логическим соединением) в байтах. Максимальный размер кадра составляет 1518 байт

-Данные LLC

-Заполнитель, байты, добавляемые для того, чтобы гарантировать достаточную для обнаружения коллизии длину кадра

-Контрольная последовательность кадра (Frame Check Sequence) 32-разрядный циклический избыточный код, в котором учитываются все поля кадра, кроме преамбулы, ограничителя начала кадра и самого поля котроля последовательности кадра

 

Рисунок 2 – Формат кадра IEEE802.3