Атрибуты

PKM-атрибуты несут в себе данные, специфические для обменов аутентификации, авторизации или управления ключами между клиентом и сервером. Каждый тип PKM-пакета имеет свой собственный набор необходимых и опционных атрибутов. Если не указано явно, порядок атрибутов в сообщении произволен. Конец списка атрибутов определяется полем LEN заголовка МАС PDU.

Таблица 27. Коды сообщений

Код	Тип PKM-сообщения	Имя управляющего сообщения МАС
0-2	зарезервировано	-
3	SA Add	PKM-RSP
4	Auth Request	PKM-REQ
5	Auth Reply	PKM-RSP
6	Auth Reject	PKM-RSP
7	Key Request	PKM-REQ
8	Key Reply	PKM-RSP
9	Key Reject	PKM-RSP
10	Auth Invalid	PKM-RSP
11	TEK Invalid	PKM-RSP
12	Authent Info	PKM-REQ
13-255	зарезервировано	-

BS и SS молча отбрасывает запросы/отклики, которые не содержат полного списка необходимых атрибутов.

Число запросов

Число запросов IE в сообщении.

Число возможностей

Число уведомлений о возможностях в сообщении. Таким образом сообщается о диапазоне минидоменов, которые соседи могут предоставить.

Динамическое добавление сервиса (DSA), инициируемое SS

Значения ссылок сервисных потоков являются локальными по отношению к сообщениям DSA; каждому сервисному потоку в рамках RSA-REQ присваивается уникальная ссылка. Это значение не должно быть уникальным с точки зрения других сервисных потоков известных отправителю.

Инициированный SS RSA-REQ может использовать имя класса сервиса вместо некоторых или всех параметров QoS.

DSA, инициированное BS

Если транзакция потерпела неудачу, SS будет использовать CID, чтобы идентифицировать конфликтные параметры DSA-RSP.

DSA, инициированное SS

Сообщения DSA-RSP, посланные BS, для успешно добавленных сервисных потоков, содержат CID. DSA-RSP для разрешенных или активных наборов параметров QoS также должны содержать CID.

Сообщения DSA-RSP, посланные BS, будут также содержать SA-дескриптор сервисного потока. Если соответствующий запрос DSA-REQ использует имя класса сервиса в запросе добавления сервиса, DSA-RSP будет содержать набор параметров QoS, ассоциированный с указанным классом сервиса. Если имя класса сервиса используется в DSA-REQ совместно с другими параметрами QoS, BS воспримет или отклонит DSA-REQ, используя набор параметров запроса. Если кодирование сервисного потока конфликтует с атрибутами класса сервис, BS будет использовать параметры, содержащиеся в DSA-REQ. Если транзакция не прошла, BS будет использовать исходную ссылку сервисного потока, чтобы идентифицировать конфликтные параметры в DSA-RSP.

DSA, инициируемое BS

Инициированный BS RSA-REQ будут также включать CID, уникальный в МАС-домене. Инициированный BS RSA-REQ для именованных классов сервиса будут включать набор параметров QoS, ассоциированный с этим классом сервиса, и дескриптор SA сервисного потока.

Eth_

4.1.1.1 Архитектура сетей Ethernet

Семенов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ)

Не трудно видеть, что все перечисленные физические среды используют последовательный формат передачи информации. К этой разновидности относится и Ethernet (10 Мбит/с ±0,01%). Фирма Ксерокс осуществила разработку протокола Ethernet в 1973 году, а в 1979 году объединение компаний Ксерокс, Интел и DEC (DIX) предоставило документ для стандартизации протокола в IEEE. Предложение с небольшими изменениями было принято комитетом 802.3 в 1983 году. Кадр Ethernet имеет формат, показанный на рис. 4.1.1.1.1.

Рис. 4.1.1.1.1 Формат кадра сетей ethernet (цифры в верхней части рисунка показывают размер поля в байтах)

Поле преамбула содержит 7 байт 0хАА и служит для стабилизации и синхронизации среды (чередующиеся сигналы CD1 и CD0 при завершающем CD0), далее следует поле SFD (start frame delimiter = 0xab), которое предназначено для выявления начала кадра. Поле EFD (end frame delimiter) задает конец кадра. Поле контрольной суммы (CRC - cyclic redundancy check), также как и преамбула, SFD и EFD, формируются и контролируются на аппаратном уровне. В некоторых модификациях протокола поле efd не используется. Пользователю доступны поля, начиная с адреса получателя и кончая полем информация, включительно. После crc следует межпакетная пауза (IPG - interpacket gap - межпакетный интервал) длиной 9,6 мксек или более. Максимальный размер кадра равен 1518 байт (сюда не включены поля преамбулы, SFD и EFD). Интерфейс просматривает все пакеты, следующие по кабельному сегменту, к которому он подключен, ведь определить, корректен ли принятый пакет и кому он адресован, можно лишь приняв его целиком. Корректность пакета по CRC, по длине и кратности целому числу байт производится после проверки адреса места назначения. Вероятность ошибки передачи при наличии crc контроля составляет ~2-32. При вычислении CRCиспользуется образующий полином:

G(x) = x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x12 + x11 + x10 + x8 + x7 + x5 + x4 + x2 + x + 1.

Алгоритм вычисления CRC сводится к вычислению остатка от деления кода M(x), характеризующего кадр, на образующий полином G(x) (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specification.
Published by IEEE (802.3-1985). Wiley-Interscience, John & sons, inc.). CRC представляет собой дополнение полученного остатка R(x). CRC пересылается, начиная со старших разрядов. Схема взаимодействия различных субуровней при реализации протокола IEEE 802.3 показана на рис 4.1.1.1.2. Выше llc размещаются верхние субуровни, включая прикладной. Через AUI данные передаются с использованием манчестерского кода.

Рис. 4.1.1.1.2. Схема взаимодействия субуровней 802.3 (CSMA/CD)

Манчестерский код объединяет в бит-сигнале данные и синхронизацию. Каждый бит-символ делится на две части, причем вторая часть всегда является инверсной по отношению первой. В первой половине кодируемый сигнал представлен в логически дополнительном виде, а во второй - в обычном. Таким образом, сигнал логического 0 - CD0 характеризуется в первой половине уровнем HI, а во второй LO. Соответственно сигнал CD1 характеризуется в первой половине бит-символа уровнем LO, а во второй - HI. Примеры форм сигналов при манчестерском кодировании представлены на рис. 4.1.1.1.3.



Рис. 4.1.1.1.3 Примеры кодировки с использованием манчестерского кода

Ниже в таблице 4.1.1.1.1 приведены ограничения, налагаемые на сеть Ethernet в целом и на отдельные ее фрагменты.



Таблица 4.1.1.1.1. Возможности различных схем реализации ethernet

Тип кабеля	Толстый (10base5)	Тонкий (10base2)	Скрученная пара (10baseT)
Максимальная длина сети (м)	2500	900	-
Максимальная длина кабельного сегмента (м)	500	185	100
Максимальное число подключений к сегменту	100	30	1
Минимальное расстояние между точками подключения (м)	2.5	0.5	-
Максимальное удаление узлов	5 сегментов и 4 повторителя	5 сегментов и 4 повторителя	5 сегментов и 4 повторителя

Из таблицы видно, что максимальная задержка в сети Ethernet складывается из:

4*tr (задержка, вносимая повторителями, при их максимальном числе =4; tr - задержка сигнала в репитере, ~20 бит-тактов)

4,5нсек/м*5*500м (задержка пяти кабельных сегментов)

4нсек/м*2*50м (задержка, вносимая двумя кабелями aui, первого и последнего сегментов)



задержки сетевых интерфейсов и трансиверов (~2*20 бит-тактов)

В сумме это соответствует ~220 бит-тактам. Минимальная длина пакета должна быть больше удвоенного значения этой задержки (выбрано 64 байта = 512 тактов). Если размер пакета меньше 64 байт, добавляются байты-заполнители, чтобы кадр в любом случае имел соответствующий размер. При приеме контролируется длина пакета и, если она превышает 1518 байт, пакет считается избыточным и обрабатываться не будет. Аналогичная судьба ждет кадры короче 64 байт. Любой пакет должен иметь длину, кратную 8 бит (целое число байт). Если в поле адресата содержатся все единицы, адрес считается широковещательным, то есть обращенным ко всем рабочим станциям локальной сети. Пакет ethernet может нести от 46 до 1500 байт данных. Формат адреса получателя или отправителя (MAC) показан на рис. 4.1.1.1.4. Для передачи данных на физическом уровне используется манчестерский код.



Рис. 4.1.1.1.4. Формат mac-адреса

В верхней части рисунка указана длина полей адреса, в нижней - нумерация разрядов. Субполе I/G представляет собой флаг индивидуального или группового адреса. I/G=0 - указывает на то, что адрес является индивидуальным адресом сетевого объекта. I/G=1 характеризует адрес как мультикастинговый, в этом случае дальнейшее разбиение адреса на субполя теряет смысл. Субполе UL является флагом универсального или местного управления (определяет механизм присвоения адреса сетевому интерфейсу). U/L=1 указывает на локальную адресацию (адрес задан не производителем и ответственность за уникальность лежит на администраторе LAN). U/L=I/G=0 характерно для стандартных уникальных адресов, присваиваемых интерфейсу его изготовителем. Субполе OUI (organizationally unique identifier) позволяет определить производителя сетевого интерфейса. Каждому производителю присваивается один или несколько OUI. Размер субполя позволяет идентифицировать около 4 миллионов различных производителей. За корректность присвоения уникального адреса интерфейса (OUA - organizationally unique address) несет ответственность производитель.


Двух интерфейсов одного и того же производителя с идентичными номерами не должно существовать. Размер поля позволяет произвести примерно 16 миллионов интерфейсов. Комбинация oui и oua составляют UAA (universally administrated address = IEEE-адрес).

Если в поле кадра протокол/тип записан код менее 1500, то это поле характеризует длину кадра. В противном случае - это код протокола, пакет которого инкапсулирован в кадр Ethernet.

Доступ к каналу Ethernet базируется на алгоритме CSMA/CD (carrier sense multiple access with collision detection). В Ethernet любая станция, подключенная к сети, может попытаться начать передачу пакета (кадра), если кабельный сегмент, к которому она подключена, свободен. Свободен ли сегмент, интерфейс определяет по отсутствию "несущей" в течение 9,6 мксек. Так как первый бит пакета достигает остальных станций сети не одновременно, может случиться, что попытку передачи совершат две или более станций, тем более что задержки в повторителях и кабелях могут достигать достаточно больших величин. Такие совпадения попыток называются столкновениями. Столкновение (коллизия) распознается по наличию в канале сигнала, уровень которого соответствует работе двух или более трансиверов одновременно. При обнаружении столкновения станция прерывает передачу. Возобновление попытки может быть произведено после выдержки (кратной 51,2 мксек, но не превосходящей 52 мсек), значения которой является псевдослучайной величиной и вычисляется каждой станцией независимо (t= RAND(0,2min(n,10)), где n - содержимое счетчика попыток, а число 10 - backofflimit).

После выдержки станция увеличивает на единицу счетчик попыток и начинает очередную передачу. Предельное число попыток по умолчанию равно 16, если число попыток исчерпано, связь прерывается и выдается соответствующее сообщение. Передаваемый длинный кадр способствует "синхронизации" начала передачи пакетов несколькими станциями. Ведь за время передачи с заметной вероятностью может возникнуть необходимость передачи у двух и более станций.


В момент, когда они обнаружат завершение пакета, будут включены таймеры IPG. К счастью информация о завершении передачи пакета доходит до станций сегмента не одновременно. Но задержки, с которыми это связано, являются также причиной того, что факт начала передачи нового пакета одной из станций не становится известным немедленно. При вовлечении в столкновение нескольких станций они могут уведомить остальные станции об этом, послав сигнал "затора" (jam - не менее 32 бит). Содержимое этих 32 бит не регламентируется. Такая схема делает менее вероятным повторное столкновение. Источником большого числа столкновений (помимо информационной перегрузки) может служить запредельная суммарная длина логического кабельного сегмента, слишком большое число повторителей, обрыв кабеля, отсутствие терминатора (50-омного согласователя кабеля) или неисправность одного из интерфейсов. Но сами по себе столкновения не являются чем-то негативным - это механизм, регулирующий доступ к сетевой среде.

Под логическим кабельным сегментом (иногда называемым областью столкновений) подразумевается один или несколько кабельных сегментов, объединенных повторителями. Анализ столкновений является одним из средств эффективной диагностики сети. Локальные столкновения (столкновения на сегменте, к которому непосредственно подключена рабочая станция) порождают укороченные пакеты-фрагменты (ведь их передача прерывается) с длиной менее 64 октетов. Большинство трансиверов и репитеров имеют на своих передних панелях индикаторы столкновений. Блок-схема реализации протокола CSMA/CD показана на рис. 4.1.1.1.4. Особое внимание я бы хотел обратить на влияние сигнала jam. В процессе пересылки столкнувшихся пакетов и за время передачи сигнала jam другие узлы могли захотеть что-то передать. Если таких узлов больше одного, то это приведет к синхронизации начала передачи этими узлами и к увеличению вероятности столкновения. Практически такую "синхронизацию" может осуществить любой достаточно длинный пакет.


Такая синхронизация является причиной "коллапса" сети при большой загрузке.



Рис. 4.1.1.1.5 Блок-схема реализации алгоритма доступа к сетевой среде CSMA/CD

Метод CSMA/ CD создает неопределенность времени доступа к сети, что делает ее неудобной для решения некоторых задач управления в реальном масштабе времени, где требуется малое время реакции системы на внешнее воздействие.



Рис. 4.1.1.1.6 Схема некоторых возможных вариантов подключения рабочих станций к Ethernet

Исторически первой появилась схема подключения к толстому 50-омному коаксиальному кабелю (сегмент 1 на рис. 4.1.1.1.6; Z=50 ±2 Ом) через трансивер и многожильный кабель типа AUI (attachment unit interface, максимальная длина 50 м). Трансивер подключается к кабелю методом "наколки", то есть во внешней оплетке и изоляции сверлится с помощью специального инструмента отверстие и через него осуществляется контакт трансивера с центральной жилой кабеля и экраном. Кабель по возможности не должен содержать сросток, в противном случае его предельная длина должна быть сокращена. Кабельный сегмент должен быть согласован с обоих сторон с помощью терминаторов (50 Ом ±1%). Позднее стала популярной схема соединений через тонкий коаксиальный кабель и t-образные коаксиальные разъемы (волновое сопротивление 50 Ом). В настоящее время наибольшее применение находит схема со специальными многовходовыми повторителями-концентраторами (Hub) и подключением оконечного оборудования через скрученные пары. Для подключения используется 8-контактный разъем RJ-45 (см. приложение 10.17 ). Этому способствует удешевление категорированных скрученных пар, соответствующих повторителей, а также большая надежность и лучшая ремонтоспособность таких сетей. Следует иметь в виду, что предельные длины для коаксиальных кабелей, приведенные в таблице 4.1.1.1.1 относятся к зарубежным типам, в частности в случае тонкого кабеля - это rg-58. Отечественные разновидности кабеля, например РК-50-2-11, допускают (при максимальной загрузке) длины примерно в 1,3-1,5 раз меньше.


Это связано с меньшим сечением центральной жилы и большей вариацией волнового сопротивления. Если же число ЭВМ подключенных к кабельному сегменту много меньше предельного, допускается использование и запредельных длин кабельных сегментов, но это не рекомендуется. Пропускная способность сети с методом доступа csma/cd снижается по мере роста загрузки из-за увеличения вероятности столкновений. По этой причине даже использование 100-мегагерцного ethernet не может гарантировать большей пропускной способности (по сравнению с обычным, см. рис. 4.1.1.1.8) при условии высоких загрузок и, как следствие, высоких вероятностей столкновений. ethernet-интерфейс перед началом передачи контролирует состояние кабельного сегмента (наличие несущей), выжидает некоторое время, если сегмент занят, после чего производит попытку передачи с контролем возможности столкновения.

Если в поле адресата содержатся все единицы, адрес считается широковещательным, то есть обращенным ко всем рабочим станциям локальной сети. Пакет Ethernet может нести от 46 до 1500 байт данных. Схема интерфейса на уровне MAU в упрощенном виде имеет вид, показанный на рис. 4.1.1.1.7.



Рис. 4.1.1.1.7. Схема интерфейса на уровне mau

Схема signal quality регистрирует коллизии и другие искажения сигнала и выдает в этом случае флаг SQE (signal quality error). sqe представляет собой сигнал CS0, посылаемый от MAU к DTE (точнее PMA к PLS, см. рис. 4.1.1.1.2). Сигнал SQE посылается mau также в случае завершения процесса передачи (output_idle). Узел isolate служит для блокировки передачи данных в сетевую среду, при этом DTE передает mau сигнал CS0. Суммарная емкостная нагрузка, вносимая mau, не должна превышать 4 пф. Входное сопротивление должно быть более 100 ком, а ток утечки должен лежать в пределах +2 мкА -25мкА. Выходной драйвер mau при передаче выдает в кабель -90 ±4мa (эквивалентно -2,05В на нагрузке 25 Ом). Предельное ослабление сигнала на длине 500 м не должно превышать 8,5 дБ (на частоте 10МГц).

При передаче сигнал распространяется в обоих направлениях по кабелю от точки подключения интерфейса.


При использовании тонкого кабеля интерфейс должен иметь максимально большое входное сопротивление и минимально возможную входную емкость, чтобы вносить минимальные искажения для сигналов, распространяющихся по сегменту. В случае работы со скрученными парами на "кабельный сегмент" подключается только один интерфейс. Максимальное время прохождения сигнала между узлами сети, принадлежащих одному сегменту, называется окном коллизий и является важной рабочей характеристикой.

Помимо столкновений в сети может быть зарегистрировано появление ложной несущей (FCE - false carrier event) - битовая последовательность не имеет байта SFD, соответствующего конкретному типу физической среды. Появление ложной несущей обычно связано с состоянием кабеля или шумами. Если фиксируется появление двух ложных несущих подряд, повторитель должен отключить порт (перевести в состояние link unstable) и послать сигнал jam во все остальные порты. Сигнал jam должен продолжаться до конца потока данных, вызвавшего появление ложной несущей. Если канал восстановлен, повторитель переводит порт в нормальное состояние. Отключение порта возможно также при возникновении множественных коллизий (ECE - excessive collision error) - более 60 коллизий подряд. После блокировки порта он будет восстановлен, если в течении 500 тактов коллизии не обнаружены или при повторном включении повторителя. Если рассмотреть зависимость пропускной способности сети L от ее суммарной загрузки Lin, мы для Ethernet получим кривую, показанную на рис. 4.1.1.1.8.



Рис. 4.1.1.1.8. Зависимость пропускной способности lin сети со схемой доступа CSMA/CD от суммарной загрузки l

Вначале эта зависимость линейна и на участке А пропускная способность удовлетворительна. Но при больших входных загрузках из-за коллизий сначала наступает насыщение, а затем и резкий спад (Ethernet collapse). Это свойство сетей с CSMA/CD дает определенные преимущества сетям с маркерным доступом: Token Ring, FDDI и др..

При диагностировании сетей не всегда под руками может оказаться настоящий сетевой тестер типа Wavetek, и часто приходится довольствоваться обычным авометром.


В этом случае может оказаться полезной таблица 4.1.1.1.2, где приведены удельные сопротивления используемых сетевых кабелей. Произведя измерение сопротивления сегмента, вы можете оценить его длину.



Таблица 4.1.1.1.2 Сопротивление кабеля по постоянному току

(Handbook of LAN Cable Testing. Wavetek Corporation, California)

Коаксиал	Ом/сегмент	Максимальная длина сегмента
10base5	5	500 м
10base2	10	185 м
Скрученная пара	Ом/100 м
24 awg	18,8
22 awg	11,8

Данные, приведенные в таблице, могут использоваться для оперативной предварительной оценки качества кабельного сегмента (соответствует стандарту EIA/TIA 568, 1991 год).

Помимо уже описанных модификаций сетей ethernet в последнее время получили распространение сети для частот 100 Мбит/с, которые базируются на каналах, построенных из скрученных пар или оптоволоконных кабелей. Оптические связи используются и в обычном 10-мегагерцном ethernet (10base-FL, стандарт разработан в 1980 году, см. рис. 4.1.1.1.9).

Оптоволоконная версия ethernet привлекательна при объединении сегментов сети, размещенных в различных зданиях, при этом увеличивается надежность сети, так как ослабляется влияние электромагнитных наводок, исключается влияние различия потенциалов земли этих участков сети. Облегчается переход от 10- к 100-мегагерцному Ethernet, также можно использовать уже имеющиеся оптоволоконные каналы, ведь они будут работать и на 100 Мбит/с (возможна реализация сетей со смешанной структурой, где используется как 100- так и 10-мегагерцное оборудование). На программном уровне 10- и 100-МГц ethernet не различимы. Требования к параметрам опто-волоконных кабелей не зависят от используемого протокола (FDDI, Token Ring, Fast Ethernet и т.д.) и определяются документом EN 50173 (European norm). Это утверждение не относится к топологии кабельных связей, которые в общем случае зависят от используемого протокола. При работе с оптоволоконными системами необходимы специальные тестеры, способные измерять потери света и отражения методом OTDR (рефлектометрия с использованием метода временных доменов).


При пассивной звездообразной схеме длины оптоволоконных сегментов могут достигать 500 метров, а число подключенных ЭВМ - 33. Для передачи сигналов используются многомодовые волокна (MMF) с диаметром ядра 62,5 микрон и клэдинга 125 микрон. Длина волны излучения равна 850 (или 1350) нанометров при ослаблении сигнала в кабельном сегменте не более 12,5 дБ. Обычный кабель имеет ослабление 4-5 дБ/км или даже менее. Оптические разъемы должны соответствовать требования стандарта ISO/IEC BFOC/2,5 и вносить ослабление не более 0,5 - 2,0 дБ. Количество используемых mau в логическом сегменте не должно превышать двух.



Рис. 4.1.1.1.9. Схема 10-мегагерцного оптоволоконного Ethernet (для 100 Мбит/с схема с минимальными модификациями аналогична).

На данном рисунке видно, что соединения повторителя с FOMAU является дуплексным, аналогичные возможности предоставляют многие современные переключатели. Полно дуплексное подключение оборудование во многих случаях может обеспечить практическое удвоение скорости обмена и, что возможно более важно, исключить столкновения пакетов. Схема полно дуплексного соединения показана на рис. 4.1.1.1.10.



Рис. 4.1.1.1.10. Схеме реализации полно дуплексного канала Ethernet. (Буква К с цифрой отмечает номера ножек контактов разъема)

При практической реализации локальной сети обычно возникает проблема защиты и заземления. Если этой проблеме не уделить внимание в самом начале она даст о себе знать позднее и обойдется ее решение дороже. Можно выделить три аспекта. Безопасность персонала, работающего с ЭВМ и сетевым оборудованием, устойчивость к внешним наводкам и помехам, а также безопасность самого сетевого оборудования (противостояние грозовым разрядам или резким скачкам в сети переменного тока (обычно ~220 В)). Безопасность персонала обеспечивается тем, что все объекты, за которые может взяться человек, должны иметь равные потенциалы и в любом случае разница потенциалов не должна превышать 50 вольт. При работе с коаксиальным кабелем существуют рекомендации его заземления в одной точке.


Возникает вопрос, что делать с заземлением экранов в случае использования экранированных скрученных пар? Этой проблеме посвящена, например, статья в журнале LANline Special Juli/August 2002 страницы 27-32. Следует сразу заметить, что нужно избегать совмещения применения экранированных и неэкранированных скрученных пар в пределах одной системы. Представляется также естественной и разумной зонная концепция, рассматриваемая в упомянутой статье. На рис. 1. показана схема защиты. Эта схема содержит защитные выключатели на случай грозы или бросков напряжения (линия L). Буквой N обозначена нулевая (нейтральная) шина, а буквами PE - защитная шина.



Рис. 4.1.1.1.11. Схема защиты для случая использования экранированных скрученных пар



Рис. 4.1.1.1.12. Зоны заземлений

Земли-экраны соседних зон соединяются только в одной точке. Между зонами могут включаться пограничные устройства фильтрации, предназначенные для снижения уровня шумов и помех. В пределах зоны все устройства должны быть эквипотенциальны. Это достигается за счет подключения к общему экрану.

Следует учитывать, что для сетей Ethernet практически нет ограничений по размеру (за счет использования оптоволоконных переключателей). Сеть может быть локальной, общегородской или даже междугородней.

Feth Представлены значения для волокон с диаметрами 62.5/125 и 50/125 m(MMF). Там, где значения отличаются, в скобках дается величина для 50 мкм. Приложение в настоящее время промышленностью не поддерживается Приложение в настоящее время не поддерживается разрабатывавшей его группой Приложение в стадии разработки Приложение с ограниченной полосой пропускания для указанных длин канала. Использование для каналов с более высокими требованиями в случае применения компонентов с меньшим ослаблением, не рекомендуется. Длина канала может быть ограничена для волокон с диаметром 50 мкм. Длина канала для одномодового волокна может быть больше, но это находится вне пределов регламентаций стандарта. Таблица 4.1.1.2.6. Максимальные длины каналов с мультимодовыми волокнами Сетевое приложение Номинальная длина волны [нм] Максимальная длина канала в м Волокно 50мкмa Волокно 62,5мкм;b ISO/IEC 8802-3: FOIRL 850 514 1000 ISO/IEC 8802-3: 10BASE-FL&FB 850 1514 2000 ISO/IEC TR 11802-4: 4 &16Мбит/c Token Ring 850 1857 2000 ATM @ 155 Мбит/c 850 1000a 1000b ATM @ 622 Мбит/c 850 300a 300b ISO/IEC 14165-111: Fibre Channel (FC-PH) @ 266 Мбит/c 850 2000 700 ISO/IEC 14165-111: Fibre Channel (FC-PH) @ 531 Мбит/c 850 1000 350 ISO/IEC 14165-111: Fibre Channel (FC-PH) @ 1062 Мбит/cc 850 500a 350b IEEE 802.3: 1000BASE-SX 850 550a 275b ISO/IEC 9314-9: FDDI LCF-PMD 1300 500 500 ISO/IEC 9314-3: FDDI PMD 1300 2000 2000 ISO/IEC 8802-3: 100BASE-FX 1300 2000 2000 IEEE 802.5t: 100Мбит/c Token Ring 1300 2000 2000 ATM @ 52 Мбит/c 1300 2000 2000 ATM @ 155 Мбит/c 1000 2000 2000 ATM @ 622 Мбит/c 1300 330 500 ISO/IEC 14165-111: Fibre Channel (FC-PH) @ 133 Мбит/c 1300 Не поддерживается 1500 ISO/IEC 14165-111: Fibre Channel (FC-PH) @ 266 Мбит/c 1300 2000 1500 IEEE 802.3: 1000BASE-LXc 1300 550a 550b Максимальное ослабление на км (850/130нм): 3.5/1.5 дБ/км; минимальная полоса пропускания для длин волн (850/130нм): 500МГцкм Максимальное ослабление на км (850/130нм): 3.5/1.5 дБ/км; минимальная полоса пропускания для длин волн (850/130нм): 200МГцкм/500МГцкм Эти приложения ограничены по полосе. Использование компонентов с меньшим поглощением для получения каналов с улучшенными параметрами, не рекомендуется. Всякая, даже гигантская сеть была когда-то маленькой. Обычно сеть начинается с одного сегмента типа 1, 3 или 4 (рис. 4.1.1.2.1). Когда ресурсы одного сегмента или концентратора (повторители для скрученных пар) исчерпаны, добавляется повторитель. Так продолжается до тех пор, пока ресурсы удлинения сегментов и каналы концентраторов закончатся и будет достигнуто предельное число повторителей в сети (4 для 10МГц-ного Ethernet). Если при построении сети длина кабельных сегментов и их качество не контролировалось, возможен и худший сценарий - резкое увеличение числа столкновений или вообще самопроизвольное отключение от сети некоторых ЭВМ. Когда это произошло, администратор сети должен понять, что время дешевого развития сети закончилось - надо думать о приобретении мостов, сетевых переключателей, маршрутизаторов, а возможно и диагностического оборудования. Применение этих устройств может решить и проблему загрузки некоторых сегментов, ведь в пределах одного логического сегмента потоки, создаваемые каждым сервером или обычной ЭВМ, суммируются. Не исключено, что именно в этот момент сетевой администратор заметит, что топология сети неудачна и ее нужно изменить. Чтобы этого не произошло, рекомендуется с самого начала тщательно документировать все элементы (кабельные сегменты, интерфейсы, повторители и пр.). Хорошо, если уже на первом этапе вы хорошо представляете конечную цель и те возможности, которыми располагаете. Бухгалтерская сеть и сеть, ориентированная на выход в Интернет, будут иметь разные структуры. Прокладывая кабели, рекомендуется учитывать, что положение ЭВМ время от времени меняется, и это не должно приводить к изменению длины сегмента или к появлению дополнительных “сросток”. Следует также избегать применения в пределах сегмента кабелей разного типа и разных производителей. Если сеть уже создана, научитесь измерять информационные потоки в сегментах и внешние потоки (если ваша сеть соединена с другими сетями, например с Интернет), это позволит осмысленно намечать пути дальнейшей эволюции сети. Если возможности позволяют, избегайте использования дешевых сетевых интерфейсов, их параметры часто не отвечают требованиям стандарта. Сетевая архитектура требует немалых знаний и это дело лучше поручить профессионалам. Когда потоки данных в сети достигают уровня, при котором использование мостов и сетевых переключателей уже недостаточно, можно подумать о внедрении маршрутизаторов или оптоволоконных сегментов сети FDDI или быстрого (100 Мбит/с) Ethernet. Эти субсети будут играть роль магистралей, по которым идет основной поток данных, ответвляясь в нужных местах в субсети, построенные по традиционной технологии (см. раздел FDDI). Сеть FDDI для этих целей предпочтительнее, так как она не страдает от столкновений и у нее не падает пропускная способность при перегрузке. Если в вашей сети имеются серверы общего пользования, их рекомендуется подключить к быстродействующим сегментам и организовать несколько узлов доступа к FDDI-кольцу. Остальные потребители будут соединены с FDDI через эти узлы доступа (мосты/шлюзы). Аналогичную функцию могут выполнять и сегменты быстрого Ethernet (особенно хороши для этого схемы дуплексного обмена, см. выше). Особую проблему составляют переходы 100 Мбит/с ®10 Мбит/с (рис. 4.1.1.2.8). Дело в том, что на MAC-уровне нет механизмов понижения скорости передачи для согласования возможностей отправителя и приемника. Такие возможности существуют только на IP-уровне (ICMP-congestion, опция quench). Если функцию шлюза исполняет, например, переключатель, то исключить переполнение его буфера невозможно. Такое переполнение неизбежно приведет к потере пакетов, повторным передачам и, как следствие, к потере эффективной пропускной способности канала. Решить проблему может применение в качестве шлюза маршрутизатора (здесь работает ICMP-механизм ”обратного давления”). Рис. 4.1.1.2.8 Схема переходов 10-100-10 Мбит/с Если любые 2 или более каналов справа попытаются начать работу с одним из каналов слева, или наоборот, потери пакетов неизбежны. Лучше, когда N Флаг координации 0 = координировано 1 = не координировано Координированные передачи MSH-DSCH осуществляются с помощью субкадров управления. В обоих случаях для установления режима требуется тройной обмен (запрос, предоставление, подтверждение предоставления). Не координированный обмен возможен только в минидоменах, которые не создают помех координированной диспетчеризации. Флаг запрос/отклик 0 = сообщение запроса 1 = предоставление (используется и для подтверждения предоставления) Тип запрос говорит о том, что от одного или более узлов поступил новый запрос. Поле число запросов в этом случае не равно нулю. Сообщение может содержать также предоставления и подтверждения. Тип предоставление указывает, что осуществлено одно или более предоставлений или подтверждается получение. Флаг всегда равен нулю для скоординированной распределенной диспетчеризации. Формат сообщения конфигурирования сеточной (MESH) сети (MSH-NCFG) Такие сообщения используются для взаимодействия узлов-соседей в сети (BS и SS) для согласования их параметров. Таблица 72. Формат сообщения MSH-NCFG Синтаксис Размер Комментарий MSH-NCFG _Message_Format() {   Тип сообщения управления = 39 8 бит   NumNmbEntries 5 бит   NumBSEntries 2 бита   Флаг вложенного пакета 1 бит 0= нет, 1= имеется Xmt Power 4 бита   Xmt Antenna 3 бита   NetEntry MAC Address Flag 1 бит 0= нет, 1= имеется Базовый канал сети 4 бита   Зарезервировано 4 бита   NetConf Count 4 бита   Временная метка Номер кадра Номер управляющего сетевого домена в кадре Число шагов синхронизации   12 бит 4 бита 8 бит   NetConf диспетчерские данные Следующий Xmt Mx Показатель Xmt Holdoff   3 бита 5 бит   if(NetEntry MAC Address Flag) NetEntry MAC Address   48 бит   for(i=0; i<NumBSEntries; ++i) {     Идентификатор узла базовой станции 16 бит   Число шагов 3 бита   Xmt energy/bit 5 бит   }     for(i=0; i<NumNmbEntries; ++i)     {     Nbr Node ID (число идентификаторов) 16 бит   MSH-Nbr_Physical_IE() 16 бит   }     if(Embedded Packet Flag) MSH-Nbr_Logical_IE() Перем.   }     if(Embedded Packet Flag) MSH-NCFG_embedded_data() Перем.   }     Формат сообщения (REP-REQ) о результате измерения для канала Таблица 71. Формат сообщения REP-REQ Синтаксис Размер Комментарий Report_Response_Message_Format() {     Тип сообщения управления = 37 8 бит   Отклик-отчет (TLV) перем.   }     Формат сообщения (REQ-REQ) запроса результата измерения для канала Таблица 70. Формат сообщения REQ-REQ Синтаксис Размер Комментарий Report_Request_Message_Format() {   Тип сообщения управления = 36 8 бит   Запрос отчета (TLV) перем.   }     Идентификатор нисходящего канала Идентификатор нисходящего канала, к которому относится сообщение. Этот идентификатор произвольно выбирается BS и является уникальным для заданного домена подуровня MAC. Параметры сообщения, которые следуют за числом изменений конфигурации, кодируются в формате TLV. Downlink_Burst_Profile имеет комбинированную кодировку TLV, которая сопряжена с DIUC (Downlink Interval Usage Code) используемого физического канала. Каждый Downlink_Burst_Profile представляет собой неупорядоченный список атрибутов PHY, закодированных в формате TLV. Каждому интервалу с помощью сообщения DL-MAP ставится в соответствие DIUC. Каждый Downlink_Burst_Profile в сообщении DCD содержит следующие параметры: Тип модуляции Тип кода FEC Длина последнего кода Порог обязательного выхода DIUC Порог минимальной записи DIUC Присутствие преамбулы Если тип кода FEC равен 1, 2 или 3 Downlink_Burst_Profile будет содержать также RS байты данных (К) RS байты четности (R) Если тип кода FEC равен 2, то Downlink_Burst_Profile будет содержать тип кода BCC. Если же тип кода FEC равен 4, то Downlink_Burst_Profile будет содержать тип кода ряда BTC, тип кода колонки и тип интерливинга BTC. Соответствие между профайлом кластера и DUIC представлено в табл. 14. Таблица 14. Соответствие между профайлом кластера и DIUC Профайл кластера (burst) DIUC Профайл DL 1 0 Профайл DL 2 1 Профайл DL 3 2 Профайл DL 4 3 Профайл DL 5 4 Профайл DL 6 5 Профайл DL 7 6 Профайл DL 8 7 Профайл DL 9 8 Профайл DL 10 9 Профайл DL 11 10 Профайл DL 12 11 Профайл DL 13 12 Зарезервировано 13 Зазор (Gap) 14 Конец таблицы DL-MAP 15 Конец таблицы DL-MAP указывает на первый PS после конца DL-субкадра. В табл. 15 представлен формат Downlink_Burst_Profile, который используется в сообщении DCD. Профайл кодируется с типом =1, 8-битовой длиной и 4-битовым DIUC. Таблица 15. Формат Downlink_Burst_Profile Синтаксис Размер Описание Тип=1 8 бит Длина перем.   Зарезервировано 4 бита Следует устанавливать в 0 DUIC 4 бита   Информация в формате TLV перем.   < Секции данных нисходящего канала используются для передачи информационных и управляющих сообщений для станций клиентов. Для данных всегда используется FEC-кодирование. В режиме TDM данные передаются в порядке понижения трудоемкости профайлов. В случае режима TDMA данные группируются в кластеры (burst). Сообщение DL-MAP содержит карту соответствия, которая уведомляет, с какого PS начинаются изменения профайла. Если в пределах кластера данные (DL) не заполняют всего субкадра, передатчик прекращает работу. Вообще число PS i, выделенное для конкретного кластера, может быть вычислено на основе DL-MAP. Пусть n - минимальное число PS, необходимое для одного кодового слова FEC данного профайла. Тогда i=kn+j+q, где k - число кодов FEC, которые относятся к данному кластеру, j - число PS, занятых наибольшим возможным укороченным кодовым словом, а q (0#q<1) равно числу PS, занимаемых заполнителем в конце кластера, чтобы гарантировать целое i. Для операций с фиксированными кодами j=0. В конце кластера (когда нет следующего кодового слова) добавляются 4q символа, чтобы завершить PS. На рис. 4 показана схема привязки DL-MAP для варианта TDM, а на рис. 5 то же для варианта TDMA. Рис. 4. Схема привязки DL-MAP, использующая укороченные блоки FEC - вариант TDM Рис. 5. Схема привязки DL-MAP, использующая укороченные блоки FEC - вариант TDMA Поле данных для нисходящего канала разбивается на блоки, размер которых согласуется с размером кодов после добавления указателя CS. Заметим, что длина поля данных может варьироваться в зависимости от того разрешено ли использование укороченных кодов в профайле кластера. К каждому сегменту поля данных добавляется байт указателя. Это показано на рис. 6. Рис. 6. Формат PDU при передаче по нисходящему каналу CS Поле указателя определяет номер байта в пакете, который указывает либо на начало первого MAC PDU в пакете, либо на начало любого набора байт, который предшествует следующему MAC PDU. Если в CS-пакете нет MAC PDU или набора байт, тогда байт указателя устанавливается равным нулю. Когда имеются данные для передачи, stuff_byte равный 0xFF будет использоваться в пределах поля данных для заполнения любых ниш между MAC PDU. Кодирование и модуляция на физическом уровне нисходящего канала для данного режима отражены на рис. 7. Рис. 7. Блок-схема подуровня PMD нисходящего канала Нисходящий канал поддерживает адаптивное формирование профайлов кластеров для пользовательской части данных кадра. Может быть определено до 12 профайлов кластера. Параметры каждого передаются SS через МАС-сообщения в управляющей части нисходящего кадра. Использование DIUC определено в табл. 16. Таблица 16. Значения DIUC DIUC Назначение 0 Управление кадром (не в сообщениях DCD) 1-6 Профайлы кластеров TMD (без преамбулы) 7-12 Профайлы кластеров TMDA (фиксированная преамбула) 13 Зарезервировано 14 Зазор (в сообщениях DCD) 15 Конец таблицы соответствия Так как модуляция и схема FEC могут быть для SS опционными, для BS предусмотрены механизмы идентификации возможностей SS. Эта информация передается от SS к BS при регистрации. Идентификатор восходящего канала Идентификатор канала, к которому относится сообщение. Идентификатор произвольно выбирается BS и является уникальным в пределах домена субуровня MAC. Информационное сообщение аутентификации (Authent Info) Сообщение Authent Info содержит один атрибут CA-Certificate формата Х.509 производителя SS. Код = 12 Атрибуты сообщения Authent Info представлены в табл. 37. Таблица 37. Атрибуты сообщения Authent Info Атрибут Содержимое СА-сертификат Сертификат производителя SS Информационный элемент диспетчеризации MSH-DSCH Информация, содержащаяся в сообщениях MSH-DSCH, используется для рассылки информации, необходимой для определения времени передачи этих сообщений, при координируемой распределенной диспетчеризации. Каждый узел сообщает два связанных параметра, сопряженных с ним самим и соседними узлами. Диспетчерская информация включает следующие параметры: Таблица 86. Информационный элемент MSH-DSCH Синтаксис Размер Комментарий MSH-DSCH_scheduling_IE() {   NextXmt Mx 5 бит   Показатель Xmt Holdoff 3 бита   Число SchedEntries 8 бит   for(i=0; i<No_ SchedEntries; ++i) {     ID узла соседа 16 бит   Следующий Xmt Mх соседа 5 бит   Показатель Xmt Holdoff соседа 3 бита   } }     Информационный элемент предоставления MSH-DSCH Элементы предоставления передаются в сообщении MSH-DSCH и несут в себе данные о предоставленном интервале минидоменов из выбранном из диапазона доступных. Элементы предоставления могут использоваться для предоставления минидоменов и для подтверждения такого предоставления. Элемент предоставления (Grants) содержит в себе следующие параметры: Таблица 89. Информационные элементы предоставления MSH-DSCH (Grants) Синтаксис Размер Комментарий MSH-DSCH_Grants_IE() {     ID канала 8 бит   Начальный номер кадра 8 бит 8 младших бит номера кадра Начало минидомена 8 бит   Диапазон минидомена 8 бит   Направление 1 бит   Протяженность (persistence) 3 бита   Канал 4 бита   }     Направление 0= от источника запроса 1= к источнику запроса Информационный элемент возможностей MSH-DSCH Возможности, записанные в сообщении MSH-DSCH, будут использоваться для указания на свободные диапазоны минидоменов, которым соседи могут предоставить доступ. В перечень возможностей могут входить: Таблица 88. Информационные элементы возможностей MSH-DSCH Синтаксис Размер Комментарий MSH-DSCH_Availability_IE() {   Начальный номер кадра 8 бит 8 младших бит номера кадра Начало минидомена 8 бит   Диапазон минидомена 7 бит   Направление 2 бита   Протяженность (persistence) 3 бита   Канал 4 бита   }     Начальный номер кадра Младшие 8 бит номера кадра, где начинается IE Availability Диапазон минидомена Число свободных минидоменов Направление 0= доступность аннулируется 1= доступна для передачи в этом диапазоне минидоменов 2= доступна для приема в этом диапазоне минидоменов 3= доступна для приема и передачи Протяженность Поле persistence для возможностей. Число кадров, для которых Availability действительна. 0= доступность аннулируется 1 = одиночный кадр 2 = 2 кадра 3 = 4 кадра 4 = 8 кадров 5 = 32 кадра 6 = 128 кадров 7 = сохраняется вплоть до аннулирования или уменьшения Канал Логический номер канала из субнабора возможных номеров физического канала, сопряженный с сетевым дескриптором. Информационный элемент запроса MSH-DSCH Запрос, содержащийся в сообщении MSH-DSCH, транспортирует запрос ресурса на поканальной основе. Запрос включает в себя следующие параметры. Таблица 87. Запрос, содержащийся в сообщении MSH-DSCH Синтаксис Размер Комментарий MSH-DSCH_Request_IE() {     ID канала 8 бит   Уровень требования 3 бита   Протяженность (persistence) 3 бита   Зарезервировано 1 бит   }     ID канала ID, присвоенное передающим узлом каналу до соседа, который относится к данному запросу. Уровень требования Требуемое число минидоменов. Протяженность Поле протяженность для запроса. Число кадров, где присутствует запрос. 0 = аннулировать резервирование 1 = одиночный кадр 2 = 2 кадра 3 = 4 кадра 4 = 8 кадров 5 = 32 кадра 6 = 128 кадров 7 = сохраняется вплоть до аннулирования или уменьшения Конец отсрочки передачи Размер конечного окна отсрочки передачи для исходного соперничества за диапазон, выраженный через степень 2. Значение n может лежать в интервале 0-15 (старшие биты могут не использоваться и приравниваться нулю). Запрос размера конечного окна отсрочки передачи для исходного соперничества за диапазон, выраженный через степень 2. Значение n может лежать в интервале 0-15 (старшие биты могут не использоваться и приравниваться нулю). Таблица 18. Формат сообщения UCD Синтаксис Размер Описание UCD_Message_Format () {   Тип управляющего сообщения = 0 8 бит   Идентификатор восходящего канала 8 бит   Счетчик изменений конфигурации 8 бит   Размер минидомена (minislot) 8 бит   Начало отсрочки передачи 8 бит   Конец отсрочки передачи 8 бит   Запрос начала отсрочки 8 бит   Запрос конца отсрочки 8 бит   Информация о канале в кодировке TLV перем.   Начало секции, специфической для PHY {     for(i=1; i<=n; i++) {   Для каждого профиля восходящего канала с 1 до n Uplink_Burst_Profile } перем.   } }     Чтобы обеспечить гибкость, остальные параметры сообщения кодируются в формате TLV. Uplink_Burst_Profile имеет комбинированную кодировку TLV, которая сопряжена с UIUC (Uplink Interval Usage Code) используемого физического канала. Каждый Uplink_Burst_Profile представляет собой неупорядоченный список атрибутов PHY, закодированных в формате TLV. Каждому интервалу с помощью сообщения UL-MAP ставится в соответствие UIUC. Lan_ 4.1 Локальные сети (обзор) Семенов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ) Номер раздела Название раздела Объем в страницах Объем в кбайт 4.1.1 1 1 4.1.2 12 12 4.1.3 3 22 4.1.4 5 75 4.1.5 4 139 4.1.6 8 328 4.1.7 4 37 4.1.8 7 58 4.1.9 4 29 4.1.10 1 19 4.1.11 1 4 4.1.12 5 35 4.1.13 2 17 4.1.14 6 30 В этом разделе речь идет о физической среде локальных сетей. Mov_ 4.1.8.1 Мобильные телекоммуникации Семенов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ) В 80-х – 90-х годах весьма активное развитие получила мобильная телефония. В последнее время услуги мобильной связи стали применяться и для передачи цифровых данных. Мобильные телекоммуникации использует диапазоны в интервале 50 МГц – 1 ГГц. Мобильные системы работают при малых выходных мощностях передатчика, что ограничивает размер зоны приема. Вне этой зоны другие передатчики могут функционировать независимо. Такие зоны называются сотами (ячейками). По аналогии с пчелиными сотами их часто изображают шестигранными, хотя реально они могут иметь самую причудливую форму в зависимости от профиля местности. Ячейки должны перекрываться, так как показано на рис. 4.1.8.1.1 Рис. 4.1.8.1.1. Схема расположения ячеек при сотовой связи Светлыми кружками отмечены реальные границы ячеек, их перекрытие должно обеспечить перекрытие всей зоны телекоммуникаций. В центре ячейки находится базовая станция ретранслятор. Такая станция содержит в себе ЭВМ и приемо-передатчик, соединенный с антенной. Такие системы могут обслуживать пейджерную или мобильную телефонную сеть. Пейджерные каналы однонаправлены а телефонные двунапрвлены (см. рис. 4.1.8.1.2). Пейджинговые системы требуют небольшой полосы пропускания. А одно сообщение редко содержит более 30 байт. Большинство современных пейджигновых систем работает в частотном диапазоне 930-932 МГц (старые занимали 150-174 МГц). Рис. 4.1.8.1.2. Каналы пейджерной (слева) и мобильной телефонной сети (справа). В небольших системах все базовые станции соединены с MTSO(mobile telephone switching office). В больших сетях может потребоваться несколько MTSO, которые в свою очередь управляются mtso следующего уровня и т.д.. Узловая MTSO соединена со станцией коммутируемой телефонной сети. В любой момент времени каждый мобильный телефон логически находится в одной определенной ячейке и управляется одной базовой станцией. Когда телефон покидает ячейку, базовая станция обнаруживает падение уровня сигнала и запрашивает окружающие станции об уровне сигнала для данного аппарата. Управление аппаратом передается станции с наибольшим входным сигналом. Телефон информируется о смене управляющей станции, при этом предлагается переключиться на новый частотный канал (в смежных ячейках должны использоваться разные частотные каналы). Процесс переключения занимает около 300 мсек (handoff), что должно быть практически незаметно для пользователя. Присвоением частот управляет MTSO. Сигнал передатчика падает по мере удаления от центра ячейки, где он должен быть расположен. Там же должен находиться и приемник. В пределах ячейки предусмотрено несколько каналов для приема/передачи, разнесенные по частоте. Эти каналы управляются центральным коммутатором ячейки (MSC – mobile-service switching centre). В рамках американского стандарта первого поколения AMPS (advanced mobile phone service; 1982) формируется 40 МГц канал в интервале 800-900 МГц. Система использует 832 полнодуплексных каналов. Данный частотный диапазон делится пополам, 20 МГц выделяется для передачи и столько же для приема. Данные диапазоны делятся в свою очередь на 666 двусторонних каналов, каждый по 30 кГц. Эти каналы расщепляются на 21 субканал, сгруппированные по 3. Обычно, как показано на рис. 4.1.8.1.1, гексагональные ячейки группируются по 7 (центральная и 6 ее соседей). Имея 666 каналов, можно выделить три набора по 31 каналу для каждой ячейки. Такая схема удобна в случае возникновения необходимости увеличения числа каналов, для этого достаточно уменьшить размер ячейки – число ячеек увеличится и, как следствие, увеличится число каналов на единицу площади. В хорошо спланированной сети плотность ячеек пропорциональна плотности пользователей. AMPS для разделения каналов использует метод мультиплексирования по частоте. Каждый мобильный телефон в amps имеет 32-битовый серийный номер и телефонный номер, характеризуемый 10 цифрами. Телефонный номер представляется как код зоны (3 десятичные цифры) и номер подписчика (7 десятичных цифр). Когда телефон включается, он сканирует список из 21 управляющих каналов и находит тот, у которого наиболее мощный сигнал. Управляющая информация передается в цифровой форме, хотя сам голосовой сигнал является аналоговым. При нормальной работе мобильный телефон перерегистрируется в MTSO (mobile telephone switching office) каждые 15 мин. При осуществлении вызова пользователь набирает номер телефона и нажимает кнопку send. Аппарат посылает набранный номер и свой идентификационный код. Базовая станция принимает вызов и передает его MTSO. Если звонящий является клиентом mtso или ее партнером, ишется свободный канал и мобильный телефон переключается на него, ожидая когда адресат снимет трубку. В режиме приема аппарат постоянно прослушивает канал пейджинга, чтобы обнаружить обращенный к нему вызов. Осуществляется обмен командными сообщениями с MTSO, после чего раздается звонок вызова. Аналоговые сотовые телефоны не обеспечивают конфиденциальности. С помощью широкополосного сканера можно зафиксировать вызов и осуществить прослушивание. Другим недостатком является возможность кражи эфирного времени. Вседиапазонный приемник, подключенный к ЭВМ, может записать 32-битовый серийный номер и 34-битовый телефонный номер всех телефонов, работающих поблизости. Собрав такие данные вор может по очереди пользоваться любым из перехваченных номеров. AMPS базируется на аналоговой модуляции, существует еще полдюжины аналогичных не стыкуемых друг с другом систем. В последнее время аналоговая модуляция повсеместно вытесняется цифровой. В Европе принят единый стандарт для систем мобильной связи GSM (groupe special mobile, второе поколение мобильных средств связи). gsm использует диапазоны 900 и 1800 МГц. Это довольно сложный стандарт, его описание занимает около 5000 страниц. Идеологически система имеет много общего с ISDN (например, переадресацию вызовов). GSM имеет 200 полнодуплексных каналов на ячейку, с полосой частот 200 кГц, что позволяет ей обеспечить пропускную способность 270,833 бит/с на канал. Каждый из 124 частотных каналов делится в GSM между восемью пользователями (мультиплексирование по времени). Теоретически в каждой ячейке может существовать 992 канала, на практике многие из них недоступны из-за интерференции с соседними ячейками. Система мультиплексирования по времени имеет специфическую структуру. Отдельные временные домены объединяются в мультифреймы. Упрощенная схема структуры показана на рис. 4.1.8.1.3. Рис. 4.1.8.1.3. Структура кадров в GSM Каждый временной домен (TDM) содержит 148-битовый кадр данных, начинающийся и завершающийся последовательностью из трех нулей. Кадр имеет два 57-битовых поля данных, каждое из которых имеет специальный бит, который указывает на то, что лежит в кадре - голос или данные. Между информационными полями размещается поле синхронизации (Sync). Хотя информационный кадр имеет длительность 547 мксек, передатчику позволено передавать его лишь раз в 4615 мксек, так остальное время зарезервировано для передачи другими станциями. Если исключить накладные расходы каждому соединению выделена полоса (без учета сжатия данных) 9600 кбит/с. Восемь информационных кадров образуют TDM-кадр, а 26 TDM-кадров объединяются в 128-микросекундный мультифрейм. Как видно из рисунка 4.1.8.1.2 позиция 12 в мультифрейме занята для целей управления, а 25-я зарезервирована для будущих применений. Существует также стандарт на 51-позиционный мультифрейм, содержащий больше управляющих вставок. Управляющий канал используется для регистрации, актуализации положения и формирования соединения. Каждая стационарная станция поддерживает базу данных, где хранится информация обо всех обслуживаемых в данный момент клиентах. Общий управляющий канал делится на три субканала. Первый служит для обслуживания вызовов (paging channel), второй (random access channel) реализует произвольный доступ в рамках системы ALOHA (устанавливаются параметры вызова). Третий субканал служит для предоставления доступа (access grant channel). Алгоритмы обслуживания мобильной связи достаточно нетривиальны. Из рисунка 4.1.8.1.1 видно, что области перекрываются (иначе бы существовали "мертвые" зоны без связи). Существуют даже субобласти, накрываемые тремя MSC. По это причине процедура должна четко определить, с каким из MSC клиент должен быть связан, и при каких условиях его следует переключить на соседний MSC, не прерывая связи. Система должна также компенсировать падение сигнала, иногда достаточно резкое, чтобы обеспечить комфортную связь и безошибочную передачу информации. По этой причине частота ошибок (BER) в таких сетях составляет 10-3 (против 10-6 для обычных стационарных цифровых каналов связи). Следует иметь в виду, что в условиях города сигнал падает пропорционально не квадрату, а четвертой степени расстояния. На распространение радиоволн в городе влияют ориентация улиц (до 20 дБ), туннели (до 30 дБ) и листва деревьев в сельской местности (до 18 дБ). GSM - система базирующаяся в основном на коммутации каналов. Применение модема на переносной ЭВМ позволяет подключиться к сети Интернет. Но здесь не все беспроблемно. Базовые станции временами теряют связь друг с другом (переключение с канала на канал), это может приводить к 300 миллисекундным потерям данных. Как уже говорилось выше, здесь высока вероятность ошибок. Так, нажав клавишу "a", можно получить на экране букву "я". Да и расценка за минуту работы в Интернет здесь весьма высока. В связи с этим был разработан стандарт на цифровую систему коммутации пакетов CDPD (Cellular Digital Packet Data). Система работает поверх AMPS. Система обеспечивает информационную пропускную способность на уровне 9,6 кбит/с. CDPD довольно точно следует модели OSI. В CDPD определены три типа интерфейсов. Е-интерфейс (внешний по отношению CDPD-провайдеру) соединяют CDPD-область с определенной сетью. I-интерфейс (внутренний по отношению CDPD-провайдеру) соединяет CDPD-области друг с другом. A-интерфейс (эфирный) используется для связи базовой станции с мобильной ЭВМ. В функции этого интерфейса входит сжатие и шифрование данных, а также исправление ошибок. 274-битные блоки сжатой и зашифрованной информации вкладываются в 378-битовые блоки, предназначенные для коррекции ошибок согласно алгоритму Рида-Соломона. К каждому такому блоку добавляется семь 6-битовых флагов. Результирующие блоки имеют 420 бит и передаются в виде семи 60-битовых микроблоков. Эти микроблоки передаются к базовой станции со скоростью 19,2 кбит/с. Канал с аналогичным быстродействием создается для пересылки информации в противоположном направлении. При обмене применяется мультиплексирование с делением по времени. При этом временные домены имеют длительность 3,125 мсек (60 бит). Когда мобильная ЭВМ хочет что-то передать, прослушивается канал базовой станции и проверяется флаг, сообщающий, свободен ли входной канал базовой станции. Если канал занят, ЭВМ вместо ожидания до очередного временного домена, пропуская псевдослучайное число временных доменов, после чего повторяет попытку. Если повторная попытка неудачна, время ожидания увеличивается примерно вдвое. Когда, наконец, ЭВМ обнаруживает, что канал свободен, она начинает пересылку своих микроблоков. Предусмотрена процедура, препятствующая попытке всех ЭВМ, готовых к передаче, захватить канал, как только он оказался свободным. Этот алгоритм называется DSMA (Digital Sense Multiple Access). Но, несмотря на применение DSMA, столкновение все же возможно, так как две или более ЭВМ могут воспользоваться одним и тем же временным доменом для начала передачи. Для выявления столкновений предусмотрен специальный флаг, который позволяет судить, корректно ли доставлен предыдущий микроблок. К сожалению это происходит не мгновенно а лишь спустя несколько микроблоков. При обнаружении ошибки передача прерывается. Следует иметь в виду, что информационный обмен имеет более низкий приоритет по отношению передачи голосовых данных. Предусмотрена возможность создания выделенных CDPD-каналов. GSM использует довольно сложную комбинацию методик ALOHA, TDM и FDM. CDPD для передачи одиночных кадров не вполне согласуется с алгоритмом CSMA. Впрочем существует еще один метод формирования радио каналов - CDMA (Code Division Multiple Access). Метод CDMA принципиально отличается от описанных выше, которые использовали для дультиплексирования доступа FDM, TDM или ALOHA. CDMA позволяет каждой станции осуществлять передачу во всем частотном диапазоне постоянно. Множественные передачи реализуются с привлечением теории кодирования. Здесь предполагается, что сигналы, совпадающие по времени складываются линейно. В CDMA каждый бит-тайм делится на m коротких интервалов, называемых чипами. Обычно используется 64 или 128 чипов на бит. Каждой станции присваивается уникальный m-битный код (chip sequence). Чтобы передать 1 бит станция посылает свой чип-код. Для простоты далее будем предполагать, что m=8. Для того чтобы послать нулевой бит, посылается дополнение чип-кода по модулю один. Никакие другие кодовые последовательности не разрешены. Например, пусть станции 1 поставлен в соответствие чип-код 01010101, тогда при посылке логической 1 она отправляет код 01010101, а при отправке логического нуля - 10101010. Если имеется канал с полосой 1 МГц и 100 станций с FDM, то каждая из них получит по 10 КГц (10 кбит/c при 1 бите на Гц). При CDMA каждая станция использует весь частотный диапазон, так что будет получена скорость передачи 1 мегачип в секунду. При менее 100 чипов на бит CDMA обеспечивает большую пропускную способность, чем FDM. Для упрощения введем двуполярную нотацию, где нулю соответствует -1, а единице +1. Тогда чип-код станции 1 получит вид -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1. Каждая из станций получает уникальный чип-код. Чип-коды можно представить в виде m-компонентных векторов. Чип-коды выбираются так, что все они попарно ортогональны (не любой уникальный чип-код пригоден, так, если станция 1 имеет чип-код 01010101, то станция 2 не может иметь чип-код 10101001, но чип-код 10100101 вполне допустим). Математически это можно выразить следующим образом: , где Hi и Gi компоненты векторов чип-кодов H и G. Это равенство указывает, что число разных компонентов равно числу равных. Если G и H ортогональны, то и =0. В то же время: [1] Когда сигналы от разных станций совпадают во времени и складываются, принимающая сторона легко может вычислить наличие соответствующей компоненты. Если компоненты суммарного сигнала Si, то компоненты Gi вычисляются с помощью произведения Si*H. Действительно, если: > S4=[-1 +1 -3 +3 +1 -1 -1 +1] Для выявления наличия компоненты G выполним операции "умножения" согласно описанным выше правилам. S1*G =[-1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 +1]/8=0 (G отсутствует) S2*G =[0 -2 0 -2 - +2 0 +2]/8=0 (G отсутствует) S3*G =[+1 +1 -1 -1 +1 +1 +3 +3]/8=1 (G имеется - передана логическая 1) S4*G =[-1 -1 -3 -3 -1 -1 +1 +1]/8=-1 (G имеется - передан логический 0) Хотя теоретически здесь все прекрасно, наложение слишком большого числа чип-кодов может создать проблемы и, в конечном итоге, привести к ошибкам. Идеальная мобильная система связи представляется в виде телефонной трубки, которой человек пользуется дома, в автомобиле, в отпуске или командировке. При этом телефонный номер не меняется, где бы вы не находились. Такая система разрабатывается в настоящее время и называется PCS (Personal Communication Services) в США. В остальном мире эта система имеет имя PCN (Personal Communications Network). PCS использует технику сотовой телефонной сети. Но здесь размер ячейки лежит в пределах 50-100 м (против 20 км для AMPS). Это позволяет работать с малой выходной мощностью порядка 0,25 Вт и понизить вес аппарата. При этом для покрытия той же области требуется в 40000 раз больше ячеек и, следовательно, такая система будет значительно дороже даже с учетом более низкой цены одной ячейки.Некоторые телефонные компании осознали, что старомодные телеграфные столбы являются идеальным местом для размещения базовых станций новой системы (провода уже имеются!). Для системы PCS зарегервирован диапазон частот 1,7-2,3 ГГц. Начало отсрочки передачи Размер исходного окна отсрочки для исходного соперничества за диапазон, выраженный через степень 2. Значение n может лежать в интервале 0-15 (старшие биты могут не использоваться и приравниваться нулю). Next Xmt Mх Время Next Xmt равно следующему приемлемому интервалу MSH-DSCH для этого узла и вычисляется как: 2XmtHoldoffExponent × NextXmt Mx<Время NextXmt£ 2XmtHoldoffExponent×(NextXmt Mx+1) Например, если NextXmt Mx=3 и Xmt Holdoff Exponent =4, тогда для узла будет рассматриваться возможным отправка следующего сообщения MSH-DSCH между 49 и 64 (с учетом гранулярности) возможностями передачи. Если поле NextXmt Mx содержит код 0х1F (все единицы), тогда соседа следует рассматривать способным передать сообщение с момента, определяемого этой величиной и в любое время, соответствующее возможностям MSH-DSCH после этого. NumNmbEntries Число соседей, указанных в сообщении. Число соседей может составлять часть полного набора соседей, известных узлу. Узел может сообщать о дополнительных наборах соседей в последующих сообщениях MSH-NCFG. NumBSEntries Число соседей сеточной базовой станции (ВS), указанных в этом сообщении. Xmt Power Мощность передатчика, выраженная через число ступеней, каждая из которых равна 2 dBm, начиная с 8 dBm. То есть 1111 означает 38 dBm. Xmt Antenna Логическая антенна, используемая для передачи этого сообщения. Это позволяет иметь до 8 антенных направлений. Network base channel Базовый канал, используемый сетью данного узла, равный логическому номеру физического канала. Соответствие между номерами логических и физических каналов определяется сетевым дескриптором. Netconf count Счетчик пакетов MSH-NCFG, переданных данным узлом. Счетчик используется соседями для детектирования потерянных пакетов. Счетчик увеличивается на 1 после передачи очередного пакета MSH-NCFG. Frame Number Счетчик по модулю 212, который увеличивается на 1 для каждого кадра. Synchronization hop count (число шагов синхронизации) Этот счетчик используется для определения относительного приоритета узлов при синхронизации сети. Узлы могут быть времязадающими серверами, синхронизуемыми извне (например, с помощью GPS). Эти узлы транслируют число шагов синхронизации, равное нулю. Узлы синхронизуют другие узлы с более низким числом шагов синхронизации. Xmt Holdoff Exponent (показатель) Xmt Holdoff Time равно числу возможностей передачи MSH-NCFG по истечении времени Next Xmt. Xmt Holdoff Time = 2(Xmt Holdoff Exponent+4) (1) Next Xmt Mx Next Xmt Time является интервалом пригодности MSH-NCFG для данного соседа. Вычисляется согласно: 2Xmt Holdoff Exponent ×Next Xmt Mx < NEXT Xmt Time £ 2Xmt Holdoff Exponent ×(Next Xmt Mx+1) например, если Next Xmt Mx=3 а Xmt Holdoff Exponent =4, то узел рассматривается рабочим для последующих передач MSH-NCFG между 49 и 64 периодами передачи. ID узла BS Идентификатор узла сеточной базовой станции. Число шагов Число шагов между передающим сообщение узлом и узлом сеточной базовой станции. Xmt energy/bit factor Указывает значение энергии/бит, необходимое для достижения сеточной базовой станции через данный узел. Xmt energy/bit вычисляется по формуле : где N набор соседей, оповещающих о сеточной BS, а , PTxравно мощности передачи в мВт из узла i в узел j, а Ri®j- скорость передачи данных в Мбит/с из узла i в узел j. Ej равна Xmt energy/bitуказанному соседом j. Указанный Xmt energy/bit factorравен вычисленному значению Xmt energy/bit, поделенному на 2(XmtEnergyUnitExponent-4). XmtEnergyUnitExponent соответствует 4-битовому полю, содержащемуся в дескрипторе сети. Nbr node ID Идентификатор соседнего узла. Формат физического информационного элемента Nbr представлен в таблице ниже. Таблица 73. Формат физического информационного элемента Синтаксис Размер Комментарий MSH-Nbr_Physical_IE() {     Данные о логическом канале имеются 1 бит 0= нет, 1= присутствуют Логический канал запрошен 1 бит 0=Нет, 1= Да Логический канал реализован 1 бит 0=Нет, 1= Да Число шагов до соседа 1 бит 0= 1 шаг (непосредственный сосед) 1= 2 шага Оценка времени распространения 4 бита в мкс Nbr Next Xmt Mx 5 бит   Nbr Xmt Holdoff Exponent 3 бита   }     Формат логического информационного элемента Nbr представлен в таблице ниже. Таблица 74. Формат логического информационного элемента Синтаксис Размер Комментарий MSH-Nbr_Logical_IE() {     Качество канала Rcv 3 бита   Профайл импульса Nbr 4 бита   Запрос дополнительного трафика 1 бит 0=Нет, 1= Да Мощность Nbr Xmt 4 бита   Антенна Nbr Xmt 3 бита   Nbr Xmt Mx 5 бит   Флаг короткой преамбулы 1 бит 0= не используется, 1= использование_запрошено / использование_подтверждено }     Качество канала Rcv Мера надежности принимающего канала, указывающая на надежность размера пакетов MSH-NCFG, которые используются указанным профайлом импульса. Надежность вычисляется согласно формуле: Надежность=100× (1-10-(Rcv Link Quality+ 1)/4)% (4) Профайл импульса Nbr Указывает, какой профайл импульса должен использовать узел при посылке порций (импульсов) данных указанному узлу. Запрос дополнительного трафика Может использоваться, чтобы проинформировать соседа о том, что текущий темп передачи недостаточен для передачи данных, ожидающих в очереди. Мощность Nbr Xmt Предлагаемая мощность передачи для данного соседа. Измеряется в единицах, равных 2 дБм, начиная от 8 дБм. (То есть значение 1111 эквивалентно 38 дБм). Флаг короткой преамбулы Узел может опционно установить этот бит, чтобы использовать короткую преамбулу при передаче информационной части кадра. Возможность передачи короткой преамбулы является обязательной, возможность приема - опционной. Данные, содержащиеся в MSH-NCFG имеют формат, представленный в таблице ниже в табл. 75. Таблица 75. Формат данных в MSH-NCFG Синтаксис Размер Комментарий MSH-NCFG_embedded_data() {     Расширенные embedded_data 1 бит 0=Нет, 1= Да Полученные 3 бита   Тип 4 бита 0=Нет, 1= Да Длина 8 бита   Embedded_data_IE() Переем. Длина embedded_data в байтах, исключая данный заголовок }     Тип Определены следующие значения поля тип. 0х0: Полученные 0х1: Сетевой дескриптор 0х2: Сетевой вход открыт 0х3: Сетевой вход закрыт 0х4: Сетевой вход подтвержден (Embedded_data_IE()==NULL) 0х5: Протокол установления канала с соседом Сетевой дескриптор содержит следующие параметры Таблица 76. Параметры сетевого дескриптора Синтаксис Размер Комментарий MSH-NCFG _embedded_data() {     Код длины кадра 4 бита 4 младшие бита протяженности кадра MSH-CTRL-LEN 4 бита Длина субкадра управления MSH-DSCH-NUM 4 бита Число DSCH-возможностей в субкадре управления MSH-CSCH-DATA-FRACTION 4 бита   Кадры диспетчеризации 4 бита Определяет, сколько кадров имеется в субкадре управления между двумя субкадрами сетевого управления (кратно 4). 0 означает 0 кадров, 1 - 4 кадра и т.д.. Num_Burst_Profiles 4 бита Число определений профайлов импульса ID оператора 16 бит   }     < Информационный элемент дескриптора сети имеет формат Таблица 77. Формат информационного элемента дескриптора Синтаксис Размер Комментарий XmtEnergyUnitsExponent 4 бита   Каналы 4 бита Число логических каналов MinCSForwardingDelay 7 бит Число OFDM символов задержки, введенных между получением и передачей пакетов управления ExtendedNeighborhoodType 1 бит 0= 2-шаговое соседство 1= 3-шаговое соседство if(Channels) MSH-NCFG_Channel_IE()     переменное for(i=0; i<Num_Burst_Profiles; i++) {     Обязательный порог выхода 8 бит   Обязательный порог входа} 8 бит   }     MSH-CSCH-DATA-FRACTION Максимальный процент минидоменов (значение × 6.67) в субкадре данных, допустимый для централизованной диспетчеризации. Полученное число округляется до ближайшего целого и используется для выделения места в информационном субкадре. ExtendedNeighborhoodType Если значение поля =0, тогда анонсируются только узлы с Hops to Neighbor=0; если =1, тогда анонсируются только узлы с Hops to Neighbor=1. MinCSForwardingDelay Минимальная задержка в OFDM символах, которые будут вводиться между концом приема и началом передачи централизованного сообщения диспетчеризации (то есть MSH-CSCH и MSH-CSCF) любым узлом. Формат канального безлицензионного информационного элемента MSH-NCFG представлен ниже в табл. 78. Таблица 78. Формат элемента MSH-NCFG Синтаксис Размер Комментарий MSH-NCFG_Channel_IE() {   Для безлицензионных каналов for(i=0; i<Channels; ++i)     Код физического канала 8 бит Физический канал ставится в соответствие логическому каналу i. Повторное использование канала 3 бита Минимальное число шагов между каналами, прежде чем канал может быть использован повторно алгоритмом централизованной диспетчеризации. Диапазон равен 1-7 шагов. Равенство 0 запрещает повторное использование Флаг пик/среднее 1 бит Регулирующие пределы задаются по пиковым или средним значениям. Зарезервировано 2 бита   NumChannelMaps 2 бита   for(i=0; i< NumChannelMaps; ++i) {     Число каналов 8 бит Число узлов, к которым применяются правила Max. xmt мощность на входе антенны } 6 бит Регулировочный предел в дБм Max. EIRP 6 бит Регулировочный предел в дБм }     < Формат канального лицензионного информационного элемента MSH-NCFG представлен ниже в табл. 79. Таблица 79. Формат информационного элемента MSH-NCFG Синтаксис Размер Комментарий MSH-NCFG_Channel_IE() {   Для лицензионных каналов for(i=0; i<Channels; ++i)     Центральная частота физического канала 24 бита Положительное число в кГц Полоса физического канала 8 бит Положительное число в 100 кГц }     Повторное использование канала 3 бита Минимальное число шагов между каналами, прежде чем канал может быть использован повторно алгоритмом централизованной диспетчеризации. Диапазон равен 1-7 шагов. Равенство 0 запрещает повторное использование Зарезервировано 5 бит   }     Сообщение Network Entry Open (сетевой вход открыт) используется в качестве отклика на запрос MSH-NENT и содержит в себе следующие параметры. Таблица 80. Информационный элемент Открытого сетевого входа Синтаксис Размер Комментарий MSH-NCFG_embedded_data_IE() {     Начало минидомена 8 бит Начало графика для входа верхнего сетевого уровня Диапазон минидомена 8 бит Диапазон графика для входа верхнего сетевого уровня Номер кадра 12 бит Номер кадра, для которого действует график (расписание) Канал 4 бита Логический канал для нового узла для Xmt в оговоренном диапазоне минидомена Действенность графика 12 бит Область действия графика в кадрах Канал 4 бита Логический канал Rcv для нового узла Оцененная задержка распространения 4 бита мкс Зарезервировано} 4 бита   Отклонение попытки входа в сеть, которое используется для отклонения запросов MSH-NENT содержит следующие параметры. Таблица 81. Информационный элемент отказа входа в сеть Синтаксис Размер Комментарий MSH-NCFG_embedded_data_IE() {     Код режекции 8 бит   Причина режекции (отклонения) 160 бит Строка ASCII }     Код режекции 0x0 Значение оператора аутентификации некорректно 0x1 Превышение задержки распространения 0x2 Выбор нового инициатора Структура информационного элемента установления канала с соседом показана в табл. 82. Таблица 82. Информационный элемент установления соединения с соседом Синтаксис Размер Комментарий MSH-NCFG_embedded_data_IE() {     Код действия 2 бита 0х0 Вызов 0х1 Отклик на вызов 0х2 Принято 0х3 Отклонено Зарезервиовано 6 бит   if(код действия == 0х0 или 0х1)     Значение Nbr аутентификации 32 бита   if(код действия == 0х1 или 0х2)     ID канала 8 бит Идентификатор канала передающего узла для данной связи }     Значение Nbr аутентификации HMAC{Ключ аутентификации | номер кадра | Собственный ID узла, ID другого узла} Ключ аутентификации является секретным ключом (полученным от оператора) Обзор Региональные сети МАN обычно выполняют функции опорных сетей. В качеcтве MAN часто использовались FDDI, Token Ring или SDH. Кольцевая топология сети обеспечивает высокую надежность (при использовании двойного кольца) и удобна для работы с оптическими волокнами. Топология звезды уязвима в случае выхода из строя центрального узла. Топология сетки гарантирует высокую надежность, но существенно дороже кольца. Так как сети FDDI с их полосой 100 Мбит/c устарели, а Token Ring еще медленнее, приемлемого современного решения нет. Попутно замечу, что первая опорная сеть в РФ (ЮМОС, 1993г) была выполнены с применением именно технологии FDDI. В FDDI пакеты уничтожаются отправителем и по этой причине совершают полный круг. Маркерный доступ в принципе имеет определенные ограничения. Сегодня требуются адаптивные решения для региональных опорных сетей (МАN). Здесь желательны подходы, гарантирующие равноправное распределение ресурсов между разными потоками. Конечно, можно использовать решения, предлагаемые SONET (SDH). Но SDH гарантирует определенную полосу при связи точка-точка, но при этом неиспользуемая пропускная способность не может быть предложена для транспортировки других потоков. Можно построить кольцевую сеть на основе Гига-Ethernet (GE). Но этот протокол не может гарантировать равные возможности для разных потоков, да и эффективность использования доступной полосы нельзя признать хорошей. Низкая эффективность связана с тем, что протокол STP блокирует некоторые связи, препятствую образованию петлевых маршрутов, что в некоторых случаях удлиняет путь. GE, несмотря на ряд привлекательных черт, имеет четыре ограничения. Во-первых, как уже отмечалось выше, Ethernet лишен механизмов выравнивания возможностей для разных потоков. Во-вторых, протокол STP запрещает кольцевые маршруты и один из участков кольцевой сети должен быть блокирован или замыкаться через маршрутизатор, что уводит сеть с уровня L2. В-третьих, когда канал или узел отказывает, дерево связей Ethernet должно выть заново вычислено, а это может потребовать нескольких сотен миллисекунд. Определенное замедление может вызвать восстановление связности, когда используется протокол маршрутизации уровня L3. Наконец, хотя GE может предоставить простую схему приоритетного обслуживания, такая сеть не имеет механизмов гарантирования полосы пропускания, задержки и разброса времени доставки, которые имеют SONET и RPR. Кольца SONET обеспечивают связь между узлами кольца по схеме точка-точка. SONET может гарантировать базовые параметры качества обслуживания. Время восстановления такой сети в случае отказа измеряется десятками миллисекунд. Основным недостатком SONET является неэффективность использования доступной полосы. Если все узлы требуют соединения со всеми, кольцо с N узлами будет требовать N2 соединений. Даже при ограниченном числе узлов в кольце, например при N=100, это может вызвать определенные проблемы. Начиная с 2000 года, разрабатывается новый протокол для опорных региональных сетей с двойной кольцевой топологией (http://www.ieee802.org/17, сервер к сожалению платный и мало кому доступен). Этот протокол IEEE 802.17 называется RPR (Resilient Packet Ring - адаптивное кольцо для пакетов). В отличие от FDDI (а также Token Ring или DQDB) в этом протоколе пакеты удаляются из кольца узлом-адресатом, что позволяет осуществлять несколько обменов одновременно. Но такая схема параллельных обменов осложняет равенство возможностей для разных узлов в кольце. Кроме того, схема уничтожения пакета отправителем имеет и определенные преимущества. Так транспортировка пакета от получателя к отправителю обеспечивает подтверждение получения, что все равно надо делать, например, в случае протокола ТСР. Для пояснения особенностей работы RPR рассмотрим схему на рис. 1, где четыре потока совместно используют канал 4, чтобы достичь узла 5. В этом примере каждый из этих потоков должен получить 1/4 долю полосы (алгоритм "parallel parking lot"). Рис. 1. Чтобы полностью использовать имеющиеся ресурсы на участке <1-2>, можно пропустить через канал еще 3/4 от того, что протекает между узлами 1 и 5. Чтобы максимально возможно использовать имеющиеся ресурсы, узлы должны взаимодействовать друг с другом. Таким образом, для обеспечения равенства доступа к ресурсам алгоритм должен дросселировать трафик на входе узлов. В RPR также как и в Ethernet пакет удаляется в точке назначения, что позволяет использовать незадействованную часть кольца. RPR реализует алгоритм распределенного выравнивания возможностей для разных потоков. Протокол не использует алгоритм STP и по этой причине может работать с замкнутыми маршрутами без ограничений. Кольца RPR транспортируют пакеты по пути вдоль кольца с минимальным числом шагов. Если какой-то узел или двунаправленный участок кольца откажет, RPR формирует альтернативный маршрут за время не более 50 мсек. Например, если канал между узами 4 и 5 будет оборван, узлы 4 и 5 будут соединены по маршруту 4-3-2-1-10-9-8-7-6-5. Наконец, в RPR можно определить несколько классов трафика, что крайне важно для мультимедийных приложений. Класс А реализует канальное соединение между узлами кольца с гарантированной полосой, задержкой доставки и дисперсией времени доставки (аналогично SONET, но без ограничений дискретных значений полосы - OC-3, OC-12 и т.д.). Класс В имеет гарантированную полосу, но допускает кратковременные возрастания трафика сверх согласованных значений за счет потоков, которые не имеют гарантии полосы. Класс С предлагает услуги типа "лучшее-что-возможно", при этом не гарантируются никакие параметры трафика. Целью RPR является одновременное достижение равных возможностей для разных потоков и высокая эффективность использования имеющихся ресурсов. Достижение равных возможностей можно проследить на примере реализации алгоритма "parallel parking lot" на рис. 1. Региональный сервис-провайдер стремится предоставить равные возможности всем клиентам, вне зависимости оттого, к какому узлу они подключены. На рис. 1 это означает предоставление каждому из потоков 1/4 полосы пропускания узла 5. Требования высокой эффективности использования ресурсов предполагают возможность привлечения всех ресурсов, незадействованных для обеспечения равных возможностей для всех конкурирующих потоков. Примером использования имеющихся ресурсов является поток между узлами 1 и 2 на рис. 1, который использует до 75% пропускной способности этого канала. Если реализовать указанные цели, то любые два узла в кольце смогут обмениваться данными со скоростью, ограниченной уровнем насыщения (перегрузки) канала. Таким образом, целью алгоритма справедливого распределения ресурсов является дросселирование потоков во входных точках, чтобы обеспечить равенство доступа к ресурсам. Это означает, что в случае, показанном на рис. 1, поток между узлами 1 и 5 должен быть дросселирован в точке 1 до уровня 0.25 от пропускной способности участка 4-5, оставляя доступной полосу на участке 1-2 на уровне 75%. Такое идеальное поведение может быть описано с помощью модели RIAS (Ring Ingress Aggregated with Spatial Reuse). Модель RIAS содержит в себе два ключевых компонента. Первый - определяет степень гранулярности трафика для определения справедливости распределения ресурсов. Модель RIAS гарантирует, что все узлы отправители получат равные доли полосы пропускания для каждого канала относительно долей других узлов отправителей. Второй компонент RIAS гарантирует максимальное использование ресурса сети при равном выделении полосы пропускания. Ресурс полосы может анонсироваться, если он не затребован или если не может быть использован из-за наличия узкого места где-то в другом узле или канале. Похожий (но несколько отличный от RPR) алгоритм распределения ресурсов реализован протоколом ТСР в сетях Интернет (уровень L4), здесь же это прелагается делать на уровне L2. В случае класса А узлам запрещается анонсировать неиспользуемые ресурсы. Рассмотрим работу алгоритма для классов В (фиксированная полоса) и С ("лучшее-что-возможно"), в которых каждый узел анонсирует неиспользуемую полосу взвешенным образом. Архитектура RPR-узла показана на рис. 2. Весь трафик, входящий в кольцо, дросселируется контроллерами потоков. В случае алгоритма "parallel parking lot" поток <1-5> должен быть снижен до уровня 1/4. Контроллеры потоков работают с учетом гранулярности, определяемой адресатом. Трафик делится на две категории в зависимости оттого, проходит ли он через перегруженный учаcток. Протокол RPR поддерживает обслуживание выходных очередей, как это делается в обычных переключателях. Рис. 2. Узлы RPR имеют модули измерения (счетчики байт), которые контролируют информационный поток станции и транзитные потоки. Результаты этих измерений используются алгоритмом справедливого распределения ресурсов полосы пропускания (fairness algorithm) для вычисления параметров управляющего сигнала, направляемого вышестоящим узлам для дросселирования их потоков. Узлы, которые получают такие сообщения, используют полученные данные совместно с локальной информацией для управления контроллерами входных потоков (см. рис. 2). Узел, кроме того, содержит планировщик, который осуществляет арбитраж для внутренних и транзитных потоков. В режиме одной очереди для транзитного потока имеется один буфер типа FIFO, эта очередь называется PTQ (primary transit queue). В этом случае планировщик предоставляет абсолютный приоритет транзитному трафику по отношению к локальному. В режиме двойной очереди (dual-queue mode) имеется две транзитные очереди, одна для класса А (PTQ) и одна для класса В и С - STQ (secondary transit queue). В этом режиме планировщик всегда обслуживает в первую очередь трафик класса А. Трафик класса А самой станции будет обслужен сразу после PTQ, если STQ не заполнена. В противном случае планировщик обслуживает сначала трафик STQ, гарантируя отсутствие потерь. При прочих равных условиях планировщик использует карусельный принцип обслуживания очереди STQ для транзитного трафика и трафика станции классов В и С до тех пор, пока не будет достигнут порог для STQ. Когда достигается порог буфера STQ, транзитный трафик STQ получает преимущество по отношению к трафику станции. В обоих случаях определяющим является стремление к простоте оборудования (исключение дорогостоящих решений с индивидуальными очередями для каждого потока или каждого входа) и подавлению потерь. Пакет, вошедший в кольцо не должен быть потерян в последующих узлах. Существуют два режима работы алгоритма справедливого распределения полосы RPR. Первый из них - агрессивный (АМ - aggressive mode) происходит от протокола SRP (Spatial Reuse Protocol), широко используемого во многих региональных сетях. Второй консервативный режим СМ связан с алгоритмом Аладдина. Оба режима работают схожим образом. Перегруженный узел, размещенный ниже по течению, передает свое состояние перегрузки узлам вверх, так что они дросселируют свой трафик, обеспечивая достаточную полосу транспортировки для станции внизу. Чтобы достичь этого, перегруженный узел передает информацию вверх по течению и все узлы, расположенные там, должны соответствующим образом дросселировать свои потоки. Спустя некоторое время перегрузка ослабеет, и все узлы получат справедливые доли пропускной способности. Аналогично, когда перегрузка исчезает, станции станут периодически увеличивать свой темп отправки данных, таким образом, получая максимально возможную долю полосы пропускания. Существует два ключевых параметра для управления полосой пропускания в RPR, это forward_rate и add_rate. Первый представляет загрузку от транзитного трафика, а второй - полную загрузку от трафика станции. Оба параметра измеряются в байтах за фиксированный период времени (aging_interval). Измерение обеих величин производится на выходе планировщика и подвергается экспоненциальному усреднению. Один раз за aging_interval каждый узел проверяет свое состояние перегрузки c учетом режима работы (АМ/CM). Когда узел N перегружен, он вычисляет свою скорость обмена local_fair_rate[N], которая является справедливым (fair) значением потока, который может быть передан узлу N. Узел N затем передает управляющее сообщение, содержащее значение local_fair_rate[N], своему выше стоящему соседу. Если выше расположенный узел (N-1) при получении сообщения перегрузки от узла N, сам является перегруженным, он направит это сообщение выше расположенному узлу, используя значение, которое является минимальным из local_fair_rate[N] и local_fair_rate[N-1]. Определяющим здесь является информирование вышестоящих узлов о минимальной скорости передачи, которую они могут допустить, направляя трафик к месту назначения. Если узел N-1 не перегружен, но его forward_rate больше полученного значения local_fair_rate[N], он переадресует управляющее сообщение, содержащее local_fair_rate[N], вверх по течению, так как перегрузка сопряжена с транзитным трафиком, идущем сверху. В противном случае посылается управляющее сообщение с нулевым значением уровня перегрузки. Когда вышестоящий узел i получает управляющее сообщение с параметром local_fair_rate[N], он понижает свое ограничение на скорость передачи для потоков, следующих через перегруженный канал (allowed_rate_congested). Это значение равно сумме допустимых скоростей передачи потоков (i,j) для всех j, для которых n лежит на пути от i к j. Система настраивается так, чтобы вышерасположенные узлы отрегулировали свои контроллеры потоков на уровень, соответствующий допустимому. Следовательно, трафик станции не будет превосходить анонсированного значения local_fair_rate для любого из перегруженных узлов ниже по течению. В противном случае, если получено управляющее сообщение с нулевым значением fairness, узел увеличивает allowed_rate_congested на фиксированную величину, так что он может анонсировать наличие дополнительной полосы пропускания в случае, если один из потоков ниже по течению снизит свою интенсивность. Более того, такое сокращение потока существенно для сходимости процесса установки справедливых долей потоков даже в случае статического запроса. Главным отличием между режимами АМ и СМ является детектирование перегрузки и вычисление локального значения справедливой величины потока. По умолчанию АМ использует режим двойной очереди, а СM - режим одной очереди. Агрессивный режим (АМ) является режимом работы алгоритма обеспечения справедливого распределения ресурсов в RPR по умолчанию. В режиме АМ узел N считается перегруженным, если: STQ_depth[N] > low_threshold или forward_rate[N] + add_rate[N] > unreserved_rate где, как это было описано выше, STQ является транзитной очередью для трафика классов В и С. Значение порога low_threshold является долей размера транзитной очереди, по умолчанию равной 1/8 от размера очереди STQ. unreserved_rate равна полосе канала минус доля полосы, зарезервированная для трафика с гарантированным качеством обслуживания. Так как здесь рассматривается только режим "лучшее-что-возможно", далее будем считать, что unreserved_rate равна полосе канала. Когда узел перегружен, он вычисляет свое значение local_fair_rate как нормированную скорость обслуживания собственного трафика, add_rate, и затем посылает управляющее сообщение, содержащее add_rate, вышестоящим узлам. Рассмотрим пример алгоритма "parking lot" (рис. 1). Если ниже расположенный узел анонсирует значение add_rate ниже уровня справедливого значения потока (что типично для ситуации без перегрузки), все вышестоящие узлы дросселируют потоки до этого уровня. Этот процесс осциллирует вокруг справедливого значения потока. Каждый СМ (Conservative mode) узел имеет таймер доступа, измеряющий время между двумя последовательными передачами пакетов станции. Так как СМ использует непосредственно приоритет транзитного трафика в отношении трафика станции в рамках режима одной очереди, этот таймер служит для того, чтобы гарантировать отсутствия блокировки трафика станции. Таким образом, в режиме СМ узел N считается перегруженным, если истекло время таймера доступа, или: forward_rate[N] + add_rate[N] > low_threshold В отличие от АМ low_threshold для СМ представляет собой параметр, имеющий размерность скорости передачи, и значение меньше полосы пропускания канала. Значение 0,8 от полосы канала является величиной по умолчанию. В дополнение к forward_rate и add_rate СМ режим выявляет ID узла путем анализа заголовка каждого пакета, и измеряет число активных станций, которые прислали хотя бы один пакет за время aging_interval. Если узел СМ перегружен за время текущего aging_interval, но не был перегружен в предыдущий интервал, значение local_fair_rate вычисляется как общая не зарезервированная скорость обмена, деленная на число активных станций. Если узел постоянно перегружен, значение local_fair_rate зависит от суммы forward_rate и add_rate. Если эта сумма меньше low_threshold, что индицирует недогруженность канала, значение local_fair_rate линейно увеличивается. Если эта сумма больше high_threshold (0,95 от емкости канала), то local_fair_rate линейно понижается. Рассмотрим снова пример алгоритма "parking lot" (рис. 1), когда канал между узлами 4 и 5 оказался впервые перегружен, узел 4 передает данные со скоростью 1/4 (истинно справедливая доля полосы). Канал при этом будет рассматриваться перегруженным, так как его полный поток больше low_threshold. Более того, поскольку полный поток больше high_threshold, local_fair_rate будет периодически понижаться, пока сумма add_rate и forward_rate в узле 4 не станет меньше high_threshold, но больше low_threshold. Таким образом, для СМ максимальное использование канала будет соответствовать high_threshold. Переходные процессы установления справедливых долей потока в системе может иметь осциллятивный характер (смотри [1,2]). Ожидание до завершения Если это поле содержит код нуль, тогда все предыдущие атрибуты диапазонных откликов должны быть использованы до посылки данного запроса. В противном случае это предполагаемое время, необходимое для завершения восприятия параметров выделенного диапазона и выраженное в десятках миллисекунд. Сообщение RNG-REQ должно содержать следующие параметры: Запрошенный профайл кластера нисходящего канала МАС-адрес SS Аномалии рабочего диапазона Параметры сервисного потока Полная спецификация сервисного потока включается в сообщение DSC-RSP, если она содержит вновь сформированный CID или расширенное имя класса услуг. Если набор параметров сервисного потока содержал принятый набор параметров QoS восходящего потока и этот сервисный поток не имеет ассоциированного CID, DSC-RSP должен включать в себя CID. Если набор параметров сервисного потока содержал имя класса сервиса и принятый набор параметров QoS, DSC-RSP будет включать набор параметров QoS, соответствующий этому классу. Если специфические параметры QoS были включены в запрос сервисного потока заданного класса, эти параметры будут включены в DSC-RSP вместо QoS-параметров того же класса. Показатель Xmt Holdoff соседа Анонсирует показатель Xmt Holdoff, сообщенный соседом. Число SchedEntries Число диспетчерных вложений MSH-DSCH соседа в сообщении. ID узла соседа ID узла, сообщенное соседом. Порядковый номер 8-битовый код, инкрементируемый BS на 1 (по модулю 256) при формировании сообщения CLK-CMP. Этот параметр используется для детектирования потери пакетов. Порядковый номер конфигурации Указывает на конфигурацию, которая будет использоваться при интерпретации пакета. Конфигурация сопряжена с пакетом MSH-СSCH. Флаг Grant/Request 0= Grant (передается по нисходящему каналу) 1= Request (передается по восходящему каналу) Флаг конфигурации Указывает, какой тип сообщения управляющего диспетчеризацией (CSCH или CSCF) будет передано следующим базовой станцией сетки. Показатель шкалы потока Определяет шкалу предоставляемой полосы. Его величина обычно зависит от числа узлов в сети, достижимой скорости передачи, требований трафика и предоставляемых услуг. Для DL он определяет абсолютное значение предоставляемого потока. Для UL используется наинизшее значение показателя для каждого шага. NumFlowEntries Число последующих 8-битных полей, упорядоченных согласно их появлению в MSH-CSCF. UplinkFlow Основа предоставленной/запрошенной полосы в бит/с для восходящего трафика узлов дерева диспетчеризации BS. DownlinkFlow Параметр, используемый для вычисления предоставленной/запрошенной полосы в бит/c для нисходящего трафика узла в дереве диспетчеризации BS. Поток характеризует трафик, который исходит или завершается в самом узле (транзитный трафик не учитывается). Действительное значение предоставляемой/запрашиваемой полосы вычисляется как: BWтрафик в BS = UplinkFlow A2FlowscaleExponent+14 (бит/c) BWтрафик из BS = DownlinkFlowA2FlowscaleExponent+14 (бит/c) Флаг диспетчеризации кадра Если флаг установлен, выделение потоков произойдет через два кадра, а не через один. Узел инициатор Три параметра (узел инициатора и профайлы) устанавливаются равными нулю, кроме случаев узлов, которые хотят зарезервировать выделение для инициализации МАС. Узел может установить эти величины, если все его дочерние узлы сообщают о равенстве этих параметров нулю. Сеточная BS в ответ осуществит выделение для индекса узла 0х00, который зарезервирован для этих целей. Таблица 90. Формат сообщения MSH-CSCH Синтаксис Размер Комментарий MSH-СSCH_ Message_IE() {   Тип управляющего сообщения=42 8 бит   Порядковый номер конфигурации 3 бита Последний порядковый номер MSH-CSCF Флаг Grant/Request 1 бит 0= Grant; 1= Request Флаг диспетчеризации кадра 1 бит   Флаг конфигурации 1 бит 0= следующим сообщением управления графиком является MSH-CSCH 1 = следующим сообщением управления графиком является MSH-CSCF Зарезервировано 2 бита   NumFlowEntries 8 бит   for(i=0; i<NumFlowEntries; ++i) {     UplinkFlow 4 бита   if(Grant/Request Flag ==0) DownlinkFlow 4 бита   }     Показатель шкалы потока 4 бита   Заполнитель 4 бита   if(Grant/Request Flag ==0) {     No_link_updates 4 бита   for(i=0; i< No_link_updates; ++i) {     Свой индекс узла 8 бит Индекс в списке MSH-CSCF Индекс узла родителя 8 бит Индекс в списке MSH-CSCF Профайл восходящего канала 4 бита   Профайл нисходящего канала } 4 бита   } else {   Запрос узла инициатора Узел инициатор 8 бит индекс дерева узлов Профайл DL 4 бита   Профайл UL 4 бита   } }     Последовательность HMAC Атрибут последовательности HMAC включает в себя дайджест сообщения, идентифицирующий отправителя. Этот атрибут является последним в списке. Атрибут последовательности HMAC содержит дайджест сообщения (для аутентификации отправителя). Этот атрибут должен быть последним в списке. Размер минидомена Размер n минидоменов для восходящего канала в единицах физических доменов. Допустимыми значениями являются n=2m, где m равно целому из диапазона 0-7. Re(Frequency_value[i]) и Im(Frequency_value[i]) Действительная (Re) и мнимая (Im) части измеренной амплитуды частоты в измерительной точке в формате целого числа со знаком и фиксированным положением запятой ([+/-][4бита].[11бит]. Результат сверки часов 8-битовый код разности (по модулю 256) между следующими двумя эталонными сигналами: (1) 10МГц эталонная частота, синхронизованная с символьными часами радиоканала (например, GPS), и (2) эталонной частотой 8.192 МГц, синхронизованной с сетевыми часами. Счетчик изменений конфигурации Увеличивается BS на 1 (по модулю 256), всякий раз, когда производится изменение любого параметра канала с данным дескриптором. Если значение счетчика для очередного UCD остается тем же, SS решает, что остальные поля не изменены и можно игнорировать оставшуюся часть сообщения. Счетчик порядкового номера Счетчик инкрементируется для каждого из запрашивающих сообщений при не координированной диспетчеризации. При координированной диспетчеризации он позволяет узлам детектировать потерю диспетчерских сообщений. Независимые счетчики используются для координированной и не координированной диспетчеризации. Следующий Xmt Mх соседа Уведомляет о следующем Xmt Mх, как это было сообщено соседом. Сообщение централизованной диспетчеризации сетки (MSH-CSCH) Сообщение MSH-СSCH формируется BS сетки (mesh) при использовании централизованной диспетчеризации. BS передает это сообщение широковещательно всем своим соседям и все узлы с числом шагов меньше чем HRпорог должны переадресовать сообщение MSH-СSCH своим соседям, которые имеют большее значение числа шагов. Во всех этих случаях флаг Grant/Request=0. HRпорог является конфигурационной величиной, которая должна быть известна BS сетки. Узлы могут использовать сообщения MSH-СSCH для запросов полосы у BS сетки, установив флаг Grant/Request=1. Каждый узел сообщает об индивидуальных требованиях по трафику каждого дочернего узла субдерева BS. Формат сообщения MSH-СSCH показан в табл. Сообщение содержит следующие параметры: