2.22. Стандарт многоуровневого управления сетью (модель взаимодии открытых систем open system interconnection, osi). Понятие протокола, интерфейса, стек протоколов

2.22. CТАНДАРТ БАГАТОРІВНЕВОГО КЕРУВАННЯ МЕРЕЖЕЮ (МОДЕЛЬ ВЗАІМОДІЇ ВІДКРИТИХ СИСТЕМ – OPEN SYSTEM INTERCONNECTION, OSI). ПОНЯТТЯ ПРОТОКОЛУ, ІНТЕРФЕЙСУ, СТЕКУ ПРОТОКОЛІВ.

Как правило сеть стоит из разнородного оборудований и поэтому проблема совместимости стоит наиболее остро. Проблема взаимодействия между устройствами в сети очень сложная и для ее решения используется декомпозиция. Декомпозиция заключается  в разбиении задачи на модули и четкого определения функций каждого модуля и порядка их взаимодействия. При декомпозиции часто используют многоуровневый подход. Он заключается в том, что все множество модулей, решающих частные задачи, разбивают на группы и упорядочивают и группы по уровням. В соответствии с принципом иерархии для каждого промежуточного уровня можно четко указать вышележащий и нижележащий уровень. Группа модулей, составляющих каждый уровень должна быть сформирована так, чтобы все модули этой группы для выполнения своих задач обращались с запросами только к модулям соседнего нижележащего уровня. С другой стороны результаты работы модулей могут быть переданы только модулям соседнего вышележащего уровня.

В результате достигается относительная независимость уровней и возможность их автономной разработки модификации и управления. Опираясь на принцип декомпозиции и иерархического упорядочивания международная организация по стандартизации ISO предложила семиуровневою модель OSI. Прикладной уровень -> Представительный уровень -> Сеансовый уровень -> Транспортный уровень -> Сетевой уровень -> Канальный уровень -> Физический уровень

Многоуровневое представление средств сетевого взаимодействия имеет свою специфику, связанную с тем, что необходимо обеспечить согласованную работу двух “иерархий” работающих на различных компьютерах. У двух сторон взаимодействия должны соответствовать уровни и форма сигналов, размеры и структура сообщений и т. д.

Формализованные правила определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но на различных узлах – называются протоколом.

Модули, реализующие протоколы соседних уровней и находящихся на одном узле, также взаимодействуют друг с другом с помощью стандартизованных форматов сообщений в соответствии с четко определенными правилами называемыми интерфейсом. Интерфейс фактически представляет собой набор сервисов предоставляемых данным уровнем соседнему уровню.

Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия протоколов в сети, называют стеком протоколов.

Протоколы нижнего уровня организовывают как правило аппаратно, а протоколы верхнего уровня как правило программно.

2.23. Передачи данных на физическом уровне. Аналоговых и дискретных модуляций. Потенциальные коды: без возвращения к нулю (NRZ), биполярные код из альтернативных инверсий (ами), код с инверсией при единицы (NRZI), код 2B1Q (два бита передающиеся четырьмя уровнями потенциалов). Импульсные коды: биполярный импульсный, манчестерский. Сравнение их характеристик

2.23. ПЕРЕДАВАННЯ ДАНИХ НА ФІЗИЧНОМУ РІВНІ. АНАЛОГОВА ТА ДИСКРЕТНА МОДУЛЯЦІЯ. ПОТЕНЦІАЛЬНІ КОДИ: БЕЗ ПОВЕРНЕННЯ ДО НУЛЯ (NRZ), БІПОЛЯРНИЙ КОД З АЛЬТЕРНАТИВНОЮ ІНВЕРСІЄЮ (АМІ), КОД З ІНВЕРСІЄЮ ПРИ ОДИНИЦІ (NRZI), КОД 2B1Q (ДВА БІТА ПЕРЕДАЮТЬСЯ ЧОТИРМА РІВНЯМИ ПОТЕНЦІАЛІВ). ІМПУЛЬСНІ КОДИ: БІПОЛЯРНИЙ ІМПУЛЬСНИЙ, МАНЧЕСТЕРСЬКИЙ. ПОРІВНЯННЯ ЇХ ХАРАКТЕРИСТИК.

Физический уровень в семиуровневой модели OSI имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи. К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных, а также характеристики передаваемых электрических сигналов. Кроме того здесь стандартизуются разъемы и назначения каждого контакта.

При передачи данных на физическом уровне применяют два основных типа физического кодирования – на основе синусоидального несущего сигнала (аналоговая модуляция) и на основе последовательности прямоугольных импульсов (дискретная модуляция).

Аналоговая модуляция применяется для передачи дискретных данных по каналам с узкой полосой частот, типичным представителем которых являются каналы тональной частоты телефонных сетей.

Существует несколько типов аналоговой модуляции: амплитудная, частотная и фазовая модуляция. Часто используют комбинированные методы модуляции.

Дискретные способы модуляции  основаны на дискретизации непрерывных процессов, как по амплитуде так и по времени. Дискретная модуляция основана на теореме Найквиста-Котельникова: аналоговая функция может быть достаточно точно восстановлена из ее дискретных значений, если частота дискретизации была в два или более раза больше частоты  самой высокой гармоники спектра исходной функции. При цифровом кодировании дискретной информации применяют потенциальные (используется уровень сигнала) и импульсные коды (для представления данных используют либо импульсы определенной полярности либо перепады потенциала).

NRZ: При передачи последовательности единиц уровень сигнала не возвращается к нулю в течении такта (в отличии от других способов кодирования). Важным недостатком этого кода является отсутствие самосинхронизации и наличие низкочастотной составляющей частота, которая на больших последовательностях нулей или единиц стремится к нулю. Преимущество – достаточно низкая частота основной гармоники.

А МІ: в этом методе используется три уровня потенциала: +1, 0, -1. Ноль кодируется нулевым уровнем, а единица либо положительным либо отрицательным потенциалом (каждая новая единица противоположна по потенциалу предыдущей). Этот код частично ликвидирует проблему отсутствия самосинхронизации и проблему низкочастотной составляющей. NRZI: Этот код очень похож на AMI – только использует два уровня сигнала. При передаче единицы – потенциал инвертируется, а при передаче нуля – остается прежним. Используется там, где нежелательно наличие третьего уровня сигнала (например в оптоволоконных линиях – где есть два состояния свет и тьма). Этот код обладает теми же недостатками что и AMI. 2B1Q: Это код с четырмя уровнями сигнала. За один такт передается 2 бита: 00 - -2,5В; 01 - -0,833 В; 11 - +0,833 В; 10 - +2,5В. Т. е. Этот код обеспечивает в два раза большую скорость по сравнению с предыдущими кодами. Для передачи мощность передатчика должна быть выше, чтобы на приемной стороне возможно было различить 4 уровня сигнала. Біполярний імпульсний – импульсный код в котором единица представлена импульсом одной полярности, а ноль – другой. Каждый импульс делится на половину такта. Преимущество – самосинхронизирующийся. Недостаток – слишком широкий спектр. Манчестерський: Имульсный код, который использует перепад потенциала, который происходит в середине каждого такта. Еденица кодируется перепадом от низкого уровня к высокому, а ноль – наоборот. В начале каждого такта может произойти служебный перепад синала, если требуется закодировать последовательность нулей или едениц. Преимущества – самосинхронизирующийся, имеет довольно узкую полосу пропускания, нет постоянной составляющей.