Модель OSI - Оборудование пятого уровня

Оборудование пятого уровня

В этой части я расскажу о пятом уровне. Пятый уровень модели OSI называется сеансовым уровнем. Этот уровень отвечает за управление сеансами между двумя взаимодействующими конечными точками. Сюда входит аутентификация, установка, прекращение и повторное соединения при необходимости.

Одним из наиболее интересных аспектов сеансового уровня, или скорее протоколов, обеспечивающих его функциональность, является дуплексный уровень. Когда две конечные точки взаимодействуют друг с другом, они могут взаимодействовать в симплексном режиме, полнодуплексном режиме, полудуплексном режиме или в режиме эмуляции полного дуплекса.

Симплекс

Симплексное взаимодействие – это однонаправленный тип взаимодействия, при котором поток идет от выделенного трансмиттера (передатчика) на выделенный ресивер (приемник). Радио в вашей машине является примером такого типа, станция передает часто проигрываемую музыку наряду с невеселыми шутками, которые принимаются радиоприемником в вашей машине; автомобильный радиоприемник не отправляет ничего обратно на радиостанцию ни в каком виде. На рисунке 1 показана схема симплексного взаимодействия.

 

Полный дуплекс

Полный дуплекс означает, что взаимодействие может происходить в обоих направлениях одновременно. Стандарты Ethernet являются примером средств полного дуплекса; с кросоверным кабелем (кабель с перемешенной парой) одна пара перевернутых проводов может использоваться для передачи, а другая пара используется для приема. Это конечно относится к более новым стандартам Ethernet, поскольку старые стандарты, использующие коаксиальный кабель, являются полудуплексными (кто-нибудь еще использует такие сети?). Сети Ethernets, использующие оптиковолокно тоже являются полнодуплексными. На рисунке 2 показана схема полнодуплексной коммуникации.

Полудуплекс

Полудуплексная коммуникация означает, что взаимодействие может возникать только в одном направлении в одно время. Тонике и толстые (стандартные) сети Ethernets являются примерами систем полудуплекса, как и многие устройства радиосвязи по типу walkie-talkie. На рисунке 2 также показана схема систем полудуплексной коммуникации.

 

Полудуплексные системы могут показаться немного устаревшими для читателей этого сайта, поскольку современные компьютерные сети используют полнодуплексную коммуникацию, которая, как правило, обеспечивает большую производительность для пользователей. Однако существует множество ситуаций, в которых использование симплекса или полудуплекса является более предпочтительным. Сети, предназначенные для передачи информации от одного источника многим конечным точкам, могут не нуждаться в возможности приема информации от этих конечных точек. Каналы RSS являются примерами систем, которые отправляют информацию в одну сторону, и не получают ее даже несмотря на то, что работают по сетям с поддержкой полнодуплексного режима.

Многие производственные сети также не нуждаются в полнодуплексной коммуникации. Подумайте о производителях различных устройств на фабрике, имеющей конвейерную ленту подачи устройств. Если поступает большой заказ на устройства, сотрудник будет увеличивать скорость конвейерной ленты. Возможно, на фабрике есть программируемый логический контроллер (Programmable Logic Controller - PLC), который сотрудник может использовать для повышения скорости конвейерной ленты, контроллер конвейерной ленты получает сигнал к увеличению скорости и отправляет сигнал распознавания с текущей скоростью конвейерной ленты, который в свою очередь отображается на PLC. В этом примере нет никакой необходимости в полнодуплексной коммуникации, и на самом деле полный дуплекс лишь увеличил бы стоимость системы, как правило, больше компонентов означает больше устройств для обслуживания, поэтому многие предприятия, как эта фабрика по изготовлению устройств, выбирают системы полудуплексной коммуникации для своих многих нужд.

Эмуляция полного дуплекса

Для многих приложений нужен полный дуплекс, даже когда средство коммуникации поддерживает только полудуплексное взаимодействие. В таких случаях существуют способы симуляции полнодуплексной эмуляции, которые могут быть более выгодными, чем переход на полнодуплексные сети.

Дуплекс с временным делением (TIME DIVISION DUPLEXING)

Дуплекс с временным делением (TDD) очень похож на мультиплексирование с временным делением в том, что он использует те же средства для сигнала передачи и приема, которые контролируются часами. В TDD сигналы отправки и приема используют одно и то же средство, и им присваиваются временные слоты. Большое преимущество такого метода эмуляции полного дуплекса заключается в том, что если объем данных, движущихся в любом из направлений, слишком сильно варьируется, то выделение временного слота можно оптимизировать для любого из направлений так, чтобы оно соответствовало потребностям приложения, это может осуществляться динамически. Стандарт IEEE 802.16 для WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) позволяет использовать TDD или дуплекс с частотным делением (Frequency Division Duplexing). TDD лучше подходит для ассиметричной коммуникации данных, такой, которая используется в интернете, это благодаря возможности динамического выделения временных слотов.

Дуплекс с частотным делением (FREQUENCY DIVISION DUPLEXING)

Дуплекс с частотным делением или FDD является термином, используемым для обозначения систем взаимодействия, назначающих одну частоту для выгрузки, а другую частоту для загрузки данных. В таких типах эмуляции полного дуплекса прием и передача могут осуществляться по одному каналу, однако он должен иметь смещение частоты (полоса пропускания между частотой выгрузки и загрузки) с тем, чтобы данные не перемешивались друг с другом. Такое смещение частоты может быть основным недостатком для некоторых систем. Возьмем, к примеру, WiMAX, FDD поддерживается, хотя это означает, что коммуникация между двумя конечными точками потребляет больше спектра доступной частоты. С другой стороны, TDD может обладать более долгим скрытым периодом и может требовать более сложных каналов, потребляющих больше энергии. TDD также требует временной сдвиг для выделенных временных слотов.

Системы FDD обычно более предпочтительные для приложений взаимодействия, требующих одинаковой полосы пропускания выгрузки и загрузки, которая таким образом будет эмулировать динамическое выделение временных слотов, обеспечиваемых TDD. Большинство сотовых систем работают на FDD.

Эхоподавление (ECHO CANCELLATION)

Эхоподавление (компенсация эхо-сигналов - Echo cancellation) является еще одним способом эмуляции полного дуплекса. В режиме коммуникации, использующем эхоподавление, обе конечные точки располагают данные в одном канале с одинаковой частотой в одно и то же время, и каждая конечная точка принимает все данные, расположенные в одном канале, включая данные, отправленные этой точкой. Каждая конечная точка затем должна изолировать данные, отправленные ею, и прочитать все остальные данные. Телефонные сети также используют эхоподавление. Такая поддержка эхоподавления может применяться в решениях физического оборудования или программного обеспечения. Однако некоторые формы эхосигналов являются более предпочтительными. К примеру, когда вы говорите в телефонную трубку, ваш голос передается в наушник до того, как он передается тому лицу, которому вы звоните; это нужно потому, что если вы не будете слышать свой голос, вы посчитаете, что телефон не работает. Однако другие приложения, такие как модем dial up, более чувствительны к эху и нуждаются в его запрете для корректной работы.