методы кодирования информации в лвс

Кодирование информации в локальных сетях

Применительно к физическому кодированию используются следующие термины и виды качественных признаков сигнала, применяемого для электрической передачи по каналу связи [5]:

Некоторые коды, используемые для модуляции сигналов в локальных сетях, показаны на рис. 3.1. Рассмотрим их преимущества и недостатки [6].

К несомненным достоинствам кода NRZ относятся его очень простая реализация (исходный сигнал не надо ни кодировать на передающем конце, ни декодировать на приемном конце), а также минимальная среди других кодов пропускная способность линии связи, требуемая при данной скорости передачи.

Самый большой недостаток кода NRZ – это возможность потери синхронизации приемником при приеме слишком длинных блоков (пакетов) информации. Приемник может привязывать момент начала приема только к первому (стартовому) биту пакета, а в течение приема пакета он вынужден пользоваться только собственным внутренним тактовым генератором. Если часы приемника расходятся с часами передатчика в ту или другую сторону, то временной сдвиг к концу приема пакета может превысить длительность одного бита или даже нескольких бит. В результате произойдет потеря переданных данных. Так, при длине пакета в 10000 битов допустимое расхождение часов составит не более 0,01% даже при идеальной передаче формы сигнала по кабелю. Поэтому код NRZ используется только для передачи короткими пакетами (обычно до 1 Кбита).

Чтобы избежать потери синхронизации, можно было бы ввести вторую линию связи для синхросигнала.

Особенностью кода RZ является то, что в центре бита всегда есть переход (положительный или отрицательный), следовательно, из этого кода приемник может выделить синхроимпульс (строб). В данном случае возможна временная привязка не только к началу пакета, как в случае кода NRZ, но и к каждому отдельному биту. Поэтому потери синхронизации не произойдёт при любой длине пакета. Такие коды, несущие в себе строб, получили название самосинхронизирующихся.

Недостаток кода RZ состоит в том, что для него требуется вдвое большая полоса пропускания канала той же скорости передачи по сравнению с NRZ (так как здесь на один бит приходится два изменения уровня напряжения).

Код RZ применяется не только в сетях на основе электрического кабеля, но и в оптоволоконных сетях. Поскольку в них не существует положительных и отрицательных уровней сигнала, используется три уровня: отсутствие света, «средний» свет, «сильный» свет. Это очень удобно: даже когда нет передачи информации, свет все равно присутствует, что позволяет легко определить целостность оптоволоконной линии связи без дополнительных мер.

Дата добавления: 2016-03-22 ; просмотров: 1203 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Методы кодирования информации

Топологии локальных сетей. Среды передачи.

· Требуется более высокая скорость более(1Мбит/с)

· Выше требования к безошибочности (вероятность ошибки не более 10^-8)

· Желательно минимальное время ожидания установления связи

В ЛВС 2 типа абонентов:

ü Сервер – абонент сети, отдающий в сеть свой ресурс

ü Клиент(рабочая станция) – абон. Имеющий доступ к рес. сети

Топологии локальных сетей

Сейчас преимущественно используются 3 топологии: «звезда», «кольцо» и «шина».

В принципе были предложены также топологии «дерево» и «разомкнутое кольцо», но они не получили широкого распространения.

Сеть с топологией «звезда» может иметь 2 разновидности:

· «активная звезда» – в центре также имеется абонент;

· «пассивная звезда» – в центре просто соединение кабелей и нет никакой обработки информации.

Преимущество топологии «звезда» – конфигурация нечувствительна к выходу из строя кабеля (нарушается связь только с одним абонентом). Недостатками данной топологии являются:

· Высокие требования к надежности центрального узла (его выход из строя ведет к отказу всей сети);

· Ограниченное число абонентов (редко превышает 16), для увеличения их количества используется соединение нескольких «звезд».

К преимуществам топологии «кольцо» относятся:

· Топология допускает большое число абонентов (1024 и более)

· Топология нечувствительна к изменению числа абонентов;

· Наличие усиления сигналов в кольце позволяет сделать его достаточно большим (до десятков км.)

Недостатком этого типа сетей является то, что выход из строя любого адаптера или разрыв кабеля приводит к выходу ЛВС из строя.

Логически топология «шина» может работать и как «звезда» и как «кольцо». Преимущества «шины» – это большое допустимое число абонентов – до 1024, а также то, что она нечувствительна к выходу из строя компьютеров. Недостаток «шины» – чувствительность к повреждению кабеля.

Среды передачи информации

Практически всегда используется последовательная передача, хотя имелись попытки параллельной передачи. Например, кабель Cluster-bus ЛВС Cluster One содержал 11 проводников: 8 – для передачи данных, 2 – для протокола «рукопожатия» и 1 использовался для индикации активности шины.

Витая пара

Это, в основном, неэкранированные витые пары UTP (Unshielded Twisted-pair cable). UTP выпускаются пяти категорий (1 ÷ 5). В ЛВС допускается применение категорий 3. 5. Кабели категории 5 могут работать до частот в 100 Мгц. Волновое сопротивление UTP составляет 100 Ом. Для кабеля категории 5 установлено, к примеру, и минимальное число скручиваний на 1 фут длины – 8 скручиваний. Применяются (но значительно реже из-за стоимости) и экранированные витые пары STP.

Коаксиальный кабель

Это толстый и тонкий коаксиальный кабель с сопротивлением 50 Ом. Пропускная способность кабеля достигает 500 Мбит/с в режиме модуляции высокочастотного сигнала и 100 Мбит/с – в немодулированном режиме.

Согласование электрической линии связи

Чтобы сохранить форму сигналов в кабеле (исключить отражения) применяют концевые согласователи – терминаторы. Нужно также произвести заземление кабеля в одной точке для предотвращения образования выравнивающего тока.

Волоконно-оптический кабель

Используется, в основном, тонкое (10 мкм) оптоволокно с длиной световой волны 0,85 мкм или 1,2 мкм. Скорость передачи достигает 3 Гбит/с. Длина – десятки километров. Кроме скорости имеются и такие преимущества, как высокая помехозащищенность и секретность (отсутствие излучения). Недостатками же являются малая механическая прочность и высокая сложность монтажа.

Радиоканал

Преимущества данной среды:

· Большие расстояния до объекта (до сотен км.);

· Высокие скорости передачи (до десятков Мбит/с);

· Простота смены расположения объектов;

· Не требуется кабель.

К недостаткам же относятся:

· Высокая стоимость аппаратуры;

· Низкая помехозащищенность и секретность передачи.

Инфракрасный канал

Преимущества этой среды:

· Не требуется кабель;

· Отсутствие чувствительности к электромагнитным помехам

Данная среда, однако, обладает такими недостатками, как:

· Высокая стоимость передатчиков и приемников;

· Невысокие скорости передачи (до 5 Мбит/с);

· Не обеспечивается секретность передачи.

Этот способ удобен для связи компьютеров в одной комнате. Наиболее естественный тип топологии при этом – «шина».

Методы кодирования информации

Чаще всего в ЛВС применяют 4 кода: NRZ, RZ, Манчестер II и 4В/5В.

Код NRZ

Самый большой недостаток кода – это отсутствие синхросигнала позволяющего приемнику согласовать свою работу с передатчиком. При длине блока в 1 – 2 Кбайта не помогает и кварцевый генератор.

Код NRZ нашел применение только для передачи коротких пакетов (до 1 Кбайта). Для синхронизации обычно вводится служебный стартовый бит. Самое известное применение кода – это последовательный порт ПК RS-232C (передача ведется байтами со стартовым и стоповым битами).

Код RZ (Return to Zero) представляет собой трехуровневый код

В первой половине битового интервала передается значащий уровень, а затем во второй половине – сигнал принимает нулевой уровень. Таким образом, особенностью кода является наличие перехода сигнала в каждом битовом интервале, что позволяет выделить строб (синхросигнал). Такой код определяется как самосинхронизирующийся. Не происходит потери синхронизации даже при больших длинах пакетов.

К недостатку этого кода относится необходимость вдвое большей полосы пропускания линии, чем для кода NRZ. Для скорости 10 Мбит/с требуется полоса в 10 Мгц.

Код Манчестер II

Этот код получил очень широкое распространение в ЛВС. Является самосинхронизирующимся кодом, Логическому нулю соответствует переход от «0» к «1» в середине битового интервала, а логической единице – такой же переход от «1» к «0». Наличие перехода позволяет легко выделить синхросигнал. Код требует пропускной способности в линии 10 Мгц при скорости передачи 10 Мбит/с (аналогично коду RZ).

Положительные особенности данного кода:

· Отсутствие постоянной составляющей в сигнале. Это позволяет применять для гальванической развязки импульсные трансформаторы;

· Легко детектировать занятость линии – достаточно контролировать, есть ли изменение сигнала в течение битового интервала.

Код4В/5В

Используется в оптоволоконной сети FDDI. Каждые 4 последовательных бита информации заменяются на 5-битовую комбинацию, которая выбрана таким образом, чтобы в коде можно было обязательно выделить синхросигнал. Символы синхронизации, следовательно, можно выделить в 5 раз реже, чем в кодах RZ и Манчестер II, но зато требуемая в линии полоса пропускания только на 25% больше, чем для кода NRZ. Таким образом, для скорости 100 Мбит/с требуется полоса пропускания 62,5 Мгц.

Источник

Кодирование информации в ЛВС

Кодирование информации, передаваемой по сети, имеет непосредственное отношение к соотношению максимально допустимой скорости передачи и пропускной способности используемой среды передачи. При использовании различных кодов предельная скорость передачи данных по одному и тому же кабелю может отличаться в 3 раза. От выбранного кода зависит также сложность используемой сетевой аппаратуры и надежность передачи информации.

1. Простейший код NRZ (Non Return Zero) представляет собой практически обычный цифровой сигнал. При использовании кода NRZ возможно использование обратной полярности или изменение уровней 0 и 1. К достоинствам кода NRZ относятся его очень простая реализация (сигнал не нужно кодировать перед устройством и декодировать на приемном конце), а также минимальная среди других кодов пропускная способность линии связи, требующаяся для данной скорости передачи. Самым большим недостатком кода NRZ является возможность потери приемником синхронизации при приеме больших блоков данных. Приемник может привязать момент начала приема только к стартовому биту передаваемого пакета данных, а во время приема вынужден пользоваться только собственным тактовым генератором. При расхождении «часов» приемника и передатчика в ту или иную сторон, временной сдвиг к моменту окончания приема пакета может превысить длительность одного или нескольких бит, в результате чего произойдет потеря передаваемых данных. Например, при длине пакета, равной 10000 бит, допустимое расхождение часов приемника и передатчика составляет 0,01%. Во избежание потерь, вызванных рассинхронизацией, можно ввести вторую линию, предназначенную для передачи снхросигнала. Однако, при этом требуемое количество кабеля, а также количество приемников и передатчиков увеличивается в 2 раза, что является невыгодным при большой протяженности сети и количестве абонентов. Из-за этого недостатка код NRZ используется только для передачи информации короткими пакетами (не более 1 Кбит). Для синхронизации начала приема пакетов используется стартовый служебный бит, уровень которого отличается от уровня пассивного состояния линии связи. Наиболее известное применение кода NRZ – это последовательный код ПЭВМ, передача информации в котором ведется блоками по 8 бит, которые сопровождаются стартовым стартовым и стоповым битами. (1 – отсутствие сигнала).

2.

Код RZ (Return to Zero). Трехуровневый код RZ получил такое название из-за того, что после значащего уровня сигнала в первой половине передаваемого бита информации следует возврат к некоторому нулевому уровню, переход к которому производится в середине каждого бита. Обязательное наличие перехода в середине каждого бита позволяет выделить из этого кода синхроимпульс, и в этом случае возможна временная привязка не только к началу передаваемого пакета, как в случае кода NRZ, но и к каждому передаваемому биту. Обязательное наличие перехода в середине каждого бита позволяет выделить из этого кода синхроимпульс, и в этом случае возможна временная привязка не только к началу передаваемого пакета, как в случае кода NRZ, но к каждому передаваемому биту. Это позволяет избежать потери синхронизации при любой длине пакта. Такие коды, несущие в себе синхроимпульс, называются самосинхронизирующимися. Недостаток кода RZ заключается в том, что заданной скорости передачи для него требуется вдвое большая полоса пропускания канала связи по сравнению с кодом NRZ. Например, для передачи информации со скоростью 10 Мбит/с требуется полоса пропускания 10 МГц, в то время как для кода NRZ требуемая пропускная способность составляет 5 МГц. Код RZ удобен для применения в сетях на основе оптоволоконного кобеля. Поскольку в оптоволоконном кабеле не существует положительных и отрицательных уровней сигнала, используется три следующих уровня сигнала:

Такая градация очень удобна, т.к. при отсутствии передачи информации свет все равно присутствует, что позволяет определить целостность линии связи без каких-либо дополнительных работ.

В течение передачи данных величина постоянной составляющей должна быть равна приблизительно половине амплитуды, и по ее отклонению за установленные пределы можно легко зафиксировать возникшие в сети коллизии.

Все разрабатываемые в настоящее время коды должны обеспечивать компромисс между требуемой при заданной скорости передачи полосой пропускания и возможностью самосинхронизации. Чаще всего для обеспечения самосинхронизации бит синхронизации добавляется в поток передаваемых информационных битов. Например, один бит синхронизации на 2 или 4 бита информации, или два бита синхронизации на 8 информационных.

Кодирование передаваемой информации не сводится к простой вставке дополнительных битов в передаваемые. Группы информационных битов преобразуются в передаваемые по сети группы с количеством битов на один или два большим. Например, в сетях FDDI применяется кодирование, по схеме 4b/5b, в котором 4 информационных бита преобразуются в 5 передаваемых. В этом случае требуемая полоса пропускания по сравнению с кодом NRZ увеличивается в 1,25 раза, а не в 2 раза. По такому же принципу строится код 8b/10b, который используется в сетях Gigabit Ethernet. В сетях класса Fast Ethernet на основе витой пары используется код 8b/6T, который предусматривает параллельную передачу трех трехуровневых сигналов по трем витым парам.

Все рассматриваемые коды предусматривают непосредственную передачу в сеть цифровых двух- ли трехуровневый прямоугольных импульсов. Иногда используется другой метод, а именно модуляция информационными импульсами высокочастотного аналогового сигнала. Такое аналоговое кодирование позволяет существенно увеличивать пропускную способность канала связи при переходе на широкополосную передачу. Кроме того, при прохождении аналогового сигнала синусоидальной формы по каналу связи, форма сигнала не искажается, в то время как для цифрового сигнала, помимо уменьшения амплитуды, искажается и его форма. К самым простым видам аналогового кодирования относятся амплитудная и частотная модуляция.

Источник

Подключение линий связи и коды передачи информации

Кодирование информации в локальных сетях

Информация в кабельных локальных сетях передается в закодированном виде, то есть каждому биту передаваемой информации соответствует свой набор уровней электрических сигналов в сетевом кабеле. Модуляция высокочастотных сигналов применяется в основном в бескабельных сетях, в радиоканалах. В кабельных сетях передача идет без модуляции или, как еще говорят, в основной полосе частот.

Правильный выбор кода позволяет повысить достоверность передачи информации, увеличить скорость передачи или снизить требования к выбору кабеля. Например, при разных кодах предельная скорость передачи по одному и тому же кабелю может отличаться в два раза. От выбранного кода напрямую зависит также сложность сетевой аппаратуры (узлы кодирования и декодирования кода). Код должен в идеале обеспечивать хорошую синхронизацию приема, низкий уровень ошибок, работу с любой длиной передаваемых информационных последовательностей.

Некоторые коды, используемые в локальных сетях, показаны на рис. 3.8. Далее будут рассмотрены их преимущества и недостатки.

Код NRZ

Самый большой недостаток кода NRZ – это возможность потери синхронизации приемником во время приема слишком длинных блоков (пакетов) информации. Приемник может привязывать момент начала приема только к первому (стартовому) биту пакета, а в течение приема пакета он вынужден пользоваться только внутренним тактовым генератором (внутренними часами). Например, если передается последовательность нулей или последовательность единиц, то приемник может определить, где проходят границы битовых интервалов, только по внутренним часам. И если часы приемника расходятся с часами передатчика, то временной сдвиг к концу приема пакета может превысить длительность одного или даже нескольких бит. В результате произойдет потеря переданных данных. Так, при длине пакета в 10000 бит допустимое расхождение часов составит не более 0,01% даже при идеальной передаче формы сигнала по кабелю.

Во избежание потери синхронизации, можно было бы ввести вторую линию связи для синхросигнала (рис. 3.10). Но при этом требуемое количество кабеля, число приемников и передатчиков увеличивается в два раза. При большой длине сети и значительном количестве абонентов это невыгодно.

В связи с этим код NRZ используется только для передачи короткими пакетами (обычно до 1 Кбита).

Большой недостаток кода NRZ состоит еще и в том, что он может обеспечить обмен сообщениями (последовательностями, пакетами) только фиксированной, заранее обговоренной длины. Дело в том, что по принимаемой информации приемник не может определить, идет ли еще передача или уже закончилась. Для синхронизации начала приема пакета используется стартовый служебный бит, чей уровень отличается от пассивного состояния линии связи (например, пассивное состояние линии при отсутствии передачи – 0, стартовый бит – 1). Заканчивается прием после отсчета приемником заданного количества бит последовательности (рис. 3.11).

Наиболее известное применение кода NRZ – это стандарт RS232-C, последовательный порт персонального компьютера. Передача информации в нем ведется байтами (8 бит), сопровождаемыми стартовым и стоповым битами.

Источник

Кодирование информации в локальных сетях

Общая информация

В этой статье будут кратко описаны некоторые способы кодирования информации в локальных сетях.

Кодирование передаваемой по сети информации имеет самое непосредственное отношение к соотношению максимально допустимой скорости передачи и пропускной способности используемой среды передачи. Например, при разных кодах предельная скорость передачи по одному и тому же кабелю может отличаться в два раза. От выбранного кода прямо зависят также сложность сетевой аппаратуры и надежность передачи информации.

Некоторые коды, используемые в локальных сетях,Рассмотрим их преимущества и недостатки.

Чтобы избежать потери синхронизации, можно было бы ввести вторую линию связи для синхросигнала Но при этом требуемое количество кабеля увеличивается в два раза, количество приемников и передатчиков также увеличивается в два раза. При большой длине сети и большом количестве абонентов это оказывается невыгодным.

Особенностью кода RZ является то, что в центре бита всегда есть переход (положительный или отрицательный), следовательно, из этого кода приемник может выделить синхроимпульс (строб). В данном случае возможна временная привязка не только к началу пакета, как в случае кода NRZ, но и к каждому отдельному биту, поэтому потери синхронизации не произойдет при любой длине пакета. Такие коды, несущие в себе строб, получили название самосинхронизирующихся.

Недостаток кода RZ состоит в том, что для него требуется вдвое большая полоса пропускания канала при той же скорости передачи по сравнению с NRZ (так как здесь на один бит приходится два изменения уровня напряжения). Например, для скорости передачи информации 10 Мбит/с требуется пропускная способность линии связи 10 МГц, а не 5 МГц, как при коде NRZ.

Код RZ применяется не только в сетях на основе электрического кабеля, но и в оптоволоконных сетях. Поскольку в них не существует положительных и отрицательных уровней сигнала, используется три уровня: отсутствие света, «средний» свет, «сильный» свет. Это очень удобно: даже когда нет передачи информации, свет все равно присутствует, что позволяет легко определить целостность оптоволоконной линии связи без дополнительных мер

Так же как и в случае кода RZ, при манчестерском кодировании очень просто определить, идет передача или нет, то есть детектировать занятость сети или, как еще говорят, обнаруживать несущую частоту. Для этого достаточно контролировать, происходит ли изменение сигнала в течение битового интервала. Обнаружение несущей частоты необходимо, например, для определения момента начала и конца принимаемого пакета, а также для предотвращения начала передачи в случае занятости сети (когда передает какой-то другой абонент).

Стандартный манчестерский код имеет несколько вариантов,Данный код, в отличие от классического, не зависит от перемены мест двух проводов кабеля. Особенно это удобно в случае, когда для связи используется витая пара, провода которой легко перепутать. Именно этот код используется в одной из самых известных сетей Token-Ring фирмы IBM.

Принцип данного кода прост: в начале каждого битового интервала сигнал меняет уровень на противоположный предыдущему, а в середине единичных (и только единичных) битовых интервалов уровень изменяется еще раз. Таким образом, в начале битового интервала всегда есть переход, который используется для самосинхронизации. Как и в случае классического кода Манчестер-П, в частотном спектре при этом присутствует две частоты. При скорости 10 Мбит/с это частоты 10 МГц (при последовательности одних единиц: 11111111. ) и 5 МГц (при последовательности одних нулей: 00000000. ).

Здесь же стоит упомянуть о том, что часто совершенно неправомерно считается, что скорость передачи в бодах равняется скорости передачи в битах в секунду. Это верно только в случае кода NRZ. Скорость в бодах характеризует не количество передаваемых бит в секунду, а количество изменений уровня сигнала в секунду. При использовании кодов RZ или Манчестер-П требуемая скорость в бодах оказывается вдвое выше, чем при коде NRZ, поэтому логичнее измерять скорость передачи по сети не в бодах, а в битах в секунду (бит/с, Кбит/с, Мбит/с).

Все разрабатываемые в последнее время коды призваны найти компромисс между требуемой при заданной скорости передачи полосой пропускания кабеля и возможностью самосинхронизации. Разработчики стремятся сохранить самосинхронизацию, но не ценой двукратного увеличения полосы пропускания.

Чаще всего для этого в поток передаваемых битов добавляют биты синхронизации, например, один бит синхронизации на 4, 5 или 6 информационных битов или два бита синхронизации на 8 информационных битов. Правда, в действительности все обстоит несколько сложнее: кодирование не сводится к простой вставке в передаваемые данные дополнительных битов. Группы информационных битов преобразуются в передаваемые по сети группы с количеством битов на один или два больше. Приемник, естественно, осуществляет обратное преобразование, восстанавливает исходные информационные биты. Довольно просто осуществляется в этом случае и обнаружение несущей частоты (то есть детектирование передачи).

Так, в сети FDDI (скорость передачи 100 Мбит/с) применяется код 4В/5В, который 4 информационных бита преобразует в 5 передаваемых битов. При этом синхронизация приемника осуществляется один раз на 4 бита, а не в каждом бите, как в случае кода Манчестер-П. Требуемая полоса пропускания увеличивается по сравнению с кодом NRZ не в два раза, а только в 1,25 раза (то есть составляет не 100 МГц, а всего лишь 62,5 МГц). По тому же принципу строятся и другие коды, например 5В/6В, исполь зуемый в стандартной сети lOOVG-AnyLAN, или 8В/10В, используемый в сети Gigabit Ethernet.

Источник