СЕТИ ЭВМ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ. Министерствообразованияинаукироссийскойфедерации
 Скачать 4.29 Mb.
|
|
Недостатки: • наличие трёх уровней сигнала, что требует увеличения мощности передатчика; • наличие постоянной составляющей в сигнале в случае длинных последовательностей нулей. Раздел 2. Средства телекоммуникаций 112 2.3.3.6. Потенциальный код с инверсией при единице (NRZI) Потенциальный код с инверсией при единице (Non Return to Zero with ones Inverted, NRZI) похож на AMI, но имеет только два уровня сигнала. При передаче нуля он передает потенциал, который был установлен в предыдущем такте, а при передаче единицы потенциал меняется на противоположный. 2.3.3.7. Манчестерский код В локальных сетях (ЛВС Ethernet и Token Ring) до недавнего времени применялся манчестерский код (рис.2.32,г), в котором для кодирования двоичных единиц и нулей используется переход сигнала в середине каждого битового интервала: • «1» кодируется переходом от высокого уровня сигнала к низкому; • «0» – обратным переходом от низкого уровня сигнала к высокому. Если данные содержат подряд несколько единиц или нулей, то в начале каждого битового интервала происходит дополнительный служебный переход сигнала. Достоинства: • обладает свойством самосинхронизации, так как значение потенциала всякий раз изменяется в середине битового интервала, что может служить сигналом для синхронизации приёмника с передатчиком; • имеет только два уровня потенциала; • спектр манчестерского кода меньше, чем у биполярного импульсного, в среднем в 1,5 раза: основная гармоника при передаче последовательности единиц или нулей имеет частоту C f 1 0 = Гц, а при передаче чередующихся единиц и нулей она равна C f 2 1 0 = Гц, как и у кода NRZ; • нет постоянной составляющей. Недостатки: • спектр сигнала шире, чем у кода NRZ и кода AMI. 2.3.3.8. Дифференциальный манчестерский код Дифференциальный или разностный манчестерский код используется в сетях Token Ring (стандарт 802.5) и FDDI и представляет собой разновидность манчестерского кода с двумя уровнями потенциала: • «0» кодируется изменением потенциала в начале битового интервала; • «1» – сохранением предыдущего уровня потенциала. В середине каждого битового интервала обязательно присутствует переход с одного уровня потенциала на другой (рис.2.32,д). Раздел 2. Средства телекоммуникаций 113 2.3.3.9. Код трехуровневой передачи MLT-3 Код трехуровневой передачи MLT-3 (Multi Level Transmission-3) имеет много общего с кодом AMI. Единице соответствует последовательный переход на границе битового интервала с одного уровня сигнала на другой. При передаче нулей сигнал не меняется (рис. 2.32,е). Максимальная частота сигнала достигается при передаче длинной последовательности единиц. В этом случае изменение уровня сигнала происходит последовательно с одного уровня на другой с учетом предыдущего перехода. MLT-3 используется в сетях FDDI на основе медных проводов, известных как CDDI, и Fast Ethernet стандарта 100Base-TX совместно с избыточным методом логического кодирования 4В/5В. Недостатки: • отсутствие свойства самосинхронизации; • наличие трех уровней сигнала; • наличие постоянной составляющей в сигнале в случае длинной последовательности нулей. 2.3.3.10. Пятиуровневый код PAM-5 В пятиуровневом коде PAM-5используется 5 уровней амплитуды сигнала и двухбитовое кодирование (рис.2.32,ж), означающее наличие четырёх уровней, соответствующих двум битам передаваемых данных: 00, 01, 10, 11, то есть в одном битовом интервале передаются сразу два бита. Пятый уровень добавлен для создания избыточности кода, используемого для исправления ошибок. Достоинства: • при одной той же скорости модуляции (длительности битового интервала) по каналу связи можно передавать данные в два раза быстрее по сравнению с AMI или NRZI, так как в одном битовом интервале передаются сразу два бита. Недостатки: • длинные последовательности одинаковых пар бит приводят к появлению в сигнале постоянной составляющей; • наличие 4-х уровней требует большей мощности передатчика, чтобы уровни четко различались приемником на фоне помех. Код PAM-5 используется в сетях 1000Base-T (Gigabit Ethernet). 2.3.4. Логическое кодирование Логическое кодирование предназначено для улучшения потенциальных кодов типа AMI, NRZI или MLT-3 и направлено на ликвидацию длинных последовательностей единиц или нулей, приводящих к постоянному потенциалу. Для улучшения потенциальных кодов используются два способа: Раздел 2. Средства телекоммуникаций 114 • избыточное кодирование; • скремблирование. Оба способа относятся к логическому, а не физическому кодированию, так как они не определяют форму сигналов. 2.3.4.1. Избыточное кодирование При избыточном кодировании исходный двоичный код рассматривается как совокупность символов, представляющих собой последовательность нескольких битов, каждый из которых заменяется новым символом, содержащим большее количество бит, чем исходный. Примерами методов избыточного кодирования являются 4В/5В (используется в ЛВС Fast Ethernet стандартов 100Base-ТX и 100Base-FX и в сети FDDI), 5В/6В (100VG-AnyLAN), 8В/10В (10GBase-X), 64В/66В (10GBase-R и 10GBase-W). Буква «В» в названии кода означает, что элементарный сигнал имеет 2 состояния (от английского binary – двоичный), а цифры указывают, какое количество бит содержится в одном символе исходного и результирующего кода соответственно. В частности, метод 4В/5В означает, что каждые 4 бита в исходном коде заменяются 5-ю битами в результирующем коде, то есть четырёхбитные символы исходного кода заменяются символами, содержащими по 5 бит. Для этого используется специальная таблица перекодировки (табл.2.1), устанавливающая соответствие между исходными четырёхбитовыми символами и результирующими пятибитовыми символами. Таблица 2.1. Исходные символы Результирующие символы Исходные символы Результирующие символы 0000 11110 1000 10010 0001 01001 1001 10011 0010 10100 1010 10110 0011 10101 1011 10111 0100 01010 1100 11010 0101 01011 1101 11011 0110 01110 1110 11100 0111 01111 1111 11101 Количество результирующих символов больше количества исходных символов. Так, в коде 4В/5В результирующих символов может быть 2 5 =32, в то время как исходных символов только 2 4 =16. Поэтому среди результирующих символов можно отобрать 16 таких, любое сочетание которых не содержит длинных последовательностей нулей или единиц (в худшем случае 3 нуля или 8 единиц). Остальные 16 символов рассматриваются как запрещенные, появление которых означает ошибку в передаваемых данных. Раздел 2. Средства телекоммуникаций 115 Избыточность кода 4B/5B составляет 25% (1/4 =0,25), поскольку на 4 информационных бита приходится 1 «лишний» избыточный бит. Это означает, что реальная пропускная способность канала будет на 25% меньше номинальной. Для обеспечения заданной пропускной способности канала передатчик должен работать с повышенной тактовой частотой. В частности, для передачи кодов 4В/5В со скоростью 100 Мбит/с передатчик должен работать с тактовой частотой 125 МГц. При этом спектр сигнала увеличивается по сравнению со случаем, когда передается не избыточный код. Тем не менее, спектр избыточного кода меньше спектра манчестерского кода, что оправдывает использование логического кодирования. Достоинства: • код становится самосинхронизирующимся, так как прерываются длинные последовательности нулей и единиц; • исчезает постоянная составляющая, а значит, сужается спектр сигнала; • появляется возможность обнаружения ошибок за счёт запрещённых символов; • простая реализация в виде таблицы перекодировки. Недостатки: • уменьшается полезная пропускная способность канала связи, так как часть пропускной способности тратится на передачу избыточных бит; • дополнительные временные затраты в узлах сети на реализацию логического кодирования. В сети Fast Ethernet стандарта 100Base-Т4 используется метод логического кодирования 8В/6Т с тремя состояниями результирующего сигнала, в котором для кодирования 8 бит (В) исходного сообщения используется код из 6 троичных (Т) символов, имеющих 3 состояния. Количество избыточных, то есть запрещённых кодов: 3 6 –2 8 =729–256=473. 2.3.4.2. Скремблирование Скремблирование состоит в преобразовании исходного двоичного кода по заданному алгоритму, позволяющему исключить длинные последовательности нулей или единиц. Технические или программные средства, реализующие заданный алгоритм, называются скремблерами (scramble – свалка, беспорядочная сборка). На приёмной стороне дескремблер восстанавливает исходный двоичный код. В качестве алгоритма преобразования может служить соотношение: B i = A i ⊕ B i-3 ⊕ B i-5 (i = 1, 2,…), где A i , B i – значения i-го разряда соответственно исходного и результирующего кода; B i-3 и B i-5 – значения соответственно (i-3)-го и (i-5)- го разряда результирующего кода; ⊕ – операция исключающего ИЛИ (сложение по модулю 2). Раздел 2. Средства телекоммуникаций 116 Например, для исходной последовательности А=110110000001 скремблер даст следующий результирующий код: B 1 = A 1 = 1; B 2 = A 2 = 1; B 3 = A 3 = 0; B 4 = A 4 ⊕ B 1 = 1 ⊕ 1 = 0; B 5 = A 5 ⊕ B 2 = 1 ⊕ 1 = 0; B 6 = A 6 ⊕ B 3 ⊕ B 1 = 0 ⊕ 0 ⊕ 1 = 1; B 7 = A 7 ⊕ B 4 ⊕ B 2 = 0 ⊕ 0 ⊕ 1 = 1; B 8 = A 8 ⊕ B 5 ⊕ B 3 = 0 ⊕ 0 ⊕ 0 = 0; B 9 = A 9 ⊕ B 6 ⊕ B 4 = 0 ⊕ 1 ⊕ 0 = 1; B 10 = A 10 ⊕ B 7 ⊕ B 5 = 0 ⊕ 1 ⊕ 0 = 1; B 11 = A 11 ⊕ B 8 ⊕ B 6 = 0 ⊕ 0 ⊕ 1 = 1; B 12 = A 12 ⊕ B 9 ⊕ B 7 = 1 ⊕ 1 ⊕ 1 = 1. Таким образом, на выходе скремблера появится последовательность В=110001101111, в которой нет последовательности из шести нулей, присутствовавшей в исходном коде. Дескремблер восстанавливает исходную последовательность на основании обратного соотношения: C i = B i ⊕ B i-3 ⊕ B i-5 (i = 1, 2,…). Легко убедиться, что C i = А i Различные алгоритмы скремблирования отличаются количеством слагаемых, дающих цифру результирующего кода и величиной сдвига между слагаемыми. Так, в сетях ISDN при передаче данных от сети к абоненту используется преобразование со сдвигами в 5 и 23 позиции, а при передаче данных от абонента в сеть – со сдвигами 18 и 23 позиции. Достоинство: • не уменьшается полезная пропускная способность канала связи, поскольку отсутствуют избыточные биты. Недостатки: • дополнительные затраты в узлах сети на реализацию алгоритма скремблирования-дескремблирования; • не всегда удаётся исключить длинные последовательности нулей и единиц. 2.4. Кабельные линии связи При организации компьютерных сетей широко используются кабельные линии связи. Кабельная линия связи (КЛС) – линия связи, состоящая из кабеля, кабельной арматуры и кабельных сооружений (туннели, колодцы, распределительные шкафы, кабельные столбы). Кабель (от голл. kabel – канат, трос) – совокупность гибких изолированных проводов, заключенных в защитную (обычно герметичную) оболочку. Раздел 2. Средства телекоммуникаций 117 Электрический (медный) кабель – кабель из электрических (медных) проводников (токопроводящих жил), применяемый для передачи на расстояние электрической энергии (силовой кабель) или электрических сигналов (кабель связи). Волоконно -оптический кабель – кабель из оптических волокон для передачи светового потока. Кабель связи предназначен для передачи информации электрическими или оптическими (световыми) сигналами. Таким образом, кабельные линии связи делятся на две большие группы: электрические (ЭЛС) и волоконно-оптические (ВОЛС). Типы кабельных линий связи, используемых в компьютерных сетях, представлены на рис.2.33. 2.4.1. Электрические кабельные линии связи В сетях передачи данных применяются следующие типы электрических кабелей (рис.2.33): 1) витая пара: • неэкранированная; • экранированная; 2) коаксиальный кабель: • толстый (thick); • тонкий (thin). 2.4.1.1. Основные электромагнитные характеристики электрических кабелей связи Основные электромагнитные характеристики электрических кабелей связи представлены на рис.2.34. 1. Затухание (коэффициент затухания) – уменьшение мощности сигнала (потеря амплитуды) при передаче между двумя точками: Кабельные ЛС Электрические (ЭЛС) Волоконно-оптические (ВОЛС) Витая пара Коаксиальный кабель Одномодовые Многомодовые Неэкранированная (UTP) Экранированная Тонкий (thin) Толстый (thick) FTP STP 2.33 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 118 • является одной из основных характеристик, учитываемых при проектировании ЭЛС и определении максимальной длины кабеля между узлами; • зависит от частоты передаваемого сигнала; • измеряется в [дБ/м]. 2. Импеданс (волновое сопротивление) – полное (активное и реактивное) сопротивление электрической цепи: • измеряется в Омах и является относительно постоянной величиной для кабельных систем (в высокоскоростных сетях зависит от частоты); • резкие изменения импеданса по длине кабеля могут вызвать процессы внутреннего отражения, приводящие к возникновению стоячих волн, при этом станция, подключенная вблизи узла стоячей волны, не будет получать адресованные ей данные. 3. Перекрестные наводки между витыми парами на ближнем конце (NEXT – Near End Crosstalk) и на дальнем конце (FEXT – Far End Crosstalk) – результат интерференции электромагнитных сигналов (рис.2.35): • значения NEXT и FEXT зависят от частоты передаваемого сигнала; • чем больше абсолютное значение NEXT (FEXT), тем лучше, так как наводки в соседних проводниках будут меньше; • измеряется в дБ при определённой частоте. Из рис.2.35 видно, что на ближнем конце проводника (по отношению к передающему узлу) высокий уровень сигнала, передаваемого от узла У 1 к узлу У 2 , наводит паразитный сигнал (показан пунктиром), искажающий информационный (полезный) сигнал во втором проводнике, по которому передаются данные от У 2 к У 1 . Из рисунка также видно, что на дальнем конце паразитный сигнал во втором проводнике значительно меньше, поскольку в результате затухания меньше уровень информационного сигнала, передаваемого в первом проводнике от У 1 к У 2 . С учётом того, что уровень информационного сигнала во втором проводнике на «дальнем конце» имеет максимальное значение, можно сделать вывод, что наведённый паразитный сигнал незначительно исказит информационный сигнал. Отсюда следует, что NEXT является более важной Основные электромагнитные характеристики Затухание Импеданс Перекрёстные наводки Активное сопротивление Ёмкость NEXT FEXT 2.34 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 119 характеристикой, чем FEXT, так как его значение в большей мере сказывается на качестве передачи сигналов. 4. Активное сопротивление – сопротивление электрической цепи постоянному току: • не зависит от частоты и возрастает с увеличением длины кабеля; • измеряется в Омах на 100 м. 5. Ёмкость – свойство металлических проводников накапливать электрическую энергию: • является нежелательной величиной и должна быть минимальной; • высокое значение ёмкости в кабеле приводит к искажению сигнала и ограничивает полосу пропускания линии. |