Методы кодирования информации в сетях Ethernet

1.

2.

Методы кодирования информации в сетях Ethernet
Ethernet («эфир») — пакетная технология передачи данных преимущественно
локальных компьютерных сетей. Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и
электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к
среде — на канальном уровне OSI.
Одной из основных задач физического уровня модели OSI является преобразование данных в
электромагнитные сигналы, и наоборот. Переход от электромагнитных импульсов к последовательности бит
называют кодированием сигнала.
Кодированием сигналов также называется совокупность правил, согласно которым осуществляется
преобразование цифровых двоичных данных в потенциальные электрические сигналы
определенного вида.
В настоящее время в компьютерных сетях использование более десяти различных схем
кодирования, имеющих те или иные преимущества и недостатки.
При выборе того или иного способа кодирования необходимо обеспечить достижение определенных
требований:
1.упростить синхронизацию приемника и передатчика
2.получить по возможности наименьшую полосу пропускания
3.получить минимальную постоянную составляющую при передаче длинных последовательностей
нулей и единиц
4.обеспечить способность распознавания ошибок
5.иметь низкую стоимость реализации.
Простейшая схема кодирования для 0 и 1 использует разные уровней напряжения. Кодирование
может быть униполярным, полярным, биполярным.

3.

Код NRZ
Код NRZ (Non Return to Zero – без возврата к нулю)
– это простейший код, представляющий собой
обычный цифровой сигнал. Логическому нулю
соответствует высокий уровень напряжения в
кабеле, логической единице – низкий уровень
напряжения (или наоборот, что не принципиально).
Уровни могут быть разной полярности
(положительной и отрицательной) или же одной
полярности (положительной или отрицательной). В
течение битового интервала (bit time, BT), то есть
времени передачи одного бита, никаких изменений
уровня сигнала в кабеле не происходит. КОД NRZ И
NRZI • Код NRZ (Non Return to Zero) — простейший
двухуровневый код. Логической единице соответствует
верхний уровень, логическому нулю - нижний, переходы
электрического сигнала происходят на границе битов .
Код NRZ отличается простотой и обеспечивает высокую
скорость передачи, но не имеет синхронизации.

4.

• Код NRZ1 (Non Return to Zero Invert to ones) представляет собой модификацию кода NRZ. В этом
двухуровневом коде принимается во внимание значение предыдущего бита. Уровень сигнала меняется,
если текущий бит — единица, и повторяет предыдущий, если текущий бит имеет значение 0. NRZI
используется в основном для работы с оптоволоконной средой, в сетях 100BASE-FX

5.

Код RZ
Код RZ (Return to Zero – с возвратом к нулю) – этот трехуровневый код получил такое название потому,
что после значащего уровня сигнала в первой половине битового интервала следует возврат к
некоему "нулевому", среднему уровню (например, к нулевому потенциалу). Переход к нему
происходит в середине каждого битового интервала. Логическому нулю, таким образом, соответствует
положительный импульс, логической единице – отрицательный (или наоборот) в первой половине
битового интервала.
В центре битового интервала всегда есть переход сигнала (положительный или отрицательный),
следовательно, из этого кода приемник легко может выделить синхроимпульс (строб). 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.

6.

Манчестерский код
Манчестерский код (или код Манчестер-II) получил наибольшее распространение в
локальных сетях. Он также относится к самосинхронизирующимся кодам, но в отличие от RZ
имеет не три, а всего два уровня, что способствует его лучшей помехозащищенности и
упрощению приемных и передающих узлов. Логическому нулю соответствует положительный
переход в центре битового интервала (то есть первая половина битового интервала – низкий
уровень, вторая половина – высокий), а логической единице соответствует отрицательный
переход в центре битового интервала (или наоборот).
Как и в RZ, обязательное наличие перехода в центре бита позволяет приемнику
манчестерского кода легко выделить из пришедшего сигнала синхросигнал и передать
информацию сколь угодно большими последовательностями без потерь из-за
рассинхронизации. Допустимое расхождение часов приемника и передатчика может
достигать 25%.

7.

Двухуровневый Манчестерский код широко используется в локальных сетях. Логической единице соответствует
переход вниз в центре бита, логическому нулю — переход вверх. • Манчестерский код является
самосинхронизирующимся и обладает хорошей помехозащищенностью.

8.

Бифазный код
Бифазный код часто рассматривают как разновидность манчестерского, так как их характеристики
практически полностью совпадают. Данный код отличается от классического манчестерского кода тем, что
он не зависит от перемены мест двух проводов кабеля. Особенно это удобно в случае, когда для связи
применяется витая пара, провода которой легко перепутать. Именно этот код используется в одной из самых
известных сетей Token-Ring компании 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
манчестерского кода, 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...). Все упомянутые в данном разделе коды предусматривают непосредственную передачу
в сеть цифровых двух- или трехуровневых прямоугольных импульсов. Однако иногда в сетях используется и
другой путь – модуляция информационными импульсами высокочастотного аналогового сигнала
(синусоидального). Такое аналоговое кодирование позволяет при переходе на широкополосную передачу
существенно увеличить пропускную способность канала связи (в этом случае по сети можно передавать
несколько бит одновременно). К тому же при прохождении по каналу связи аналогового сигнала
(синусоидального) не искажается форма сигнала, а только уменьшается его амплитуда, а в случае
цифрового сигнала форма сигнала искажается.

9.

КОД MLT-3
КОД MLT-3 • Код MLT-3 (Multi Level Transmission-3) — трехуровневый код. Как и в NRZI, логической единице
соответствует смена уровня сигнала, а при передаче нуля сигнал не меняется. • Изменение уровня сигнала
происходит последовательно с учетом предыдущего перехода. • Основной недостаток кода MLT-3 —
отсутствие синхронизации. • MLT-3 применяется в сетях 100BASE-T на основе витой пары.

10.

Кадр (жарг. фрейм, от англ. frame — «кадр») — фрагмент данных протокола канального
уровня модели OSI, передаваемый по линии связи.
Как и на производстве, кадры в сети Ethernet решают все. Они служат вместилищем
для всех высокоуровневых пакетов, поэтому, чтобы понять друг друга, отправитель и
получатель должны использовать один и тот же тип кадров Ethernet. Кадры могут быть
всего четырех разных форматов, и к тому же не сильно отличающихся друг от друга.
Более того, базовых форматов кадров существует всего два (в английской
терминологии их называют "raw formats") - Ethernet_II и Ethernet_802.3, причем они
отличаются назначением всего одного поля.
Современные компьютерные сети гетерогенны по своей природе, а сетевые протоколы
третьего уровня используют зачастую разные типы кадров Ethernet.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

Дуплексные сети Ethernet
Технология дуплексного Ethernet позволяет устройствам сети одновременно передавать одни пакеты и получать другие.
Одновременный прием и передача требуют использования в кабеле двух пар проводов и коммутируемых соединений между всеми узлами сети. Такое
соединение рассматривается как соединение типа “точка-точка” и исключает возможность коллизий. Поскольку оба узла могут передавать данные и
получать их в одно и тоже время, вопрос о полосе пропускания не возникает. Дуплексный Ethernet может использовать существующую общую передающую
среду при условии, что она удовлетворяет минимальным стандартам Ethernet. Для одновременной передачи и приема на каждом узле должен иметься
выделенный для этого порт. Для создания соединений типа “точка- точка” в дуплексном Ethernet спецификаций 10BASE-T, 100BASE-TX (FastEthernet) или
1000BASE-TX (Gigabit Ethernet) может использоваться неэкранированная витая пара (unshielded twisted-pair — UTP). Для соединений Ethernetспецификаций 100BASE-FX (FastEthernet) и 1000BASE-X (Gigabit Ethernet) может также использоваться оптоволоконный кабель. Сетевые интерфейсы
(карты сетевого интерфейса, порты и т.д.) на всех подсоединенных устройствах должны обладать дуплексными возможностями и поддерживать
соответствующие скорости. Спецификация 10 -Гигабит была стандартизована, но реализуется только в оптоволоконной среде. При использовании медных
проводов коммутатор дуплексного Ethernet или Fast Ethernet пользуется двумя парами проводов в кабеле для создания непосредственного соединения
между передачей (transmit — ТХ) на одном конце канала и приемом (receive — RX) на другом. Если две станции соединены таким образом, то при
одновременной передаче и приеме на отдельных неконкурирующих каналах создается свободная от коллизий среда. При передаче данных по медному
проводу UTP Gigabit Ethernet использует для одновременной передаче в обоих направлениях сложную систему электрических цепей. Все версии Ethernet,
которые поддерживают использование оптоволоконного кабеля, используют два strands: один для передачи ТХ, а другой для приема RX. Сама по себе
LAN-коммутация уменьшает вероятность коллизий, поскольку каждое соединение между двумя портами представляет собой выделенную линию.
Дуплексная передача, удваивая полосу пропускания, радикально повышает эффективность работы сети. Дуплексная передача между станциями
осуществляется посредством создания соединений Ethernet типа “точка-точка”. Эта функция может оказаться важной при интенсивном обмене данными
между устройствами, например, между коммутатором и сервером или двумя коммутаторами. Дуплексная передача создает свободную от коллизий среду.
Поскольку оба узла могут одновременно принимать данные и передавать их, вопрос о полосе пропускания не возникает и не обсуждается. Например, в
соединениях 10 Мбит/с дуплексная технология обеспечивает 10 Мбит/с для приема и 10 Мбит/с доя передачи, что фактически предоставляет соединению
пропускную способность 20 Мбит/с. аналогичным образом для соединения 100 Мбит/с фактически обеспечивается полоса пропускания 200 Мбит/с, как
показано на рис. 5.9. При дуплексной связи возможна поддержка нескольких маршрутов передачи данных со скоростями до 2 Гбит/с.

24.

Ду́плекс (лат. duplex — двухсторонний) — способ связи с использованием
приёмопередающих устройств (модемов, сетевых карт, раций, телефонных аппаратов и др.).
Дуплексный режим
Дуплексная радиосвязь предусматривает одновременную двустороннюю передачу информации.
Исторически первыми концепцию реализовали трансатлантический телеграф (1870-е), телетайпы
(1890-е). Идея вызвана необходимостью экономии спектра физического канала. Режим, когда
передача данных может производиться одновременно с приёмом данных (иногда его также
называют «полнодуплексным», для того чтобы яснее показать разницу с полудуплексным).[1]
Дуплексная связь обычно осуществляется с использованием двух каналов связи: первый канал —
исходящая связь для первого устройства и входящая для второго, второй канал — исходящая для
второго устройства и входящая для первого.
Суммарная скорость обмена информацией по каналу связи в данном режиме может достигать
своего максимума. Например, если используется технология Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с,
то скорость может быть близка к 200 Мбит/с (100 Мбит/с — передача и 100 Мбит/с — приём).
В ряде случаев возможна дуплексная связь с использованием одного канала связи. В этом случае
устройство при приёме данных вычитает из сигнала свой отправленный сигнал, а получаемая
разница является сигналом отправителя (модемная связь по телефонным проводам, Gigabit
Ethernet 1000BASE-T).

25.

Полудуплексный режим
Полудуплекс — режим, при котором, в отличие от дуплексного, передача ведётся по одному
каналу связи на разных частотах в обоих направлениях, но с разделением по времени (в
каждый момент времени передача ведётся только в одном направлении). Полная скорость
обмена информацией по каналу связи в этом режиме по сравнению с дуплексом имеет вдвое
меньшее значение.
Разделение во времени вызвано тем, что передающий узел в конкретный момент времени
полностью занимает канал передачи. Явление, когда несколько передающих узлов пытаются в
один и тот же момент времени осуществлять передачу, называется коллизией и при методе
управления доступом CSMA/CD считается нормальным, хотя и нежелательным явлением.
Этот режим применяется тогда, когда в сети используется коаксиальный кабель или в качестве
активного оборудования используются концентраторы.
В зависимости от аппаратного обеспечения (например, при использовании одного и того же
контура для приёма и передачи в рациях), одновременные приём и передача в полудуплексном
режиме могут быть или физически невозможны или не исключат возникновение коллизий.

26.

Список используемых источников:
https://studfile.net/preview/5282704/page:3/
https://intuit.ru/studies/courses/636/492/lecture/11122
https://math.gsu.by/wpcontent/uploads/courses/networks/r3.3.html#:~:text=%D0%9A%D0%B0%
D0%B4%D1%80%20Ethernet%20SNAP%20(%D1%81%D0%BC.,%D0%B4%
D0%B2%D1%83%D1%85%20%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%B9
%3A%20OUI%20%D0%B8%20Type.
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D1%83%D0%BF%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D
1%81_(%D1%82%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D0%BE%D0%BC%D0%BC%D1%8
3%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%B8)#:~:text=%D0%94%D1
%83%CC%81%D0%BF%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%81%20(%D0%BB%D0%B0%D1%
82.,%D0%B8%20%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B0%D0%B2%D0%B
0%D1%82%D1%8C%2C%20%D0%B8%20%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%BD%D0%B8
%D0%BC%D0%B0%D1%82%D1%8C%20%D0%B8%D0%BD%D1%84%D0%BE%D1%80%
D0%BC%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8E.