Добавлен: 04.05.2024
Просмотров: 12
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Содержание
Введение…………………………………………………………………………...3
1 Сети LAN: понятие, особенности……………………………………………...4
2 Механизм кодирования…………………………………………………………6
3 Анализ особенностей манчестерского кодирования информации…………15
Заключение……………………………………………………………………….18
Список литературы и источников………………………………………………19
Введение
На современном этапе развития сеть LAN является одной из самых используемых и распространенных информационных пространств.
Указанная сеть в свете повсеместного внедрения в ежедневное человеческое существование информационных технологий – достаточно распространенное явление, которое, как любое информационное пространство, характеризуется определенными характеристиками и принципами построения.
В числе современных требований информационной безопасности, помимо компактности пакетов передачи данных, требуется их надежная защита, суть которой сегодня сводится в кодированию передаваемых сведений.
Сказанное выше определяет актуальность темы представленной к рассмотрению работы, цель которой – выявить особенности кодирования информации в сетях LAN.
Задачи автора, которые потребовалось решить для достижения поставленной цели, можно представить следующим образом:
- дать понятие сетям LAN, выделить их ключевые характеристики;
- ознакомиться с основными принципами кодирования информации в компьютерных сетях;
- определить особенности кодирования информации в сетях LAN;
- подвести итоги проделанной работе.
Правильный выбор кода позволяет повысить достоверность передачи информации, увеличить скорость передачи или снизить требования к выбору кабеля.
1 Сети LAN: понятие, особенности
Локальные сети (LAN) позволяют компьютерам и устройствам, которые находятся рядом друг с другом - и обычно используют один и тот же коммутатор или маршрутизатор - для подключения для обмена файлами и выполнения задач. Состоящие только из повседневных устройств (например, настольных компьютеров, ноутбуков, планшетов, принтеров), маршрутизатора и / или коммутатора, а также кабелей Ethernet или беспроводных карт, локальные сети относительно недороги в установке и обычно используются в домашних условиях. [
2]
Кабели Ethernet, такие как Cat5, Cat5e, Cat6 и Cat6a, могут использоваться для физического подключения компьютеров к сети. В тех случаях, когда доступно оптоволокно до дома (или подобное), в какой-то момент также можно использовать медные кабели. Wi-Fi стал одним из самых популярных методов беспроводной сети через локальную сеть.
Протокол IP (Internet Protocol) обеспечивает соединение между локальными сетями. Слово Internet означает «межсетевой». IP обеспечивает «абстрагирование» нижележащей структуры локальных сетей при соединении их между собой и обеспечивает основу для работы транспортного протокола TCP.
Протокол TCP (Transmission Control Protocol) передаёт пакеты данных по межсетевым соединениям (Интернет), устанавливает и разрывает соединения между сетевыми устройствами.
Три термина LAN, IP и TCP – часто называют общим названием «уровни» (Layers). LAN – это уровень локального соединения (Link layer), IP – уровень межсетевого соединения (Internetwork layer), ТСР – уровень транспорта (Transport layer).
Есть ещё верхний уровень приложений (Application layer), те программы (приложения), к которым обеспечивается доступ сетевых устройств через все три нижних уровня.
Всё это составляет «четырёхуровневую модель сети». В такой модели каждый уровень коммуницирует только с двумя соседними уровнями – верхним и нижним. Именно это и называется абстрагированием.
Приложение передаёт порцию данных на уровень TCP, который обращается к уровню IP, а тот – уже уровень соединения LAN, чтобы доставить эту порцию данных запросившему их клиенту. То есть приложение вообще никак не взаимодействует с уровнями IP и LAN, точно также, как в армии генерал не отдаёт никаких приказов, например, капитану.
Уровень LAN занимается только доставкой пакетов данных, используя свою систему адресации. Иногда уровень LAN концептуально разделяют на уровень «физического соединения» (это могут быть электрические сигналы, оптические или радиосигналы) и логического (абстрактного) соединения, который выполняет операции с пакетами цифровых данных.
2 Механизм кодирования
Цифровая передача данных требует выполнения нескольких обязательных операций:
- синхронизация тактовой частоты передатчика и приемника;
- преобразование последовательности битов в электрический сигнал;
- уменьшение частоты спектра электрического сигнала с помощью фильтров;
- передача урезанного спектра по каналу связи;
- усиление сигнала и восстановление его формы приемником;
- преобразование аналогового сигнала в цифровой. [7]
Рассмотрим взаимосвязь тактовой частоты и битовой последовательности. Битовый поток передается со скоростью, определяемой числом бит в единицу времени. Другими словами биты в секунду — это число дискретных изменений сигнала в единицу времени. Тактовая частота, измеряемая в герцах, это число синусоидальных изменений сигнала в единицу времени.
Данное очевидное соответствие породило ошибочное представление об адекватности значений герц и бит в секунду. На практике все сложнее. Скорость передачи данных, как правило, выше тактовой частоты. Для увеличения скорости передачи сигнал может идти параллельно по нескольким парам. Данные могут передаваться битами или байтами. Кодированный сигнал может иметь два, три, пять и более уровней. Некоторые методы кодирования сигналов требуют дополнительного кодирования данных или синхронизации, которые уменьшают скорость передачи информационных сигналов.
Как видно из таблицы 1, однозначного соответствия МГц и Мбит/с не существует.
Каждый протокол требует определенную ширину спектра или, если хотите, ширину информационной магистрали. Схемы кодирования усложняют для того, чтобы эффективнее использовать информационные магистрали. [3]
Таблица 1 - Соотношение между категорией канала, диапазоном частот и максимальной скоростью передачи данных
| Категория канала | 3 | 4 | 5 | 5е | 6 |
| Диапазон частот, МГц | 16 | 20 | 100 | 125 | 200 |
| Максимальная скорость передачи данных, Мбит/с | 100 | 100 | 155/1000 | 1000 | Нет протоколов |
Код RZ. RZ является трехуровневым кодом, посредством которого обеспечиватся возврат к нулевому уровню после передачи каждого бита информации (рисунок 1). Такое кодирование получило название «с возвратом к нулю» (Return to Zero). Логический ноль представляет собой положительный импульс, логическая единица — отрицательный.
Рисунок 1 - Трехуровневый код RZ
Информационный переход осуществляется в начале бита, возврат к нулевому уровню — в середине бита.
Особенностью кода RZ является то, что в центре бита всегда есть переход (положительный или отрицательный). Следовательно, каждый бит обозначен. Приемник может выделить синхроимпульс (строб), имеющий частоту следования импульсов, из самого сигнала. Привязка производится к каждому биту, что обеспечивает синхронизацию приемника с передатчиком. Такие коды, несущие в себе строб, называются самосинхронизирующимися.
Недостаток кода RZ состоит в том, что он не дает выигрыша в скорости передачи данных. Для передачи со скоростью 10 Мбит/с требуется частота несущей 10 МГц. Кроме того, для различения трех уровней необходимо лучшее соотношение сигнал / шум на входе в приемник, чем для двухуровневых кодов.
Наиболее часто код RZ используется в оптоволоконных сетях. При передаче света не существует положительных и отрицательных сигналов, поэтому используют три уровня мощности световых импульсов.
Код Манчестер-II или манчестерский код получил наибольшее распространение в локальных сетях. Он также относится к самосинхронизирующимся кодам, но в отличие от кода RZ имеет не три, а только два уровня, что обеспечивает лучшую помехозащищенность.
Изменение сигнала в центре каждого бита позволяет легко выделить синхросигнал. Самосинхронизация дает возможность передачи больших пакетов информацию без потерь из-за различий тактовой частоты передатчика и приемника (рисунок 2).
Рисунок 2 –Двухуровневый код Манчестер-II
Код Манчестер-II нашел применение в оптоволоконных и электропроводных сетях. Самый распространенный протокол локальных сетей Ethernet 10 Мбит/с использует именно этот код.
Код NRZ (Non Return to Zero) — без возврата к нулю — это простейший двухуровневый код. Нулю соответствует нижний уровень, единице — верхний. Информационные переходы происходят на границе битов. Вариант кода NRZI (Non Return to Zero Inverted) — соответствует обратной полярности. [4]
Несомненное достоинство кода — простота. Сигнал не надо кодировать и декодировать.
Кроме того, скорость передачи данных вдвое превышает частоту. Наибольшая частота будет фиксироваться при чередовании единиц и нулей. При частоте 1 ГГц обеспечивается передача двух битов. Для других комбинаций частота будет меньше. При передаче последовательности одинаковых битов частота изменения сигнала равна нулю.
Код NRZ (NRZI) характеризуется отсутствием синхронизации. Это является самым большим его недостатком. Если тактовая частота приемника отличается от частоты передатчика, теряется синхронизация, биты преобразуются, данные теряются.
Рисунок 3 – Двухуровневый код NRZ
В целях синхронизации на начальном этапе процедуры приема пакета пользуются стартовым служебным битом, представленным, к примеру, единицей. Самым распространенным примером использования кода NRZI является стандарт, получивший название ATM155.
Наиболее распространенный протокол, именуемый RS232, посредством которого осуществляются соединения последовательного порта ПК, также основан на коде NRZ. В данном случае процесс передачи информации осуществляется с применением байтов, каждый из которых включает в себя 8 бит. При этом процесс сопровождается рядом стартовых и стоповых битов.
Код трехуровневой передачи MLT-3 ((Multi Level Transmission — 3) имеет много общего с кодом NRZ. Важнейшее отличие — три уровня сигнала.
Единице соответствует переход с одного уровня сигнала на другой. Изменение уровня сигнала происходит последовательно с учетом предыдущего перехода. Максимальной частоте сигнала соответствует передача последовательности единиц. При передаче нулей сигнал не меняется. Информационные переходы фиксируются на границе битов. Один цикл сигнала вмещает четыре бита.
Рисунок 4 - Код трехуровневой передачи MLT-3
Посредством использования процедуры, состоящей в преобразовании передаваемой информации, устраняются основополагающие недостатки кодов MLT-3 и NRZ, состоящие в отсутствии или недостаточном обеспечении процедуры синхронизации.
Ряд протоколов, основанных на применении кода NRZ, зачастую дополняется кодировкой информации, получившей название 4B5B. В данном случае кодированием обеспечивается процесс преобразования одной последовательности битов в другую.
Посредством кодирования 4B5B, основанного на пяти-битовой основе, передаются четырех-битовые информационные сигналы.
Происходит процедура перекодировки четырех-битового информационного сигнала в пяти-битовый сигнал в кодере передатчика. [6]
Преобразованный сигнал имеет 16 значений для передачи информации и 16 избыточных значений. В декодере приемника пять битов расшифровываются как информационные и служебные сигналы. Для служебных сигналов отведены девять символов, семь символов — исключены.