Анализ уровней модели OSI в локальных сетях на примере Ethernet и протоколов TCP/IP

Лекция 4. Физический уровень сети
Тема 2. Анализ уровней модели OSI в локальных сетях на примере Ethernet и протоколов TCP/IP
Лекция 5. Уровень передачи данных
Лекция 6. Подуровень управления доступом к среде
Лекция 7. Сетевой уровень
Лекция 8. Транспортный и сессионный уровень
Лекция 9. Прикладной уровень

Лекция 4¾. Построение физического и канального уровня – формирование сигнала
Параметры сигнала. Линейное кодирование – простейшие случаи.
Линейное кодирование – FAST Ethernet.
Линейное кодирование – GIGABIT Ethernet.
Применение квадратурного модулированного сигнала в сетях. Параллельная многочастотная передача модулированного сигнала.
Сигнал в беспроводных сетях:
- расширение спектра перескоком по частоте;
- расширение прямой последовательностью;
- расширение комплементарной кодовой последовательностью.
- многочастотная передача в беспроводных сетях.
Тема 2.

Лекция 4¾. Построение физического и канального уровня – формирование сигнала
Тема 2.
Стек:
TCP
UDP
telnet
SMTP
IP
ICMP
ARP
RIP
FTP
www
TFTP
На основании чего
они строятся?

Лекция 4¾. Построение физического и канального уровня – формирование сигнала
1. Параметры сигнала
Параметры единичного элемента ―
1. Длительность импульса, период, скважность, скорость манипуляции
Тема 2.
Скорость передачи информации I ―
Количество информации в единицу времени (бит/с).
N=T/τ0
F=1/T=1/(Nτ0)=B/N
B=1/τ0 (бод)
V=I/τ0=log2(mc/τ0)=B·log2(mc)
mc=число значащих позиций кода (двухпозиционный, многопозиционный)

Лекция 4¾. Построение физического и канального уровня – формирование сигнала
1. Параметры сигнала
Спектр сигнала – спектр случайного сигнала ―
Передаваемые кодовые комбинации – независимые случайные импульсы с известной амплитудой U и длительностью τ0. Спектр приближенно корреляционную функцию:
Спектр бесконечен, но энергетически сосредоточен вблизи постоянной составляющей и нескольких первых гармоник.

Лекция 4¾. Построение физического и канального уровня – формирование сигнала
1. Параметры сигнала
Амплитуда ―
Выбор амплитуды сигнала U определяется особенностями физического канала. Так, например, для двухпроводных линий витой пары для допустимого уровня переходных помех в линии связи (скорости передачи, амплитуда, переходное затухание):
B>2400 бод – 3В (87 дБ) - Next
- 0,3 В (69,5 дБ) - Next
Next=20·lg(U11/U33)
Fext=20·lg(U11/U44)
Требования к сигналу ―
- последовательность импульсов должна обеспечивать синхронизацию;
- энергетический спектр не должен содержать пост. составляющую;
(межсимвольные помехи, питание);
- уменьшение ВЧ части спектра (диапазон);
- возможность алгоритмизации безошибочной передачи.

Лекция 4¾. Построение физического и канального уровня – формирование сигнала
1. Параметры сигнала
Амплитуда ―
Выбор амплитуды сигнала U определяется особенностями физического канала. Так, например, для двухпроводных линий витой пары для допустимого уровня переходных помех в линии связи (скорости передачи, амплитуда, переходное затухание):
B>2400 бод – 3В (87 дБ) - Next
- 0,3 В (69,5 дБ) - Next
Next=20·lg(U11/U33)
Fext=20·lg(U11/U44)
Требования к сигналу ―
- последовательность импульсов должна обеспечивать синхронизацию;
- энергетический спектр не должен содержать пост. составляющую;
(межсимвольные помехи, питание);
- уменьшение ВЧ части спектра (диапазон);
- возможность алгоритмизации безошибочной передачи.
Для удовлетворения этих требований в проводных линиях связи стали применять линейное кодирование.

Лекция 4¾. Построение физического и канального уровня – формирование сигнала
2. Линейное кодирование – простейшие случаи
NRZ, NRZI ―
кодирование информации
разнополярными сигналами
Manchester | DiffManchester code ―
кодирование информации
расширением спектра (передача 2х символов )

Лекция 4¾. Построение физического и канального уровня – формирование сигнала
2. Линейное кодирование – Fast Ethernet (4B/5B,T)
MLT-3 ― MultiLevel Transmission 3
трехпозиционное кодирование. Относится к кода xByT (4B3T)
1 – переход из одного состояния в другое
0 – неизменное состояние
Передача по 5 бит в трехпозиционном коде вместо 4-х бит.

Лекция 4¾. Построение физического и канального уровня – формирование сигнала
2. Линейное кодирование – Fast Ethernet (4B/5B,T)
MLT-3 ― MultiLevel Transmission 3
трехпозиционное кодирование (3 состояния) .
Принцип формирования из бинарной последовательности:
1 – переход из одного состояния в другое;
0 – неизменное состояние.
Преимущество: в случае передачи набора 1ц, для формирования периода/цикла необходимо 4 перехода (4 бита) - частота несущей уменьшается в 4 раза .
Передача по 5 бит в трехпозиционном коде вместо 4-х бит.
Применяется не только как
прямое изменение вида сигнала,
но также как замена
бинарной последовательности.
Относится к коду xByT (4B3T)

Лекция 4¾. Построение физического и канального уровня – формирование сигнала
2. Линейное кодирование – Fast Ethernet (4B/5B,T)
MLT-3 ― MultiLevel Transmission 3
Декодировка на приёме:

Лекция 4¾. Построение физического и канального уровня – формирование сигнала
2. Линейное кодирование – Fast Ethernet (4B/5B,T)
MLT-3 ― MultiLevel Transmission 3
Частота несущей:

Лекция 4¾. Построение физического и канального уровня – формирование сигнала
2. Линейное кодирование – Fast Ethernet (4B/5B,T)
4B/5B ― Дополнительное кодирование MLT-3
Код передачи для дополнительной помехоустойчивости и синхронизации предварительно кодируется – каждый 4 бита заменяются 5ю.
Расширение комбинаций кода позволяет использовать более равномерное изменение битов в последовательности (не более 3 нулей подряд), а также добавляются служебные комбинации.
Передача по 5 бит в трехпозиционном коде вместо 4-х бит.

Лекция 4¾. Построение физического и канального уровня – формирование сигнала
2. Линейное кодирование – Fast Ethernet (4B/5B,T)
4B/5B ― Дополнительное кодирование MLT-3

Лекция 4¾. Построение физического и канального уровня – формирование сигнала
2. Линейное кодирование – Gigabit Ethernet (PAM-5)
PAM-5 ― Pulse Amplitude modulation
пятипозиционное кодирование
Обеспечивает одновременную передачу 2 бит:
10 → ‒ 1 U ;
11 → ‒ 0,5 U ;
01 → 0,5 U ;
00 → 1 U ;
код ошибки → 0 U ;
Частота несущего колебания
может быть уменьшена в 2 раза.
При тактировании как в FastEthernet 125 МГц,
за счет 4 пар и 2битной передачи
скорость передачи в GigEth= 125*2*4=1000 Мбит/с.
Возможность исправления ошибок увеличивает помехоустойчивость кода.