Презентация на тему "Основы передачи дискретных данных"

Содержание

• 
  Слайд 1

  2. Основы передачи дискретных данных

  Методы передачи дискретных данных, общие для локальных и глобальных сетей по длинным линиям связи ( >10 м)

• 
  Слайд 2
  

  Состав линии связи

• 
  Слайд 3
  

  Типы линий связи Проводные (воздушные) ¨      Кабельные Коаксиал Витая пара Оптическое волокно

• 
  Слайд 4
  

  Радиоканалы наземной и спутниковой связи Радиорелейные (СВЧ) каналы

• 
  Слайд 5

  Характеристики линий связи

  Амплитудно-частотная характеристика Полоса пропускания Затухание Помехоустойчивость Перекрестные наводки на ближнем конце линии (NEXT) Пропускная способность Достоверность передачи данных Удельная стоимость

• 
  Слайд 6
  

  T =  2 3 4 Представление периодического сигнала суммой синусоид Спектральный анализ сигналов на линиях связи

• 
  Слайд 7
  

  -   +  0 t  Спектральное разложение идеального импульса (d-функция)

• 
  Слайд 8
  

  Импульсы на выходе линии связи Импульсы на входе линии связи Искажения импульсов в линиях связи

• 
  Слайд 9
  

  Представление линии в виде распределенной индуктивно-емкостной нагрузки R R R R C C C C

• 
  Слайд 10
  

  Амплитудно-частотная характеристика

• 
  Слайд 11
  

  Полосы пропускания линий связи и популярные частотные диапазоны

• 
  Слайд 12
  

  Соответствие между полосой пропускания линии связи и спектром сигнала

• 
  Слайд 13
  

  Пропускная способность - C(бит/с)- максимально возможное число бит информации, которые могут быть переданы в секунду С(бит/с) = F log2(1 + Pc/Pm) F - полоса пропускания (Гц) Типичные значения пропускной способности (bandwidth) линий связи вычислительных сетей: 2400, 4800, 9600, 14400, 28800, 33600 б/с 56, 64 Кб/c; 1.544, 2.048, 10, 16, 34, 45, 155, 622 Мб/c

• 
  Слайд 14
  

  Повышение скорости передачи за счет дополнительных состояний сигнала а) сигнал имеет 2 состояния; б) сигнал имеет 4 состояния C = , где М - количество состояний одного элемента данных

• 
  Слайд 15
  

  Помехоустойчивость линии: определяется мощностью шумов, создаваемых в линии внешней средой и возникающих в самой линии низкая  хорошая  отличная Кабельные линии Радиолинии Оптоволоконныелинии

• 
  Слайд 16
  

  Достоверность передачи данных: вероятность искажения бита данных (10-3 10-9 без дополнительных средств, 10-9 - оптоволокно) Удельная стоимость линии: затраты на создание 1 км линии - от $0.4 до $8

• 
  Слайд 17
  

  Аналоговая модуляция: предназначена для передачи дискретных данных, имеющих широкий спектр, по аналоговым линиям связи с узкой полосой пропускания  Аналоговая модуляция Кодирование (дискретная модуляция) Методы передачи дискретных данных

• 
  Слайд 18
  

  Виды аналоговой модуляции: б) амплитудная в) частотная г) фазовая

• 
  Слайд 19
  

  Спектры сигнала при потенциальном кодировании и амплитудной модуляции

• 
  Слайд 20
  

  Кодирование Кодирование в узком смысле - способ представления дискретных данных импульсными сигналами для передачи по широкополосным линиям (без модуляции) Цели кодирования: Сужение полосы частот результирующего сигнала. Чем меньше изменений потенциала сигнала в единицу времени (измеряется в бодах), тем уже спектр сигнала, тем выше может быть битовая скорость на линии с фиксированной полосой пропускания Синхронизация приемника и источника

• 
  Слайд 21
  

  Приёмник Передатчик 0 0 0 1 0 1 1 Тактовые импульсы Информация Синхронизация приемника и передатчика на небольших расстояниях

• 
  Слайд 22
  

  0 0 0 0 1 1 1 а) Потенциальный код или NRZ-код Методы кодирования Полоса узкая(бод  б/с)(4 бода) Самосинхронизацияплохая б)Потенциальный код с инверсией при единице NRZI (3 бода) в) Биполярный код (импульсы разной полярности) 1 1 1 0 0 0 0 Полоса широкая(бод ~ 2 б/с)(14 бод)Самосинхронизация отличная г) Манчестерский код (кодирование перепадами) Полоса средняя (б/с  бод  2 б/с)(9 бод)Самосинхронизация хорошая 1 0 1 1 0 0 0

• 
  Слайд 23
  

  Избыточные потенциальные коды (4В/5В, 5В/6В)К каждым N битам исходного кода добавляется 1 избыточный бит, значение которого выбирается так, чтобы потенциал гарантированно менял свое значение через каждые 2N битКод 4В/5В:

• 
  Слайд 24

  Коды глобальных каналов

• 
  Слайд 25

  Скрэмблирование

  «Перемешивание» данных по известному закону: Bi = Ai Bi-3 Bi-5 - сложение по модулю 2 Обратное преобразование: Ci = Bi Bi-3 Bi-5 = Bi = (Ai Bi-3 Bi-5) + Bi = Ai Bi-3 Bi-5 Bi-3 Bi-5= Ai

• 
  Слайд 26

  Спектры кодов

• 
  Слайд 27
  

  Кодирование аналоговых сигналов: предназначено для передачи аналоговых данных по линиям связи, имеющим широкую полосу пропускания, достаточную для передачи импульсов 

• 
  Слайд 28
  

  Методы аналоговой модуляции: амплитудная, частотная, фазовая n1 n4 n3 n2 t1 t2 t3 t4  Частота квантования: f=1/n1, n2, n3, . . . - ”оцифрованный” сигнал f0   Теорема Котельникова-Найквиста f  2f0 Кодирование (дискретная модуляция) Дискретизация непрерывного сигнала по амплитуде и по времени

• 
  Слайд 29
  

  Коммутация каналов – синхронное разделение во времени (Time Division Multiplexing, TDM или STM)

• 
  Слайд 30
  
• 
  Слайд 31
  

  MUX Cross-connect Коммутация каналов – разделение по длине волны (Wave Division Multiplexing, WDM или Dense WDM) Внутри волны – TDM или пакеты

• 
  Слайд 32

  Сравнение методов коммутации каналов и пакетов

• 
  Слайд 33
  

  Области применимости методов коммутации Коммутация каналов применяется для передачи трафика с постоянной скоростью и чувствительного к задержкам. Пример: речь Недостатки - в случае временного не использования канала абонентами его пропускную способность нельзя отдать другим абонентам – отсутствует адресная информация в потоке данных Коммутация пакетов применяется для передачи пульсирующего трафика с переменной скоростью и не чувствительного к задержкам. Пример: передача текстовых документов, просмотр Web-страниц Недостатки - нет гарантий пропускной способности, переменные задержки – сложно передавать потоковый трафик реального времени – речь, видео

• 
  Слайд 34
  

  Комбинирование методов коммутации каналов и пакетов Коммутация каналов для передачи пользовательских данных и коммутации пакетов для передачи служебной Сеть с коммутацией пакетов – SS7 Сеть с коммутацией каналов

• 
  Слайд 35
  

  Комбинирование методов коммутации каналов и пакетов Виртуальные каналы в сетях с коммутацией пакетов Устойчивые маршруты перемещения пакетов Вместо адреса конечного узла используется условный номер виртуального канала Имеется процедура предварительного установления канала

• 
  Слайд 36
  

  Комбинирование методов коммутации каналов и пакетов Вложенность методов коммутации Тайм-слот 1 Тайм-слот 2 Тайм-слот 3 Тайм-слот 4 Поток тайм-слота 4 делится на пакеты - метод коммутации пакетов вложен в метод коммутации каналов Поток тайм-слота 1 делится на более мелкие тайм-слоты – иерархия каналов PDH/SDH

• 
  Слайд 37
  

  Принципы работы протоколов в сетях с коммутацией пакетов

• 
  Слайд 38
  

  Структура пакетов и кадров Синхробиты Служебная информация Полезные данные Контрольная сумма Кадр 1 Кадр 2 Кадр 3

• 
  Слайд 39
  

  Байт 1 Старт Стоп Байт 2 Старт Стоп Байт n Старт Стоп Синхробайт Синхробайт Байт 1 Байт n Байт 2 Управ-ление Управ-ление Иденти-фикатор Данныепользователя Контрольошибок Управ-ление Синхронизация приемника и источника Асинхронная и синхронная передача

• 
  Слайд 40
  

  Квитанции подтверждения Подтверждение разрыва соединения Подтверждение установления соединения Данные Запрос разрыва соединения Запрос установления соединения Данные Данные Узел 2 Узел 1 Передача без установления соединения (датаграммный метод, connectionless) Передача с установлением соединения (connection-oriented) Установление соединений

• 
  Слайд 41
  

  Методы вычисления контрольной суммыкадра информации 1. Контроль по паритету - применяется для байтов 8   7   6   5   4   3   2   1       1 + 0 + 0 + 1 + 1 + 0 + 1 + 0 = 0 (по чётности, even)                                 1 (по нечёт-ти, odd) Обнаруживает только одиночные ошибки

• 
  Слайд 42
  

  2. Вертикальный и горизонтальный контроль по паритету блоков символов P B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 Биты паритета байтов (нечётность) Биты паритета столбцов (четность) Обнаруживает большинство двойных ошибок, но не все

• 
  Слайд 43
  

  3. Циклические коды контроля двоичных кадров (CRC, Cyclic Redundancy Check) 1 0 0 1 1 0 1 0                                                                                                                                 Биты кадра 2 или 4 байта контрольного циклического кода (CRC)

• 
  Слайд 44
  

   Код CRC равен остатку от деления кадра, рассматриваемого как двоичное число, на заданное двоичное число (например, на 216+215+22+1) При получении кадра с кодом CRC общая последовательность бит (данные + CRC) снова делится на общий делитель. Если ошибок нет, то результат деления должен быть равен 0. При делителе длиннойR бит обнаруживаются: все однократные битовые ошибки все двойные битовые ошибки все ошибки в нечетном количестве бит все ошибочные последовательности длиной

• 
  Слайд 45
  

  Методы подтверждения корректности передачи кадров 1. С простоем источника t t 2 К К 1 1 Квитанции (приёмник) Пакеты (источник)

• 
  Слайд 46
  
• 
  Слайд 47
  

  Синхронизация символов и кадров Дополняет синхронизацию бит при синхронном способе передачи 2 метода: ¨      Символьно-ориентированная передача ¨      Бит-ориентированная передача

• 
  Слайд 48
  

  Время Направление передачи Стоповый символ кадра Содержимое кадра(печатные символы) Символы синхронизации Стартовый символ кадра а) SYN . . . STX ETX SYN

• 
  Слайд 49
  

  . . 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0. . . Направление передачи Содержимое кадра Получатель вошел в синхронизацию Получатель детектирует символ SYN Получатель входит в режим “охотника” б) SYN SYN SYN STX Время

• 
  Слайд 50
  

  Стоповая последовательность кадра Содержимое кадра(двоичные данные) Стартовая последовательность кадра c) SYN SYN DLE STX . . . DLE DLE. . . DLE ETX Направление передачи Время Дополнительно вставленный DLE

• 
  Слайд 51
  

    Методы синхронизации при бит-ориентированной передаче кадров   01111110 01101111100…………10011 01111110 Открывающий флаг Закрывающий флаг Данные Бит-стаффинг 11111110 1046 01111……….110 Открывающий флаг Данные Длина поля данных Фиксиро-ванный заголовок а) Открывающий и закрывающий флаги б) Открывающий флаг и поле длины

• 
  Слайд 52
  

    Методы синхронизации при бит-ориентированной передаче кадров   01111110 01101111110…………10011 01111110 Открывающий флаг Закрывающий флаг Данные Бит-стаффинг не нужен в) Открывающий и закрывающий флаги с особыми кодами

• 
  Слайд 53
  

  1. Могут ли цифровые линии связи передавать аналоговые данные? 2. Каким будет теоретический предел скорости передачи данных в бит/c c по каналу с шириной полосы пропускания в 20 кГц, если мощность передатчика составляет 0,01 мВт, а мощность шума в канале равна 0,0001 мВт? 3. Определите пропускную способность канала связи для каждого из направлений дуплексного режима, если известно, что его полоса пропускания равна 600 кГц, а метода кодирования использует 10 состояний сигнала. 4. Рассчитайте задержку распространения сигнала и задержку передачи данных для случая передачи пакета в 128 байт по: ·       кабелю витой пары длиной в 100 м при скорости передачи данных 100 Мбит/с,·       коаксиальному кабелю длиной в 2 км при скорости передачи в 10 Мбит/с, ·       спутниковому геостационарному каналу протяженностью в 72 км при скорости передачи данных 128 Кбит/с. Считайте скорость распространения сигнала равной скорости света в вакууме 300 000 км/с. Вопросы

• 
  Слайд 54
  

  Какой кадр передаст на линию передатчик, если он работает с использованием техники бит-стаффинга с флагом 7E, а на вход передатчика поступила последовательность 24 A5 7E 56 8C (все значения — шестнадцатеричные)? 6. Поясните из каких соображений выбрана пропускная способность (64 Кбит/c) элементарного канала цифровых телефонных сетей? 9. Как передатчик определяет факт потери положительной квитанции в методе скользящего окна? 10. Сеть с коммутацией пакетов испытывает перегрузку. Для устранения этой ситуации размер окна в протоколах компьютеров сети нужно увеличить или уменьшить? 11. Как влияет надежность линий связи в сети на выбор размера окна? 12. В чем проявляется избыточность TDM-технологии? 13. Какой способ коммутации более эффективен: коммутация каналов или коммутация пакетов?