4 Физическая передача данных
Кодирование, коммутация пакетов, метод доступа
Любая сетевая технология должна обеспечить надежную и быструю передачу дискретных данных по линиям связи. И хотя между технологиями имеются большие различия, они базируются на общих принципах передачи дискретных данных, которые рассматриваются в этой главе. Эти принципы находят свое воплощение в методах представления двоичных единиц и нулей с помощью импульсных или синусоидальных сигналов в линиях связи различной физической природы, методах обнаружения и коррекции ошибок, методах компрессии и методах коммутации.
Кодирование
Для передачи данных на физическом уровне необходимо каждому биту передаваемых данных поставить в соответствие некоторый электрический (оптический, инфракрасный) сигнал
Выделяют два основных типа кодирования
Аналоговая модуляция – в качестве основы берется синусоидальный сигнал
Цифровое кодирование – в качестве основы используется последовательность прямоугольных импульсов
В качестве отдельного момента выделим логическое кодирование – перекодирование данных перед передачей
Аналоговая модуляция Амплитудная модуляция
Амплитудная модуляция – для единицы выбирается один уровень амплитуды, для нуля – другой
Частота и фаза – постоянные
В чистом виде редко используется из-за низкой помехоустойчивости
Частотная модуляция
Частотная модуляция – для единицы выбирается одна частота, для нуля – другая
Амплитуда и фаза – постоянные
Используется в низкоскоростных модемах
Фазовая модуляция
Фазовая модуляция – для единицы выбирается одна фаза, для нуля – другая
Амплитуда и частота – постоянные
Используется в низкоскоростных модемах
Цифровое кодирование
При аналоговой модуляции физический сигнал несет информацию о начале и конце каждого следующего бита, при цифровом кодирование это условие не обязательно выполняется. Соответственно, выделяют
Самосинхронизирующиеся коды
Несамосинхронизирующиеся коды
Существуют следующие коды
Not Return to Zero (NRZ)
Not Return to Zero with ones Inverted (NRZi)
Multi-Level Transition-3 (MLT-3)
Return to Zero (RZ)
Манчестерский код
2B1Q
Манчестерский код
Манчестерский код (Манчестер-II)
Нулевому биту соответствует положительное переключение в центре битового интервала, единичному – отрицательное переключение
Используется только 2 уровня сигнала
Самосинхронизирующийся код
Приемник может определить начало и конец данных
Примеры применения – Ethernet, Token Ring
Логическое кодирование Назначение
Логическое кодирование применяется в следующих целях
Устранение длинных последовательностей нулей и единиц (после такого логического кодирования можно использовать несамосинхронизирующие коды для передачи)
Предоставление приемнику возможности распознавать и, возможно, устранять ошибки в последовательности бит
Коммутация пакетов
Назначение пакетов и их структура
Рис. 19. Передача пакетов в сети между двумя абонентами
Рис. 20. Передача пакетов в сети между несколькими абонентами
Рис. 21. Типичная структура пакета
Стартовая комбинация битов или преамбула, которая обеспечивает предварительную настройку аппаратуры адаптера или другого сетевого устройства на прием и обработку пакета. Это поле может полностью отсутствовать или же сводиться к единственному стартовому биту.
Сетевой адрес (идентификатор) принимающего абонента, то есть индивидуальный или групповой номер, присвоенный каждому принимающему абоненту в сети. Этот адрес позволяет приемнику распознать пакет, адресованный ему лично, группе, в которую он входит, или всем абонентам сети одновременно (при широком вещании).
Сетевой адрес (идентификатор) передающего абонента, то есть индивидуальный номер, присвоенный каждому передающему абоненту. Этот адрес информирует принимающего абонента, откуда пришел данный пакет. Включение в пакет адреса передатчика необходимо в том случае, когда одному приемнику могут попеременно приходить пакеты от разных передатчиков.
Служебная информация, которая может указывать на тип пакета, его номер, размер, формат, маршрут его доставки, на то, что с ним надо делать приемнику и т.д.
Данные (поле данных) – это та информация, ради передачи которой используется пакет. В отличие от всех остальных полей пакета поле данных имеет переменную длину, которая, собственно, и определяет полную длину пакета. Существуют специальные управляющие пакеты, которые не имеют поля данных. Их можно рассматривать как сетевые команды. Пакеты, включающие поле данных, называются информационными пакетами. Управляющие пакеты могут выполнять функцию начала и конца сеанса связи, подтверждения приема информационного пакета, запроса информационного пакета и т.д.
Контрольная сумма пакета – это числовой код, формируемый передатчиком по определенным правилам и содержащий в свернутом виде информацию обо всем пакете. Приемник, повторяя вычисления, сделанные передатчиком, с принятым пакетом, сравнивает их результат с контрольной суммой и делает вывод о правильности или ошибочности передачи пакета. Если пакет ошибочен, то приемник запрашивает его повторную передачу. Обычно используется циклическая контрольная сумма (CRC).
Стоповая комбинация служит для информирования аппаратуры принимающего абонента об окончании пакета, обеспечивает выход аппаратуры приемника из состояния приема. Это поле может отсутствовать, если используется самосинхронизирующийся код, позволяющий определять момент окончания передачи пакета.