План: Методы, режимы и способы передачи информации Основы передачи данных в линиях связи Физическое кодирование. - презентация

1 План: Методы, режимы и способы передачи информации Основы передачи данных в линиях связи Физическое кодирование

2 Сети ЭВМ: лекция 6 Методы передачи информации Для передачи данных в сетевых информационных системах наиболее часто применяется последовательная передача Под связью на уровне данных понимают обмен между двумя узлами сети информацией, закодированной в цифровой форме Если для соединения элементов между собой используются многожильные проводники, то в этом случае говорят о параллельном методе передачи. При таком соединении задержки передачи одного слова оказываются минимальными. Если применяется всего одна пара линий и в каждый момент времени передается только один бит каждого октета, входящего в данные, то в этом случае говорят о последовательном методе передачи (передаче цепочкой битов)

3 Сети ЭВМ: лекция 6 Режимы передачи информации Дуплексная или Двунаправленная Передача (Duplex Transmission) - используется для обмена данными между двумя связанными устройствами в обоих направлениях одновременно, например, когда в силу особенностей пропускной способности канала (или линий передачи) поток данных может осуществляться в обоих направлениях независимо. Симплексная или Однонаправленная передача (Simplex Transmission - используется при передаче данных в одном направлении, например, в системах контроля, в которых монитор передает данные накопителю через регулярные промежутки времени

4 Сети ЭВМ: лекция 6 Режимы передачи информации Полудуплексная передача (Half-Duplex Transmission) - применяется если два взаимосвязанных устройства хотят обмениваться данными поочередно, например, когда одно устройство передает данные только в ответ на запрос другого устройства

5 Сети ЭВМ: лекция 6 Способы передачи информации Принимающий узел должен знать: 1) скорость передачи битов; 2) начало и конец каждого элемента (символа или байта); 3) начало и конец каждого полного блока сообщения или кадра

6 Сети ЭВМ: лекция 6 Способы передачи информации Способы последовательной передачи данных: Асинхронная - каждый символ передается независимо от остальных и получатель повторно синхронизируется в начале каждого получаемого символа Синхронная - передаваемые данные образуют полные блоки данных, каждый из которых состоит из нескольких байтов или символов

7 Сети ЭВМ: лекция 6 Асинхронный способ передачи При асинхронной передаче каждый символ передается отдельной посылкой Вначале передаются стартовые биты, которые предупреждают приемник о начале передачи. Затем передается сам символ Стоповый бит Бит четности Передавае мой символ Два стартовых бита

8 Сети ЭВМ: лекция 6 Асинхронный способ передачи Преимущества асинхронной передачи: несложная, отработанная технология; недорогое (по сравнению с синхронным) интерфейсное оборудование Недостатки: примерно треть пропускной способности теряется на передачу служебных битов; при множественной ошибке с помощью бита четности невозможно определить достоверность полученной информации; невысокая (по сравнению с синхронной) скорость передачи.

9 Сети ЭВМ: лекция 6 Синхронная передача В При использовании синхронного метода коммуникации данные передаются блоками В отличие от асинхронного метода, где используется передача данных только в виде символов, при синхронной передаче данные могут передаваться и как символы, и как поток битов (character- oriented и bit oriented)

10 Сети ЭВМ: лекция 6 Синхронная передача При синхронной передаче весь блок или кадр данных передается как одна цепочка битов без каких-либо задержек между 8 - битными элементами Передаваемые символы Код Обнаружения Ошибки Поле данных Биты синхронизации Символ окончания передачи

11 Сети ЭВМ: лекция 6 Синхронная передача При синхронной передаче принимающее устройство должно обеспечить различные уровни синхронизации: поддерживать синхронизацию битов, байтов и кадров Преимущества синхронного метода: высокая эффективность передачи данных высокая скорость передачи надежный механизм обнаружения ошибок Недостатки: более сложное и дорогое интерфейсное оборудование

12 Сети ЭВМ: лекция 6 Основы передачи данных в линиях связи При передаче двоичных данных по линии связи все двоичные разряды передаваемых элементов должны быть преобразованы в физические электрические сигналы

13 Сети ЭВМ: лекция 6 Основные характеристики среды передачи амплитудно-частотная характеристика; полоса пропускания; затухание; помехоустойчивость; перекрестные наводки на ближнем конце линии (NEXT); пропускная способность; достоверность передачи данных; стоимость.

14 Сети ЭВМ: лекция 6 Основные характеристики среды передачи Чаще всего в качестве эталонных сигналов для исследования реакций линий связи используются синусоидальные сигналы различных частот

15 Сети ЭВМ: лекция 6 Влияние характеристик среды

16 Сети ЭВМ: лекция 6 Влияние характеристик среды

17 Сети ЭВМ: лекция 6 Влияние характеристик среды

18 Сети ЭВМ: лекция 6 Влияние характеристик среды

19 Сети ЭВМ: лекция 6 Влияние характеристик среды

20 Сети ЭВМ: лекция 6 Влияние характеристик среды Вследствие объединения всех эффектов на приемном конце линии сигналы могут плохо распознаваться.

21 Сети ЭВМ: лекция 6 Влияние характеристик среды Знание амплитудно-частотной характеристики реальной линии позволяет определить форму выходного сигнала практически для любого входного сигнала

22 Сети ЭВМ: лекция 6 Основные характеристики среды передачи Полосы пропускания линий связи и популярные частотные диапазоны

23 Сети ЭВМ: лекция 6 Влияние характеристик среды Пропускная способность линии связи зависит не только от ее характеристик, таких как амплитудно-частотная характеристика, но и от спектра передаваемых сигналов

24 Сети ЭВМ: лекция 6 Физическое кодирование Выбор способа представления дискретной информации в виде сигналов, подаваемых на линию связи, называется физическим или линейным кодированием. От выбранного способа кодирования зависит спектр сигналов и, соответственно, пропускная способность линии. Таким образом, для одного способа кодирования линия может обладать одной пропускной способностью, а для другого другой. Большинство способов кодирования используют изменение какого-либо параметра периодического сигнала частоты, амплитуды и фазы синусоиды или же знак потенциала последовательности импульсов. Периодический сигнал, параметры которого изменяются, называют несущим сигналом или несущей частотой, если в качестве такого сигнала используется синусоида

25 Сети ЭВМ: лекция 6 Боды и биты Если сигнал изменяется так, что можно различить только два его состояния, то любое его изменение будет соответствовать наименьшей единице информации биту. Если же сигнал может иметь более двух различимых состояний, то любое его изменение будет нести несколько бит информации Количество изменений информационного параметра несущего периодического сигнала в секунду измеряется в бодах (baud). Период времени между соседними изменениями информационного сигнала называется тактом работы передатчика Пропускная способность линии в битах в секунду в общем случае не совпадает с числом бод. Она может быть как выше, так и ниже числа бод, и это соотношение зависит от способа кодирования

26 Сети ЭВМ: лекция 6 Скорость передачи и полоса пропускания Связь между полосой пропускания и скоростью линии установил Клод Шеннон: С = F log 2 (1+S/N), где С максимальная пропускная способность линии в битах в секунду S/N - соотношение сигнал-шум в канале, F ширина полосы пропускания линии в герцах Максимально возможная пропускная способность линии связи по Найквисту: С=2F log 2 V bps, где V - количество уровней в сигнале (число различимых состояний информационного параметра сигнала).

27 Сети ЭВМ: лекция 6 Скорость передачи и состояния сигнала Если сигнал имеет 2 различимых состояния, то пропускная способность равна удвоенному значению ширины полосы пропускания линии связи Повышение скорости передачи за счет дополнительных состояний сигнала

28 Сети ЭВМ: лекция 6 Физическое кодирование При передаче дискретных данных по каналам связи применяются два основных типа физического кодирования на основе синусоидального несущего сигнала и на основе последовательности прямоугольных импульсов. Первый способ часто называется также модуляцией или аналоговой модуляцией. Второй способ обычно называют цифровым кодированием. Эти способы отличаются шириной спектра результирующего сигнала и сложностью аппаратуры, необходимой для их реализации

29 Сети ЭВМ: лекция 6 Аналоговая модуляция Устройство, которое выполняет функции модуляции несущей синусоиды на передающей стороне и демодуляции на приемной стороне, носит название модем (модулятор-демодулятор). Амплитудно-частотная характеристика канала тональной частоты

30 Сети ЭВМ: лекция 6 Аналоговая модуляция Аналоговая модуляция является таким способом физического кодирования, при котором информация кодируется изменением амплитуды, частоты или фазы синусоидального сигнала несущей частоты