Оглавление
2.1.Основные понятия физического уровня
2.2. Среда передачи ниже физического уровня
неуправляемые средства передачи
Последовательная передача и параллельная передача
Синхронная передача и асинхронная передача
Двусторонняя попеременная связь:
Двусторонняя одновременная связь:
Взаимосвязь между средствами передачи и каналами
кодирование без возврата к нулю
Дифференциальное манчестерское кодирование
2.5.Ограничение пропускной способности канала
Сравнение критерия Ная и формулы Шеннона:
Дополнение: Технология мультиплексирования каналов
Статистическое мультиплексирование с временным разделением STDM (Statistic TDM)
2.1.Основные понятия физического уровня
2.2. Среда передачи ниже физического уровня
Среда передачи , также известная как среда передачи или среда передачи, представляет собой физический путь между отправителем и получателем в системе передачи данных. Курсы по средствам передачи делятся на две категории: управляемые средства передачи и неуправляемые средства передачи.
Среда передачи не принадлежит ни одному из уровней архитектуры компьютерной сети. Если его необходимо добавить в архитектуру, его можно разместить только ниже физического уровня.
управляемые средства передачи
В управляемых средах передачи электромагнитные волны распространяются вдоль твердой среды.
коаксиальный кабель
витая пара
оптоволокно
многомодовое оптическое волокно
- По оптическому волокну может передаваться несколько световых лучей, падающих под разными углами. Этот вид волокна называется многомодовым .
одномодовое волокно
- Если диаметр волокна уменьшить до одной длины волны света, волокно действует как волновод, позволяя свету распространяться вперед без многократного отражения. Такие оптические волокна называются одномодовыми оптическими волокнами .
линия электропередачи
неуправляемые средства передачи
Неуправляемая среда передачи относится к свободному пространству.
радиоволны
микроволновая печь
инфракрасный
видимый свет
2.3. Способ передачи
Последовательная передача и параллельная передача
Последовательная передача :
- Данные передаются побитно последовательно, поэтому между передающей и принимающей сторонами требуется только одна линия передачи данных.
Параллельная передача :
- n бит передаются одновременно, поэтому между передающей и принимающей сторонами необходимо n линий передачи.
- Преимущество параллельной передачи в том, что она в n раз быстрее последовательной передачи, но ее стоимость высока.
Передача данных по линии передачи (передача между двумя машинами) предполагает последовательную передачу , а передача данных внутри компьютера (например, от процессора к памяти) обычно использует параллельную передачу .
Синхронная передача и асинхронная передача
Синхронная передача :
- Блоки данных передаются как постоянный поток битов. Между байтами нет пробела
- Принимающая сторона обнаруживает средний момент каждого битового сигнала, чтобы определить, принят ли бит 0 или бит 1.
- Поскольку существуют определенные различия в тактовых частотах разных устройств, невозможно достичь одинаковой точности.В процессе передачи большого объема данных совокупная ошибка во времени определения приведет к тому, что принимающая сторона неправильно оценит битовый сигнал. .
Поэтому необходимо синхронизировать часы отправки и получения.
Асинхронная передача :
- Байты используются как независимые единицы передачи, и временной интервал между байтами не фиксирован.
- Принимающая сторона синхронизирует только биты внутри байта в начале каждого байта.
- Обычно стартовый и конечный бит добавляются до и после каждого байта.
Односторонняя связь (симплекс), двусторонняя попеременная связь (полудуплекс) и двусторонняя одновременная связь (полный дуплекс).
Во многих случаях мы используем термин « канал ». Каналы и схемы не одинаковы. Каналы обычно используются для представления средств массовой информации, которые передают информацию в определенном направлении. Следовательно, схема связи часто содержит канал передачи и канал приема.
С точки зрения способа обмена информацией между двумя сторонами общения существует три основных способа:
Односторонняя связь :
Также известное как симплексное общение , то есть общение может быть только в одном направлении и никакого взаимодействия в противоположном направлении. К этому типу относятся радиовещание или кабельное и телевещание.
Двусторонняя попеременная связь :
Также известна как полудуплексная связь , то есть обе стороны связи могут отправлять информацию, но обе стороны не могут отправлять ее одновременно (конечно, они не могут получать ее одновременно). Этот метод связи позволяет одной стороне отправлять, а другой получать, а через некоторое время обратное можно изменить.
Двусторонняя одновременная связь :
Также известна как полнодуплексная связь , то есть обе стороны связи могут отправлять и получать информацию одновременно.
Для односторонней связи требуется только один канал, а для двусторонней попеременной связи или двусторонней одновременной связи требуется два канала (по одному в каждом направлении).
Двунаправленная одновременная связь имеет высочайшую эффективность передачи.
2.4.Кодирование и модуляция
Общие термины
- данные — сущность, которая несет сообщение.
- сигнал — электрическое или электромагнитное представление данных.
- Аналоговый сигнал . Значения параметров, представляющих сообщение, непрерывны.
- Цифровой сигнал . Значения параметров, представляющих сообщение, дискретны.
- Символ (код) — при использовании сигналов во временной области (или просто во временной области) для представления цифровых сигналов, базовая форма сигнала, представляющая различные дискретные значения.
- Основной сигнал (т.е. сигнал основной полосы частот) — сигнал от источника. Сигналы данных, представляющие различные текстовые файлы или файлы изображений, выводимые компьютером, являются сигналами основной полосы частот.
- Сигналы основной полосы частот часто содержат больше низкочастотных компонентов и даже компонентов постоянного тока, и многие каналы не могут передавать такие низкочастотные компоненты или компоненты постоянного тока. Следовательно, основной сигнал должен быть модулирован.
В компьютерных сетях принято передавать цифровые сигналы основной полосы частот по соответствующим каналам с помощью методов кодирования или модуляции .
Взаимосвязь между средствами передачи и каналами
Несколько основных концепций каналов
- Канал — обычно используется для обозначения среды, передающей информацию в определенном направлении.
- Односторонняя коммуникация (простая коммуникация) . Связь может быть только в одном направлении и никакого взаимодействия в противоположном направлении.
- Двусторонняя попеременная связь (полудуплексная связь) . Обе стороны связи могут отправлять информацию, но обе стороны не могут отправлять ее одновременно (конечно, они не могут получать одновременно).
- Двусторонняя одновременная связь (полнодуплексная связь) . Обе стороны связи могут отправлять и получать информацию одновременно.
Строго говоря, средства передачи нельзя приравнивать к каналам.
Для симплексной передачи среда передачи содержит только один канал: канал передачи или канал приема.
Для полудуплексного и полнодуплексного режима среда передачи содержит два канала: один является каналом отправки , а другой — каналом приема.
Если используется технология мультиплексирования каналов, среда передачи также может содержать несколько каналов.
Часто используемые кодировки
кодирование без возврата к нулю
- Положительный уровень указывает на бит 1/0.
- Отрицательный уровень представляет бит 0/1.
Пунктирная линия посередине — нулевой уровень.Так называемое кодирование без возврата к нулю означает, что уровень не будет появляться на нулевом уровне в течение всего времени символа.
Фактическое представление бита 1 и бита 0 зависит от реальности.
Это требует строгой синхронизации между отправкой отправителя и получением получателя.
- Для передачи тактового сигнала необходима дополнительная линия передачи для синхронизации отправителя и получателя.Получатель получает символы один за другим в соответствии с тактом тактового сигнала.
- Но для компьютерных сетей лучше использовать эту линию передачи для передачи сигналов данных , а не для передачи тактовых сигналов.
Из-за проблем с синхронизацией при кодировании без возврата к нулю этот тип кодирования не используется для передачи данных в компьютерных сетях!
вернуться к нулевой кодировке
Хотя кодирование с возвратом к нулю является самосинхронизирующимся , эффективность кодирования низкая.
Манчестерская кодировка
В середине каждого символа сигнал будет прыгать.
- Отрицательный переход указывает на бит 1/0.
- Положительный переход указывает на бит 0/1.
- Скачок в середине символа представляет собой как часы, так и данные.
Фактическое представление бита 1 и бита 0 зависит от реальности.
Традиционный Ethernet использует манчестерское кодирование.
Дифференциальное манчестерское кодирование
В средний момент времени каждого символа сигнал отправляет переход, но в отличие от Манчестера
- Переходы представляют только часы
- Изменяется ли уровень в начале символа для представления данных
* 变化表示比特1/0 * 不变化表示比特0/1Фактическое представление бита 1 и бита 0 зависит от реальности.
Меньше изменений, чем при манчестерском кодировании, и больше подходит для более высоких скоростей передачи.
Подведем итог
модуляция
Цифровой сигнал преобразуется в аналоговый сигнал и передается по аналоговому каналу, например Wi-Fi, с использованием таких методов модуляции , как комплементарная манипуляция CCK/расширение спектра прямой последовательности DSSS/мультиплексирование с ортогональным частотным разделением OFDM .
Аналоговый сигнал преобразуется в другой аналоговый сигнал и передается по аналоговому каналу.Например, речевые данные загружаются в аналоговый сигнал несущей для передачи. Технология частотного мультиплексирования FDM позволяет полностью использовать ресурсы полосы пропускания.
Основной метод модуляции
- Амплитудная модуляция AM : модулированный сигнал состоит из двух основных сигналов с разными амплитудами. Каждая базовая форма сигнала может представлять только 1 бит информации.
- FM : модулированный сигнал состоит из двух основных сигналов с разными частотами. Каждая базовая форма сигнала может представлять только 1 бит информации.
- Фазовая модуляция PM : модулированный сигнал состоит из двух основных сигналов с разными начальными фазами. Каждая базовая форма сигнала может представлять только 1 бит информации.
Но при использовании базового метода модуляции 1 символ может содержать только 1 бит информации.
Смешанная модуляция
4 бита, соответствующие символу на рисунке выше, неверны.Символ не может соответствовать 4 битам произвольно.
элемент кода
При использовании сигналов во временной области для представления цифровых сигналов они представляют собой базовые сигналы различных дискретных значений.
2.5.Ограничение пропускной способности канала
-
Любой реальный канал не идеален и будет вызывать различные искажения и помехи при передаче сигналов.
-
Чем выше скорость передачи символов, или чем дальше расстояние передачи сигнала, или чем хуже качество среды передачи, тем серьезнее искажение формы сигнала на выходном конце канала.
Причины искажений:
-
Чем выше скорость передачи элемента кода
-
Чем дальше распространяется сигнал
-
Чем больше шумовые помехи
-
Чем хуже качество передаваемой среды
Сравнение критерия Ная и формулы Шеннона:
Дополнение: Технология мультиплексирования каналов
Содержимое этого раздела не рассматривается в видео, это содержимое физического уровня «Компьютерной сети (7-е издание) Се Сирэнь».
Мультиплексирование с частотным разделением, мультиплексирование с временным разделением и статистическое мультиплексирование с временным разделением
Мультиплексирование является основной концепцией в коммуникационных технологиях.
Это позволяет пользователям общаться, используя общий канал, сокращая затраты и улучшая использование.
Мультиплексирование с частотным разделением каналов FDM (мультиплексирование с частотным разделением каналов)
-
Вся полоса пропускания разделена на несколько частей, и после того, как пользователю будет выделена определенная полоса частот, он будет занимать эту полосу частот на протяжении всего процесса связи.
-
Все пользователи частотного мультиплексирования одновременно занимают разные ресурсы полосы пропускания (обратите внимание, что под «пропускной способностью» здесь понимается полоса частот, а не скорость передачи данных).
Мультиплексирование с временным разделением TDM (Мультиплексирование с временным разделением)
-
Мультиплексирование с временным разделением делит время на кадры мультиплексирования с временным разделением одинаковой длины (кадры TDM) . Каждый пользователь мультиплексирования с временным разделением занимает фиксированное количество временных интервалов в каждом кадре TDM.
-
Временной интервал, занятый каждым пользователем, появляется периодически (период равен длине кадра TDM).
-
Сигналы TDM также называются изохронными сигналами.
-
Все пользователи мультиплексирования с временным разделением занимают одну и ту же полосу частот в разное время.
-
Мультиплексирование с временным разделением может привести к пустой трате ресурсов линии.
- Когда для передачи компьютерных данных используется система мультиплексирования с временным разделением, из-за пакетного характера компьютерных данных коэффициент использования выделенных подканалов пользователями обычно не высок.
Статистическое мультиплексирование с временным разделением STDM (Statistic TDM)
Мультиплексирование с разделением по длине волны
Мультиплексирование с разделением по длине волны WDM (мультиплексирование с разделением по длине волны)
мультиплексирование с кодовым разделением
Мультиплексирование с кодовым разделением каналов CDM (мультиплексирование с кодовым разделением каналов)
-
Обычно используемый термин — CDMA множественного доступа с кодовым разделением каналов (множественный доступ с кодовым разделением каналов).
-
Каждый пользователь использует свой рисунок, специально подобранный так, чтобы они не мешали друг другу.
-
Сигнал, посылаемый этой системой, обладает сильной помехоустойчивостью, а его спектр подобен белому шуму, что затрудняет обнаружение противником.