10-3_Физический_уровень (1130338)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Физический уровень:Принципы функционированияфизической средыпередачи данных(том 1 стр.63 – 101)Компьютерные сетипроф. Смелянский Р.Л.Лаборатория Вычислительных комплексовф-т ВМК МГУВведение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.20161Основы передачи данных• Все виды информации могут быть представлены ввидеэлектромагнитныхсигналов(ЭМС)аналоговых или цифровых• Любой ЭМС имеет спектр сигналов разной частоты(ширина частотной полосы гармоник)• Основная проблема - ухудшение сигнала припередаче (потеря энергии, искажение формы,шумы)• Основные характеристики канала - полосапропускания, скорость передачи для цифровыхданных, уровень шума, уровень ошибок припередачеВведение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.20162Сигнал как функция времени –непрерывные vs дискретныеНепрерывныйДискретныйВведение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.20163Сигнал как функция частотыРяд ФурьеNN12π2πf (t , N ) = c + ∑ an sin(n t ) + ∑ bn cos(n t )ττ2 n=1n=1uде1τ- частота, an ,bn – амплитуды n-ой гармоники.Введение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.20164Сигнал как функция частотыВведение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.20165Сигналы, данные, передача• Данные – описание фактов, явлений• Сигналы - представление данных при передаче• Передача - процесс взаимодействияпередатчика и приемника, с целью передачисигнала.Введение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.20166Данные• Данные попроисхождению могутиметь разную форму- аналоговые vsцифровые• Данные аналоговыеo голос, видео• Данные дискретные(цифровые)o текст: буква, символo картинка: pixelВведение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.Сигналы• Сигналы - аналоговыеvs цифровые06.04.20167Влияние шума на аналоговыйсигналvs на цифровой сигналФорма аналоговогосигналасигналзаранее не известнаЦифровойКаждая ретрансляцияусиливаетсигнал, так и шумФормаизвестна какзаранееВведение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.20168Аналоговая vs цифровая передача• затухание и нарушение формы вцифровом случае не столь сильно как ваналоговом.• при ретрансляции цифрового сигналапроще восстановить его изначальнуюформу, котораяизвестна точно, вотличии от аналогового сигнала.

Приретрансляциианалоговогосигналаошибка накапливается.Введение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.20169Аналоговая vs цифровая передача• цифровая передача надежнее: формасигнала известна.• по цифровой сети можно передавать иданные и голос и музыку одновременно ис большей скоростью.• цифровая передача дешевле, так как ненадо восстанавливать форму сигнала.• цифровую сеть проще эксплуатировать.Введение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201610Взаимосвязь пропускнойспособности канала и его полосыпропускания• Разные среды искажают форму сигнала и гасят егоэнергию в зависимости от частоты сигнала поразному.• Полоса пропускания канала - спектр частот, которыеканал пропускает без существенного понижениямощности сигнала.• Скорость передачи зависит от способа кодированияданных на физическом уровне и сигнальнойскорост и - скорости изменения значения сигнала.

Этаскорость изменений сигнала в секунду измеряется вбод. (Ж.М.Бодо)Введение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201611Взаимосвязь пропускнойспособности канала и его полосыпропускания• Пропускная способность канала - максимальнаяскорость, с которой канал способен передаватьданные.• Взаимосвязь пропускной способности канала иширины его полосы пропускания определяетТеорема Найквиста - Котельникова (1924г.)Rmax data rate= 2D log2 L ,где D – ширина полосы пропускания канала(максимальнаячастота сигнала в спектре), L - количество уровнейсигнала.Теорема КотельниковаВведение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201613Взаимосвязь пропускной способностиканала и его полосы пропускания• шум в канале измеряется как соотношениемощности полезного сигнала к мощности шума:S/N ( измеряется в децибелах 1dB = 10 log10(S/N)).• для случая канала с шумом есть Теорема ШеннонаRmax =D log2 (1+S/N) bps,где S/N - соотношение сигнал-шум в канале;здесь уже неважно количество уровней в сигнале.Это - теоретический предел, которой редкодостигается на практике.Введение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201614Сигналы с ограниченной полосойпропускания• Пример канала с шумом:- H = 3КГц, шум = 30dB следовательноVmax=30 000 бит/с• Пример влияния ширины полосыпропускания на битовую скорость передачиb – сигнальная скорость, надо передать 8 бит,H – ширина полосы,Max число гармоник = H (8/b) = (3000 *8)/bпри b=9600 не более 2 гармоник.Введение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201615Влияние ширины полосы пропусканияна качество сигналаВведение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201616Представление данных нафизическом уровнеВведение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л..06.04.201617Сигналы и Данныеo аналог.данные - аналог.сигнал(соответствие спектров частот)o цифр.данные - аналог.сигнал (модем)o аналог.данные - цифр.сигнал(оцифровка)o цифр.данные - цифр.сигнал (количествоуровней сигнала)Введение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201618Схемы аналоговой и цифровойпередачиx(t)g(t)КодировщикАналоговыелибо цифровыеx(t)Декодировщикg(t)Цифровойs(t)m(t)МодуляторАналоговыелибо цифровыеs(t)Демодуляторtm(t)АналоговыйtВведение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201619Цифровые данные – ЦифровыесигналыВведение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201620Битовый интервал5 бит=5 мсек11111NRZ I1 бит= 1 единичный сигнал=1 мсекМанчестер1 бит-1 мсекВведение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.1 единичный сигнал=0.5 мсек06.04.201621Примеры кодов010011000110Потенциальный кодNRZПотенциальный кодNRZIБиполярный код AMIМанчестерский кодПотенциальный код2B1QДифферен-ныйманчестерский кодВведение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л..06.04.201622Способы кодировки данныхПотенциальный код NRZ0 – высокий потенциал1 – низкий потенциалБиполярный код NRZI0 – нет перепада уровня сигнала в начале битного интервала1 – перепад уровня сигнала в начале интервалаБиполярный код AMI0 – отсутствие сигнала1 – положительный или отрицательный потенциал, обратный поотношению к потенциалу в предыдущий периодМанчестерский код0 – переход с высокого на низкий потенциал в середине интервала1 – переход с низкого на высокий потенциал в середине интервалаПотенциальный код 2B1QИспользует 4 уровня сигналов, значение уровня определяет значениепары битов данныхВведение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л..06.04.201623Потенциальный NRZ код• NRZ – Non Return to Zero –без возврата к нулю набитовом интервале• Основной недостатокотсутствиесинхронизации.• ДифференциальныйNRZ-I код010011000110Потенциальный кодNRZДифференциальныNRZI кодБиполярный кодAMIМанчестерский кодПотенциальный код2B1QВведение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.Дифферен-ныйманчестерский код06.04.201624Биполярный код AMI•••••••Bipolar Alternate Mark Inversion –AMIТри уровня сигнала.

Потенциал каждойпоследующей единицыпротивоположен потенциалупредыдущей.При длительной последовательности 1рассинхронизация не происходитПравило чередования уровнейпозволяет обнаруживать единичныеошибки.С применением техникискремблирования биполярныеимпульсные коды обладают лучшимихарактеристиками, чем NRZ коды.Эффективность этого кода ниже, чемNRZ: каждый единичный сигнал можетнести log23=1.58 бит информации, аиспользуется только один бит.Передатчик и приемник длябиполярного метода сложнее, чем дляNRZ кодов.Введение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0Потенциальныйкод NRZБиполярныйкод NRZIБиполярныйкод AMIМанчестерскийкодПотенциальныйкод 2B1QДифферен-ныйманчестерскийкод06.04.201625Биполярные импульсные коды••••В Манчестерском коде данныекодируются фронтами в серединебитового интервала: фронт переходаот низкого потенциала к высокомусоответствует 1, а фронт перехода от Потенциальныйкод NRZвысокого потенциала к низкому – 0.В дифференциальном Манчестерскомкоде в середине битового интервала Биполярный кодобязательно происходит изменениеNRZIуровня: при передаче 0 в началебитового интервала, происходитперепад уровней, при 1 – такойБиполярный кодперепад отсутствует.У всех биполярных импульсных кодов AMIсигнальная скорость в два раза выше,чем у потенциальных кодов.

ОниМанчестерский кодтребуют более широкой полосыпропускания, чем потенциальныекоды.У них есть несколько существенныхПотенциальныйпреимуществ:код 2B1Qo самосинхронизацияo отсутствие постояннойсоставляющейДифферен-ныйo обнаружение единичных ошибок.манчестерский0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0кодВведение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201626Потенциальный код 2B1Q• Каждые двапоследовательных бита (2В)передаются за один битовыйинтервал сигнала, которыйможет иметь четыресостояния (1Q).• У этого метода сигнальнаяскорость в два раза ниже, чемNRZ и AMI кодов, а спектрсигнала в два раза уже.• Этот метод требует сложногопередатчика и приемника,которые должны различать недва уровня, а четыре.Введение в компьютерныесети.проф.Смелянский Р.Л.0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0Потенциальныйкод NRZБиполярныйкод NRZIБиполярныйкод AMIМанчестерскийкодПотенциальныйкод 2B1QДифферен-ныйманчестерскийкод06.04.201627Цифровые данные – Аналоговыйсигнал• Телефонные сети были созданы для передачи икоммутации аналоговых сигналов в голосовомдиапазоне частот от 300 до 3400 Гц.• Модем (МОдулятор–ДЕМодулятор) преобразуетцифровой сигнал в аналоговый в надлежащемдиапазоне частот и наоборот.• Есть три основных метода модуляции дляпреобразования цифровых данных в аналоговуюформу:o амплитудная модуляцияo частотная модуляцияo фазовая модуляция.Введение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201628Цифровые данные – аналоговый сигналАмплитудная модуляцияЧастотная модуляцияКомпьютерные сетиВведение в компьютерные06.04.2016 сетипроф.СмелянскийР.Л.Фазовая модуляцияпроф.Смелянский Р.Л.2906.04.201629Аналоговые данные – Цифровойсигнал• АЦП (Аналогово-Цифровой Преобразователь)превращает аналоговые данные в цифровую формуЦАП (Цифро-Аналоговый преобразователь)выполняет обратную процедуруУстройство, объединяющее в себе функции и АЦПи ЦАП, называют кодеком (кодер-декодер)• Два основных метода преобразования аналоговогосигнала в цифровую форму:o импульсно кодовую модуляцию иo дельта модуляциюВведение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201632Импульсно-Кодовая МодуляцияВведение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201633Дельта модуляцияВведение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201634Аналоговые данные – аналоговый сигналНесущаяПередаваемый сигналАмплитудная модуляцияФазоваяКомпьютерные сетиВведение в компьютерные06.04.2016 сетиЧастотнаяпроф.СмелянскийР.Л.проф.Смелянский Р.Л.3506.04.201635Аналоговые данные – аналоговыйсигнал• Метод квадратичной амплитудной модуляцииQAM (Quadrature Amplitude Modulation) – этокомбинация амплитудной и фазовой модуляций.Идея этого метода состоит в том, что можно поодной и той же линии послать одновременно дваразных сигнала с одинаковой несущей частотой,но сдвинутых по фазе друг относительно другана 90º.

Каждый сигнал генерируется методомамплитудной модуляции.• Применяется в технологии ADSL.Введение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201636Среды передачи( т.1 стр.84 – 91)Введение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201637Среды передачи• характеристики физической среды:• полоса пропускания• пропускная способность• задержка• затухание• помехоустойчивость• достоверность передачи• стоимость• простота прокладки• сложность в обслуживании.Введение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201638Среды передачи• магнитные носители• витая пара• среднеполосный и широкополосныйкоаксиальные кабели• оптоволокноВведение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201639Среды передачи• Магнитные носители• Витая параВведение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201640Витая параВведение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201641Витая параВведение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201642Введение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201643СердечникИзоляторЭкранирующаясеткаЗащитноепокрытиеКоаксиальный кабельВведение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201644Затухание в кабельных средахВведение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201645ОптоволокноОптоволокноа) одиночное; б) множественноеВведение в компьютерные сети Компьютерные сети06.04.2016проф.Смелянский Р.Л.проф.Смелянский Р.Л.4606.04.201646Сравнение медного кабеля иоптоволокна• оптоволокно позволяет передавать сигнал набольшее расстояние без промежуточногоусиления (от 30 км и более для оптоволокнаи 5 км для меди)• оптоволокно тоньше.• оптоволокно легче: 1 км 1000 парника весит 8000кг оптоволоконнаяпара аналогичнойпропускной способности и длины - 100 кг.• оптоволокно трудно обнаружить, оно неизлучает, а следовательно найти и повредить.Введение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201647Сравнение медного кабеля иоптоволокна• оптоволокно инертно к электромагнитнымвоздействиям, радиации; ему не страшнынарушения питания, агрессивная химическаясреда.• оптоволокно сложнее монтировать• работа с ним требует специальнойподготовки инженеров, которая пока не стольраспространена.• подключение к оптоволокну дороже пока,чем подключение к витой паре.Введение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201648Введение в компьютерные сетипроф.Смелянский Р.Л.06.04.201649.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций