7. Физический уровень

Самый нижний уровень модели предназначен непосредственно для передачи потока данных. Осуществляет передачу электрических или оптических сигналов в кабель или в радиоэфир и, соотвественно, их прием, и преобразование в биты данных в соответствии с методами кодирования цифровых сигналов. Другими словами, осуществляет интерфейс между сетевым носителем и сетевым устройством.

6. Характеристики линий связи

Параметры, характеризующие линию связи, делятся на:

Первичные – физические параметры, описывающие физическую природу линии связи: активное погонное сопротивление, погонная индуктивность, зависимость коэффициента преломления оптоволокна от расстояния от оптической оси.

Вторичные – обобщенно описывают процесс распространения сигнала: затухание

Существует и другая классификация:

Параметры передачи (распространения) – характеризуют процесс распространения информационного сигнала вдоль линии связи в зависимости от её физических характеристик.

Затухание - затухание показывает, насколько уменьшается мощность (амплитуда) сигнала на выходе линии связи по отношению к мощности на входе в линию. Измеряется в децибелах: A = 10* lg ( P вых/ P вх). Так как мощность выходного сигнала всегда меньше, чем входного, затухание кабеля всегда является отрицательным. Отдельное значение затухание называется коэффициентом затухания и часто указывается в абсолютных величинах. С ростом несущей частоты коэффициент затухания также растёт.У оптоволокна наблюдается сложная зависимость затухания от длины волны (частоты), в которой выделяют 3 «окна прозрачности»: 850, 1310 и 1550 нм (первые два окна – у многомодовых, последние два – у одномодовых). Волновое сопротивление. Достоверность передачи данных (интенсивность битовых ошибок,BER) – вероятность искажения для каждого передаваемого бита. Приемлемый уровень: 10 -4 – 10-6 , у оптоволокна 10- 9. Полоса пропускания (bandwidth) – это непрерывный диапазон частот, для которого затухание не превышает заданный предел. Пропускная способность (throughput) – максимально возможная скорость передачи данных, в бит/с. Зависит не только от затухания и полосы пропускания, но и от спектра передаваемых сигналов: если значимые гармоники не попадают в полосу пропускания, сигнал будет значительно искажаться. Эффективность канала связи = С/ F (С – максимальная пропускная способность линии, F – ширина полосы пропускания), выражается в бит/с на Гц. Хорошими считаются каналы с эффективностью 1 – 5 бит/с на 1 Гц.

7. Аналоговая модуляция и цифровое кодирование

Аналоговая модуляция

Чаще всего используется в телефонных сетях с каналом тональной частоты, который передает частоты от 300 до 3400 Гц (полоса пропускания 3100 Гц), что хватает для приемлемого качества передачи голоса (от 100 до 10000 Гц). Устройство, которое выполняет функции модуляции несущей синусоиды на передающей стороне и демодуляции на принимающей, называется модем. Он моделирует (изменяет) одну из трех характеристик несущей: амплитуду, частоту или фазу (или их комбинацию). Основные методы аналоговой модуляции:

Ампитудная модуляция (Amplitutde – Shift Keying, ASK). Двоичные нули и единицы представлены в виде двух амплитуд, иногда одна из них равна нулю. Является неэффективной из-за низкой помехоустойчивости, хотя часто используется в сочетании с фазовой модуляцией. Обычно служит для передачи сигналов по оптоволокну (1 – импульс света, 0 – отсутствие). Скорость передачи данных, как правило, не превышает 1200 бит/с.

Частотная модуляция (FSK). Значения 0 и 1 передаются синусоидами с различной частотой. Скорость около 1200 бит/с.

Фазовая модуляция (PSK). Значениям 0 и 1 соответствуют сигналы одинаковой частоты, но различной фазы. Скорость около 9600 бит/с.

Цифровое кодирование есть преобразование цифровой информации в цифровой сигнал. Различают потенциальные коды и импульсные. В потенциальных для представления 0 и 1 используется только значение потенциала, в импульсных – либо импульсы определенной полярности, либо перепад потенциала определенного направления. Основные схемы цифрового кодирования:

1. Потенциальный код без возвращения к нулю (Non Return to Zero (Level), NRZ или NRZ-L). Отрицательное напряжение служит для передачи 1, положительное – для 0. Сигнал никогда не равен 0. Используется в очень коротких каналах связи (ПК - модем), прост в реализации, обладает хорошим распознаванием ошибок. Недостатки: не обладает само синхронизацией: приемник не может по входным сигналам определить моменты времени, когда нужно считывать данные; частота основной гармоники N/2 (N – битовая скорость передачи данных); наличие низкочастотной составляющей.

2. Биполярный код с альтернативной инверсией (AMI). Для кодирования 0 используется нулевой потенциал, а 1 кодируется попеременно положительным и отрицательным потенциалом. Основная гармоника N/2. Нет низкочастотной составляющей, более узкий спектр сигнала. Требуется более мощный передатчик для обеспечения той же достоверности, что и при 2 уровнях сигнала

3. Потенциальный код с инверсией при единице (Non Return to Zero with ones Inverted, NRZI). При передаче 0 потенциал не меняется, а при передаче 1 инвертируется на противоположный.

4. Манчестерский код. Для кодирования используется перепад потенциала (фронт импульса). Каждый такт делится на 2 части. 1 кодируется перепадом в середине такта от низкого уровня к высокому, 0 – обратным перепадом. При передаче нескольких единиц или нулей подряд в начале такта происходит служебный перепад сигнала. Хорошая само синхронизация. Нет постоянной составляющей. Основная гармоника от N/2 до N Гц. Используется в сетях, основанных на технологии Ethernet.

5. Относительный манчестерский код. Изменение уровня в середине такта служит только для синхронизации. 0 представлен в виде перехода в начале такта, а 1 – отсутствием такого перехода. Используется в сетях, основанных на технологии Token Ring.

6. Потенциальный код 2B1Q. Каждые два бита (2B) передаются за 1 такт (1Q) сигналом, имеющим 4 состояния. Паре 00 соответствует потенциал -2,5 B, 01 – 0,833 B, 11 - +0,833 B, 10 -+2,5 B