Методы восстановления искаженных и потерянных данных.
Современные передачи держатся на повторных передачах данных на базе квитанций. Квитанции могут быть положительными и отрицательными. Время отправки и ожидания положительной квитанции ограничено, при превышении лимита кадр считается утерянным. В телекоммуникационных сетях используются 2 основных метода: метод с остановкой и ожиданием и метод с организацией скользящего окна. Метод с остановкой и ожиданием предусматривает, чтобы источник, пославший кадр, ожидал получения квитанции. Если через определенный момент времени (таймаут) квитанция не приходит, то посылка повторяется.
Метод скользящего окна позволяет повысить коэффициент использования канала связи. Он предусматривает непрерывную передачу источником некоторой ограниченной последовательности информационных кадров без получения на эти кадры положительных ответов. Количество кадров, пересылаемых вместе, называется размером окна. Если поток поступает регулярно в пределах допуска окна, то скорость обмена достигает максимально возможной величины. Этот метод более сложен в реализации, так как передатчик обязан хранить в буфере все кадры, на которые пока не получены положительные квитанции, он должен отслеживать размеры окна, номер кадра на который получена квитанция, номер кадра, который можно передать до получения новой квитанции. В надежных сетях для повышения скорости обмена размер окна целесообразно увеличивать, так как при этом передатчик будет посылать кадры с меньшими паузами. В ненадежных сетях размер окна следует уменьшать, так как при частых потерях и искажениях резко возрастает объем вторично передаваемых кадров. Выбор длительности таймаута зависит не от надежности сети, а от задержек передачи кадров. В современных сетях, реализующих метод скользящего окна, величина окна и таймаута выбирается адаптивно в зависимости от текущего состояния сети.
SPAN– сеть космической физики НАСА.
HEP– сеть физики высоких энергий.
BITNET– сеть машин среднего класса.
EARN– европейская сеть научно-исследовательских организаций.
NSFNET– сеть национального научного фонда США.
Характеристики линий связи.
К основным характеристикам относят:
амплитудно-частотная характеристика.
полоса пропускания.
затухание.
помехоустойчивость.
перекрестные наводки линий связи.
пропускная способность.
достоверность.
удельная стоимость.
Любой непрерывный сигнал представляет в виде суммы синусоидальных колебаний различных частот и амплитуд. Каждая составляющая называется гармоникой, а набор гармоник – спектральное разложение сигнала. Обычно непериодические сигналы можно представить в виде интеграла синусоидальных сигналов с непрерывным спектром частот. Искажение передающим каналом синусоиды какой-либо частоты приводит, в конечном счете, к искажению передаваемого сигнала.
Амплитудно-частотная характеристика.Степень искажения синусоидальных сигналов линиями связи оценивается этой характеристикой. Она показывает, как затухает амплитуда синусоиды на выходе по сравнению с амплитудой на входе для всех возможных частот передаваемого сигнала. Вместо амплитуды часто используют параметр мощности сигнала. Знание амплитудно-частотной характеристики позволяет определить форму выходного сигнала практически для любого входного сигнала, но необходимо произвести огромное число экспериментов. Поэтому для простоты используют полосу пропускания и затухание.
Полоса пропускания – это непрерывный диапазон частот, для которого отношение амплитуды выходного к амплитуде входного >= 0,5. обычно считается, что в ней сигнал передается без искажения. Ширина полосы влияет на максимально возможную скорость передачи данных.
Пропускная способность характеризует максимально возможную скорость передачи данных (бит/с). Пропускная способность зависит от её характеристик: амплитудно-частотной, полосы пропускания и затухания.
Выбор способа представления дискретной информации в виде сигналов на линиях связи называется физическим кодированием. От выбора способа кодирования зависит спектр сигналов и пропускная способность линии.
Витая пара 3 категории – 10 BaseT– 10 Мбит/с, основа, среда, 10BaseT4 – 33 Мбит/с.
Если сигнал изменяется так, что можно различать только 2 состояния, то любое его изменение будет соответствовать наименьшей единице информации. Если же сигнал может иметь более 2 различимых состояний, то любое его изменение будет нести несколько бит информации. Количество изменений информационного параметра несущего периодического сигнала измеряется в бодах. Время между изменениями называется тактом работы передатчика.
На пропускную способность линии влияет и логическое кодирование – это замена бит исходной информации последовательностью бит, несущей ту же информацию, но обладающую дополнительными свойствами. Скорость линии связи C=F*log2(1+Pc/Pm) – формула Шеннона.C= 2F*log2М, М – количество различимого параметра – формула Найквиста.
Помехоустойчивость линии связи – это её способность уменьшать уровень помех, создаваемых во внешней среде на внутренних проводниках. Зависит от типа используемой физической среды, а также экранирующих и подавляющих помехи средств самой линии. Самый плохие линии связи – радиолинии, более помехоустойчивые, чем радио – кабельные, самые хорошие – оптоволокно. Для уменьшения помех, проявляющихся из-за внешних электромагнитных полей, проводники экранируют или скручивают.
Перекрестные наводки на ближнем конце, которые называются NEXT, определяют помехоустойчивость линии связи к внутренним источникам помех.
NEXT= 10*log2Pвых/Рнаведенного сигнала. Чем меньше, тем лучше. Достоверность передачи (BER)определяется вероятностью искажения для каждого бита.
Выбор соответствующей скорости обмена данными. Информация в линии связи с определенными характеристиками, способами синхронизации может искажаться другими факторами. Для повышения надежности передачи данных между компьютерами часто используется стандартный прием – подсчет контрольной суммы. Задача надежного обмена двоичными сигналами в компьютерных сетях решается определенным классом оборудования, например, сетевыми адаптерами или модемами. Это оборудование кодирует и декодирует каждый информационный бит, синхронизирует передачу, проверяет передачу и выполняет некоторые дополнительные функции. Сетевые карты рассчитываются для работы с определенной средой. Цифровой канал имеет перед аналоговым ряд преимуществ:
высокая помехоустойчивость, связанная с возможностью регенерации передаваемого сигнала с исправлением ошибки.
экономичность, связанная с тем, что для передачи нулей и единиц не требуется высокое качество ретрансляторов и других элементов.
появляется возможность уплотнения информации.
Обычно импульсно-кодовая модуляция описывается так:
съем значений.
оцифровывание.
кодирование.
Эта модуляция основана на теории Котельникова-Найквиста. Если аналоговый сигнал отображается на регулярном интервале с частотой не менее чем в 2 раза выше максимальной частоты исходного сигнала, то отображение будет содержать информацию, достаточную для восстановления исходного кода. Принятая в промышленности частота отображений соответствует 8000 отображений в секунду. Этот уровень позволяет реконструировать канал с частотой 4 КГц. Отображения запоминаются и хранятся, а затем транслируются в двоичные образы. Каждое отображение называется сигналом в импульсно-кодовой модуляции. Затем этот сигнал подвергают оцифровыванию, то есть происходит назначение величины каждому сигналу (от 1 до 256), далее идет кодирование отображений в строке двоичных кодов. Для того чтобы правильно восстановить сигнал данные подаются на преобразователь типа «код-аналог» с той же скоростью, с какой выполнялись отображения исходного сигнала. Цифровой сигнал может искажаться рядом способов:
получение неадекватных отображений, для этого необходимо более частое снятие отображений.
ошибки оцифровывания, нельзя представить амплитуду импульсно-кодового сигнала абсолютно точно, необходимо увеличивать число квантования.