1.5. Топология сети
Топология компьютерной сети – это конфигурация графа, вершинам которого соответствуют компьютеры, как узлы или станции сети (иногда и другое оборудование, например концентраторы), а ребрам - физические связи между ними. Конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компьютеров и отличается от логических связей узлов сети, определяющих маршруты передачи данных.
Наиболее часто встречаются такие топологии:
полносвязная, ячеистая (mesh), общая шина (bus) - технология Ethernet, звездная (star) - технология Ethernet, кольцевая (технология Token Ring), смешанная (например технология Интернет).
1.6. Кодирование информации Цифровое кодирование
При цифровом кодировании применяют потенциальные и импульсные коды. В потенциальных кодах логические единицы и нули отличаются только значением потенциала сигнала, в импульсных кодах двоичные данные представлены либо импульсами определенной полярности, либо частью импульса - перепадом потенциала определенного направления. Методы кодирования противоречивы.
Требования к методам цифрового кодирования
Необходимо выбирать такой метод, который одновременно достигал бы нескольких целей:
имел при одной и той же битовой скорости наименьшую ширину спектра результирующего сигнала;
обеспечивал синхронизацию передатчика и приемника;
обладал способностью распознавать ошибки;
обладал низкой стоимостью реализации.
Более узкий спектр сигналов позволяет на одной и той же линии (с одной и той же полосой пропускания) добиваться более высокой скорости передачи данных. Кроме того, часто к спектру сигнала предъявляется требование отсутствия постоянной составляющей, т.е. наличия постоянного тока в линии, который снижает разницу между потенциалами единицы и нуля. Так, применение трансформаторных схем гальванической развязки не пропускает постоянный ток.
Синхронизация сторон нужна, чтобы приемник знал моменты считывания информации с линии связи. В близкодействующих сетях применяют тактирующие импульсы. При больших расстояниях из-за неравномерности скорости распространения сигнала бит данных может быть пропущен или считан повторно. Кроме того, дополнительный канал для синхров удорожает схему. Отсюда применение самосинхронизирующихся кодов, где фронты сигналов служат для синхронизации передатчика и приемника.
Обнаружение и исправление ошибок обычно производят протоколы от канального и выше уровней. Однако на физическом уровне эти процедуры быстрее, так как приемник не ждет помещения всего сообщения в буфер, а бракует кадр при распознавании ошибочных бит внутри кадра.
Одним из распространенных методов кодирования в локальных сетях Ethernet и Token Ring является манчестерский код. При этом каждый такт передачи делится на две части. Единица кодируется перепадом в середине такта от низкого уровня сигнала к высокому, а ноль - обратным перепадом. В начале такта при подряд идущих единицах или нулях происходит служебный перепад сигнала. Код обладает хорошими синхронизирующими свойствами, имеет всего два уровня сигнала, нет постоянной составляющей. Есть и дифференциальный манчестерский код (два варианта изменения потенциала сигнала с низкого до высокого значения). При этом «0» представляется бит-символом, повторяющим форму предыдущего бит-символа. «1» же – инверсией предыдущего бит-символа.
На рис.1.1 представлены – по строкам:
1) 0 1 0 1 1 0 0 0 - двоичный код;
2) Потенциальный код NRZ - (Non-Retorn-to-Zero - без возвращения к нулю).
Код не самосинхронизирующийся, что сказывается при высоких скоростях обмена данными и длинных последовательностях единиц или нулей. Кроме того возможна постоянная составляющая. Достоинство – низкая частота основной гармоники.
3) Биполярный код c альтернативной инверсией AMI – Bipolar Alternative Mark Inversion (NRZI); нуль кодируется нулевым потенциалом, единица – положительным или отрицательным противоположно потенциалу предыдущей единицы. Код самосинхронизирующийся и ликвидирует постоянную составляющую для длинных последовательностей единиц, но не нулей. Дает более высокую пропускную способность линии, распознает ошибки при нарушении чередования полярности сигналов (запрещенные сигналы – signal violation). Но на ~3дб (децибелла) требует роста мощности передатчика из-за трех уровней сигналов.
4) Биполярный импульсный код; самосинхронизирующийся, но постоянная составляющая возможна, также более широкий спектр сигналов: при передаче всех нулей или единиц частота основной гармоники кода равна N Гц – в 2 раза > чем у NRZ, и в 4, чем у AMI при чередовании единиц и нулей.
5) Манчестерский код; самосинхронизирующийся, практически нет постоянной составляющей, использует только два уровня сигнала.
6) Потенциальный код 2B1Q. Четыре уровня сигнала – каждые два бита (2В) идут за один такт сигналом, имеющем четыре состояния (1Q): паре 00 соответствует потенциал в -2,5 В, 01 – потенциал -0,833 В, 10- потенциал +2,5 В, 11 - потенциал +0,833 В.
Это позволяет передавать данные в два раза быстрее, но …
0 1 0 1
1 0 0 0
1
2
3
4
5
6
Рис.1.1. Способы дискретного кодирования данных