Линейные и групповые коды. Frame Relay

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования РФ

Пермский Государственный Технический Университет

Кафедра автоматизации и телемеханики

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ПРЕДМЕТУ:

СЕТИ ЭВМ

Выполнил студент

Щелчков Н. С.

Гр. УК-07з, МТФ

Проверил преподаватель

Кузнецов И. И.

2010 г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Линейные и групповые коды

2. СЕТЬ Frame Relay

1. Линейные и групповые коды

Линейным называется код, в котором проверочные символы представляют собой линейные комбинации информационных. Групповым называется код, который образует алгебраическую группу по отношению операции сложения по модулю два.

Свойство линейного кода: сумма (разность) кодовых векторов линейного кода дает вектор, принадлежащий этому коду. Свойство группового кода: минимальное кодовое расстояние между кодовыми векторами равно минимальному весу ненулевых векторов. Вес кодового вектора равен числу единиц в кодовой комбинации.

Групповые коды удобно задавать при помощи матриц, размерность которых определяется параметрами k и n. Число строк равно k, а число столбцов равно n = k+m.

. (6)

Коды, порождаемые этими матрицами, называются (n, k)-кодами, а соответствующие им матрицы порождающими (образующими, производящими). Порождающая матрица G состоит из информационной Ikk и проверочной Rkm матриц. Она является сжатым описанием линейного кода и может быть представлена в канонической (типовой) форме

. (7)

В качестве информационной матрицы удобно использовать единичную матрицу, ранг которой определяется количеством информационных разрядов

. (8)

Строки единичной матрицы представляют собой линейно-незави-симые комбинации (базисные вектора), т. е. их по парное суммирование по модулю два не приводит к нулевой строке.

Строки порождающей матрицы представляют собой первые k комбинаций корректирующего кода, а остальные кодовые комбинации могут быть получены в результате суммирования по модулю два всевозможных сочетаний этих строк.

Столбцы добавочной матрицы Rkm определяют правила формирования проверок. Число единиц в каждой строке добавочной матрицы должно удовлетворять условию r1 d0-1, но число единиц определяет число сумматоров по модулю 2 в шифраторе и дешифраторе, и чем их больше, тем сложнее аппаратура.

Производящая матрица кода G(7,4) может иметь вид

и т.д.

Процесс кодирования состоит во взаимно - однозначном соответствии k-разрядных информационных слов - I и n-разрядных кодовых слов - с

c=IG. (9)

Например: информационному слову I =[1 0 1 0] соответствует следующее кодовое слово

frame relay линейный групповой код

. (10)

При этом, информационная часть остается без изменений, а корректирующие разряды определяются путем суммирования по модулю два тех строк проверочной матрицы, номера которых совпадают с номерами разрядов, содержащих единицу в информационной части кода.

Процесс декодирования состоит в определении соответствия принятого кодового слова, переданному информационному. Это осуществляется с помощью проверочной матрицы H(n, k).

, (11)

где RmkT -транспонированная проверочная матрица (поменять строки на столбцы); Imm - единичная матрица.

Для (7, 4)- кода проверочная матрица имеет вид

. (12)

Между G(n ,k) и H(n, k) существует однозначная связь, т. к. они определяются в соответствии с правилами проверки, при этом для любого кодового слова должно выполняться равенство cHT = 0.

Строки проверочной матрицы определяют правила формирования проверок. Для (7, 4)-кода

p1+a1+a2a4 = S1 ;

p2+a1+a2a3 = S2 ;

p3+a1+a3a4 = S3 .

Полученный синдром сравниваем со столбцами матрицы и определяем разряд, в котором произошла ошибка, номер столбца равен номеру ошибочного разряда. Для исправления ошибки ошибочный бит необходимо проинвертировать.

Пример 1. Построить групповой код способный передавать 16 символов первичного алфавита с исправлением одиночной ошибки. Показать процесс кодирования, декодирования и исправления ошибки для передаваемого информационного слова 1001.

Решение:

Построим производящую матрицу G(n, k).

Если объем кода N = 2k = 16, то количество информационных разрядов к = 4. Минимальное кодовое расстояние для исправления одиночной ошибки d0=2s+1=3. По заданной длине информационного слова, используя соотношения:

n = k+m, 2n (n+1)2k и 2m n+1

вычислим основные параметры кода n и m.

m=[log2 {(k+1)+ [log2(k+1)]}]=[log2 {(4+1)+ [log2(4+1)]}]=3.

Откуда n = 7, т. е. необходимо построить (7, 4)-код.

В качестве информационной матрицы Ik(7, 4) - выбираем единичную матрицу (44), а в качестве проверочной матрицы Rkm(7 ,4) - выбираем матрицу (43), каждая строка которой содержит число единиц больше или равно двум (r1 d0-1).

Таким образом, в качестве производящей можно принять матрицу

.

2. Определим комбинации корректирующего кода.

Для заданного числа информационных разрядов k = 4,число кодовых комбинаций равно N = 2k = 24 = 16.

1) 0000 5) 0010 9) 0001 13) 0011

2) 1000 6) 1010 10) 1001 14) 1011

3) 0100 7) 0110 11) 0101 15) 0111

4) 1100 8) 1110 12) 1101 16) 1111

Старшинство разрядов принимаем слева на право, в соответствии с их поступлением на вход декодера.

Находим корректирующие разряды для каждого информационного слова, как результат суммирования по модулю два строк проверочной матрицы номера, которых совпадают с номерами единиц в информационных разрядах кода.

Например, для информационного слова I= [1001] кодовое слово имеет вид

.

Передаваемые в канал кодовые комбинации имеют вид:

1) 0000 000 5) 0010 110 9) 0001 101 13) 0011 011

2) 1000 111 6) 1010 001 10) 1001 010 14) 1011 100

3) 0100 011 7) 0110 101 11) 0101 110 15) 0111 000

4) 1100 100 8) 1110 010 12) 1101 101 16) 1111 111

Процесс декодирования состоит в определении соответствия принятого кодового слова, переданному информационному и осуществляется с помощью проверочной матрицы H(7, 4).

Для построенного (7, 4)-кода проверочная матрица имеет вид

.

Строки проверочной матрицы определяют правила формирования проверок, позволяющие определить синдром ошибки.

Пусть в процессе передачи произошла ошибка во 2-м информационном разряде 1 1 0 1 1 0 0 1

В соответствии с проверочной матрицей составляем проверочные векторы

p1a1a2a4 =S1 = 0110 = 0;

p2a1a2a3 =S2 = 0111 = 1 ;

p3a1a3a4 =S3 = 1101 = 1.

Синдром 011 показывает, что ошибка произошла во 2-м информационном разряде, который необходимо проинвертировать.

Сеть Frame Relay

Frame Relay -- это широкий спектр сетевых технологий, обеспечивающих связь и передачу данных между несколькими удаленными локальными вычислительными сетями (LAN), поддерживающими работу программ различных типов. Возможности данной технологии следующие.

• Повышение эффективности программ и (или) сети.

• Увеличение доступности и надежности сети.

• Большая гибкость сети и быстрая ее конфигурация.

• Повышение эффективности и загрузки сети.

• Упрощение сетевой архитектуры.

• Упрощение эксплуатации сети за счет провайдера с большими возможностями и опытом.

• Экономия на транспортных расходах, доступе к оборудованию и его стоимости.

• Снижение эксплуатационных затрат и общих издержек.

• Обеспечение миграционного пути для других служб, например ATM (Asynchronous Transfer Mode - асинхронный режим передачи), служб на основе протоколов IP (Internet Protocol - Протокол Internet) и служб VPN (Virtual Private Networks - виртуальные частные сети).

• Возможность реализации компанией стратегических деловых и финансовых планов.

Телекоммуникационные технологии постоянно развиваются, и Frame Relay не является исключением. Появившись сравнительно недавно, она уже стала одной из самых совершенных пакетных технологий передачи данных. Многие технологии пакетной передачи данных не получили широкого распространения, и сейчас о них никто не помнит. Frame Relay не согнулась перед ударами судьбы и распространилась по всему миру с таким ускорением, которого хватило для продвижения на рынок альтернативных технологий - ATM, частных или арендуемых линий, служб на основе IP-протоколов, Internet и т.д.

Употребление термина "Frame Relay" может иметь разный смысл. Он может означать стандартный протокол интерфейса, коммутационную технологию или набор служб совместного использования. Попытаемся совместить эти три понятия в одном предложении: для служб Frame Relay необходим интерфейс Frame Relay, обеспечивающий поддержку данных формата Frame Relay с разбивкой на кадры.

Frame Relay:

Как стандарт на протокол коммутации Frame Relay задает формат передаваемых данных. Для пересылки данные инкапсулируются в кадры. Процесс инкапсуляции напоминает запечатанный конверт с письмом: данные -- письмо, кадр -- конверт. Как и письма, кадры могут иметь разный размер.

Frame Relay:

Модель OSI (Open Systems Interconnection - взаимодействие открытых систем) -- это базовый набор стандартов взаимодействия различных коммуникационных систем. Процесс связи в этой модели разбит на семь этапов. Данные перемещаются по 7 уровням, начиная с физического уровня (волоконно-оптические, коаксиальные кабели, "витая пара") и заканчивая прикладным.

В соответствии с моделью OSI технология Frame Relay занимает в модели уровень 2 -- канальный. На этом уровне задается формат пересылаемых данных и определяется способ их передачи. Здесь же происходит передача отдельных кадров в нужном направлении. Некоторые службы передают данные не по кадрам, а по ячейкам. Это пакеты фиксированной длины (53 байта), и их передача происходит следующим образом: поступающие в сеть кадры преобразуются в ячейки, направляемые на логическое соединение для передачи по сети к местам их назначения.

Frame Relay: служба общего доступа

Frame Relay можно использовать как в частной, так и в общедоступной сети. Проектирование, реализация, эксплуатация и управление такой сетью полностью определяется ее администрированием. В этом случае вся сетевая инфраструктура, включая коммутаторы Frame Relay и коммутаторы для подключения к основной магистрали сети, необходимые для поддержки многочисленных приложений, принадлежит компании. Значит, для приобретения необходимого оборудования потребуются немалые средства.

Принцип действия Frame Relay

Frame Relay напоминает ПК: чтобы ею пользоваться, нет нужды знать ее внутреннее содержимое. Однако при принятии решений, связанных с организацией или эксплуатацией сети, знание принципов работы и возможностей основных компонентов Frame Relay необходимо. Многие пользователи Frame Relay даже не догадываются о существовании тех или иных возможностей.

Основные компоненты сети Frame Relay

Как правило, сеть Frame Relay состоит из трех компонентов: местной линии доступа, соединения порта и соответствующих виртуальных соединений. В данной главе все они рассмотрены по отдельности, но нельзя забывать, что это части единого целого. Соединение порта без виртуальных соединений с другими соединениями портов бесполезно. Перечисленные компоненты вместе образуют сеть Frame Relay (рис. 1).

Местная линия доступа

Местная линия доступа обеспечивает соединение между устройствами, установленными у клиента (СРЕ) и сетью Frame Relay. Она непосредственно подключена к порту, причем, каждая линия имеет свое соединение. Местные (локальные) линии доступа должны обеспечивать пропускную способность не меньшую, чем пропускная способность порта.

Соединение порта

Соединение порта -- это точка входа в сеть Frame Relay (см. рис. 2). Обычно ему соответствует отдельный узел сети. В большинстве сетей каждому узлу соответствует одно соединение порта, несмотря на большое количество пользователей, программ и протоколов, требующих доступа к сетевым ресурсам.

Рис 1

Рис 2

Frame Relay предусмотрены интерфейсы двух видов: UNI (User-to- Network Interface) -- "пользователь-сеть" и NNI (Network-to-Network Interface) -- "сеть-сеть".

Интерфейс NNT предназначен для обеспечения эффективной маршрутизации между сетями. В США они особенно широко применяются для соединения сетей Frame Relay с сетями, развернутыми на линиях дальней связи. Не менее эффективно их применение и для соединения сетей Frame Relay, расположенных в разных странах. Сети Frame Relay можно соединять и без NNI, но при этом утрачиваются некоторые дополнительные возможности, например, двусторонний опрос состояния сети. В UNI опрос состояния сети однонаправленный.

Одно соединение порта поддерживает несколько логических соединений с различными узлами -- PVC (Permanent Virtual Circuit -- постоянный виртуальный канал) или SVC (Switched Virtual Circuit -- коммутируемый виртуальный канал).

Скорость передачи данных порта выбирается отдельно для каждого порта, причем выбор зависит от объема информации, передаваемой в обоих направлениях в любой момент времени. (Следует заметить, термин "пропускная способность" чаще употребляется по отношению к линии связи, а "скорость передачи" при описании характеристик порта.) Диапазон скоростей передачи данных достаточно широк: 64 Кбит/с, 128 Кбит/с, 256 Кбит/с, 384 Кбит/с, 512 Кбит/с, 768 Кбит/с, 1,024 Кбит/с, 1536 Мбит/с и 2 Мбит/с. В настоящее время стандарты Frame Relay определяют скорости до ОС-3 и ОС-12.

Виртуальные каналы

Существуют соединения Frame Relay двух видов: каналы PVC и SVC. Виртуальные цепи -- это логические соединения или маршруты между соединениями портов (или LAN) и сетью Frame Relay (рис. 2.4). Они работают аналогично арендуемым линиям. В отличие от арендуемых линий, виртуальные цепи - это не физические линии, а программно организованные их реализации. В этом параграфе рассмотрены виртуальные каналы двух типов, их свойства и возможности.

PVC является постоянным каналом, следовательно его всегда можно использовать и, если он назначен для данной пары соединений портов, то доступен в любое время (при отсутствии сбоев в сети). Кадры проходят по каналу PVC в определенной последовательности по одному маршруту, поэтому нет необходимости восстанавливать порядок прохождения кадров в пункте назначения.

Несмотря на большое количество пользователей сети Frame Relay, каждому из них предоставляется отдельный PVC. Посторонний не может воспользоваться PVC конкретной компании для передачи или перехвата информации, поскольку PVC связывает два узла, принадлежащих именно этой компании. Следовательно, виртуальные соединения во всех отношениях надежны и безопасны, как и традиционные частные линии. "Виртуальность" канала PVC означает, что он предоставляет в распоряжение пользователя только тогда, когда по нему передаются данные. Если данный канал не используется, то его пропускная способность распределяется другим PVC, пользователям и программам, занятым в данный момент передачей данных.

В сети Frame Relay должен бьггь хотя бы один канал PVC, связывающий два узла. Как правило, все программы на обоих концах такого соединения используют его совместно: соединение предназначено как раз для такого режима работы.

Как и частные линии. Frame Relay - полностью дуплексная система. Это означает, что прием и передача данных по каналам PVC выполняется одновременно. Однако в отличие от частных линий, в Frame Relay некоторые провайдеры позволяют устанавливать разные значения CIR для каждого направления канала PVC . Канал PVC с разными значениями C1R называется асимметричным в отличие от симметричного, имеющего одно значение CIR в обоих направлениях. Эта возможность Frame Relay позволяет создавать наиболее благоприятные условия для выполнения программ по обе стороны соединения.

Использование Frame Relay

Общедоступные службы Frame Relay сочетают в себе лучшие характеристики архитектур общедоступных и частных сетей. В отличие от частных линий, в сетях Frame Relay связь устанавливается с помощью виртуальных соединений. А поскольку виртуальные соединения устанавливаются Логически - с помощью программного обеспечения, - для этого не требуется специального оборудования. Конечно, некоторое оборудование для поддержки сетей Frame Relay необходимо, но соединения между локальными сетями по физическим линиям определяются логически. Логическое соединение не использует полосу пропускания сети до начала передачи данных.

Виртуальные соединения обеспечивают надежность и безопасность связи наподобие частных линий, но при этом повышаются гибкость и доступность сети. Это позволяет большому количеству программ и пользователей совместно использовать связность сети и достигать эффективности и скорости передачи данных на уровне частных линий с меньшими затратами, либо при тех же затратах добиваться более высокой скорости передачи.

Первоначально службы Frame Relay предназначались дня программ передачи данных, хотя ничто не мешает передавать по сети голосовые сообщения или видеоданные. Нечто подобное происходило в PSTN (Public Switched Telephone Network - коммутируемая телефонная сеть общего пользования). Оборудование, подобное аналоговым модемам, не предназначено для передачи цифровых данных, поэтому приходилось сначала преобразовывать последние в цифровую форму, а затем передавать

При использовании частных линий, как правило, для каждого соединения через устройство СРЕ требуется отдельный интерфейс - маршрутизатор, мост, интегрированное устройство доступа и т.п. С ростом количества соединений увеличиваются расходы на оборудование, устанавливаемое у клиента (СРЕ). Технология Frame Relay позволяет использовать на устройстве СРЕ один сетевой интерфейс для множества логических соединений или виртуальных каналов. Здесь на устройстве СРЕ можно обходиться меньшим количеством портов глобальной сети (даже при прямой связности многих узлов) и CSU/DSU (блоков обслуживания канала/блоков обслуживания данных).

Технология Frame Relay позволяет добиваться экономии за счет эффективного использования полосы пропускания и статистического мультиплексирования передаваемых и принимаемых кадров.

Технология Frame Relay позволяет спроектировать экономичную сеть с более высоким уровнем прямой связности между удаленными узлами. Каждому узлу требуется лишь одно соединение порта с сетью Frame Relay, в котором имеется поддержка виртуальных соединений для связи с другими узлами. Установка дополнительных виртуальных соединений сравнительно недорога.

Архитектура сети

Frame Relay позволяет объединить различные протоколы и параллельные сети в единую сетевую инфраструктуру. Это упрощает архитектуру сети. В зависимости от существующей конфигурации и поддерживаемого программного обеспечения, возможно более рациональное использование оборудования. Такое упрощение имеет ряд преимуществ: снижение расходов, повышение надежности и других характеристик, облегчение планирования, проектирования и эксплуатации сети.

Размещено на Allbest.ru