Технология Ethernet

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Карагандинский государственный технический университет

Кафедра ТСС

Курсовая работа

по дисциплине: ПДС, перспективные системы и сети ПДС и их проектирование

Технология Ethernet

Руководитель: Белик Г.А.

Студент: гр. РЭТ-09-4

Валиахметов Р.С.

Введение

В настоящее время системы передачи дискретно-цифровой информации играют огромнейшую роль в современной жизни и являются основой современно техники связи.

Дискретное сообщение - это любой набор символов, который формируется источником (им может быть, например, человек). От источника сообщение переходит к передатчику, который преобразует его к виду, который уже можно передавать по каналу связи. Преобразованное сообщение называется сигналом.

Преобразование дискретного сообщения в сигнал обычно осуществляется в виде двух операций - кодирования и модуляции.

Кодирование - это процесс записи информации на языке несущей среды. Колебания, не являясь информационным сигналом, на определенной частоте могут переноситься из одной точки пространства в другую, но не передавать никаких данных до тех пор, пока информация не будет каким-либо способом в них закодирована. Перенесение информации на несущую среду предполагает модифицирование несущей среды и называется модуляцией.

Модуляция это процесс изменения параметров носителя информации.

Существуют различные способы кодирования, например:

метод Шеннона-Фано - алгоритм префиксного неоднородного кодирования, использует избыточность сообщения, заключённую в неоднородном распределении частот символов его (первичного) алфавита, то есть заменяет коды более частых символов короткими двоичными последовательностями, а коды более редких символов -- более длинными двоичными последовательностями;

метод Хаффмана - адаптивный алгоритм оптимального префиксного кодирования алфавита с минимальной избыточностью. Этот метод кодирования состоит из двух основных этапов: построения оптимального кодового дерева и далее построения отображения код-символ на основе построенного дерева;

с помощью кодов Хемминга - код, использующийся для определения и корректировки побитных ошибок при передаче данных. По схеме кодирования Хемминга после каждых четырех бит данных добавляются три контрольных бита. Код Хемминга обеспечивает исправление ошибки в одном бите и определение ошибки в двух следующих битах;

с помощью корректирующих кодов - помехоустойчивые коды, коды обнаружения и исправления ошибки, позволяющие по имеющейся в кодовой комбинации избыточности обнаруживать и исправлять определённые ошибки, появление которых приводит к образованию ошибочных или запрещенных комбинаций;

с помощью систематических кодов - образуют большую группу среди блочных, разделимых кодов (в которых все символы можно разделить на проверочные и информационные). Особенностью систематических кодов является то, что проверочные символы образуются в результате линейных операций над информационными символами. Кроме того, любая разрешенная кодовая комбинация может быть получена в результате линейных операций над набором линейно независимых кодовых комбинаций;

с помощь циклических кодов - линейный код, обладающий свойством цикличности, то есть каждая циклическая перестановка кодового слова также является кодовым словом. Используется для преобразования информации для защиты её от ошибок. В основу циклического кодирования положено использование неприводимого многочлена.

Канал связи - это технический комплекс аппаратуры, который позволяет передать сигнал. В общем случае в процессе передачи сигнал в канале искажается шумом, который исходит от источника шума. Приемник обычно выполняет операцию, обратную по отношению к той, что производится передатчиком, - т. е. восстанавливает сообщение по сигналам. Процесс преобразования сигнала в сообщения, осуществляемый в приемнике, называют декодированием. Получатель - это человек или аппарат, для которого предназначено сообщение.

SDH (Synchronous Digital Hierarchy) - это технология транспортных телекоммуникационных сетей. Стандарты SDH определяют характеристики цифровых сигналов, включая структуру фреймов (циклов), метод мультиплексирования, иерархию цифровых скоростей и кодовые шаблоны интерфейсов и т. д.

Сеть SDH, как и любая сеть, строиться из отдельных функциональных модулей ограниченного набора: мультиплексоров, коммутаторов, концентраторов, регенераторов и терминального оборудования.

1. Технология Ethernet

Ethernet - это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей. В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии II (стандарт DIX) для сети, построенной на основе коаксиального кабеля.

На основе стандарта Ethernet DIX был разработан стандарт IEEE 802.3. Для передачи двоичной информации по кабелю для всех вариантов физического уровня технологии Ethernet используется манчестерский код.

1.1 Метод доступа CSMA/CD

В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных -CSMA/CD. Этот метод используется в сетях с общей шиной.

При передаче данных по сети, они помещаются в кадры определенного формата. Все станции, подключенные к кабелю, могут распознать факт передачи кадра, и та станция, которая узнает собственный адрес в заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер, обрабатывает полученные данные и посылает по кабелю кадрответ.

Возможна ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общему кабелю. Поэтому перед отправкой кадра передающая станция слушает кабель (т.е. анализирует электрические сигналы), чтобы обнаружить, не передается ли по кабелю кадр от другой станции. В случае обнаружения несущей частоты 10 МГц станция откладывает передачу своего кадра. После окончания передачи по кабелю станция должна выждать небольшую паузу - межкадровый интервал, что позволяет узлу назначения принять и обработать передаваемый кадр, и после этого начать передачу своего кадра. Но даже при этом две станции одновременно могут решить, что по шине в данный момент времени нет передачи, и начать одновременно передавать свои кадры. При этом происходит коллизия.

Метод CSMA/CD определяет основные параметры, гарантирующие корректную работу всех станций в сети:

- Между двумя последовательно передаваемыми по общей шине кадрами должна выдерживаться пауза в 9.6 мкс; она нужна для приведения в исходное состояние сетевых адаптеров узлов, а также для предотвращения монопольного захвата среды передачи данных одной станцией.

- Все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется обнаружение коллизии.

- При обнаружении коллизии станция выдает в среду специальную 32-х битную jam-последовательность, усиливающую явление коллизии для более надежного распознавания ее всеми узлами сети.

- После обнаружения коллизии передающая станция обязана прекратить передачу и ожидать в течение короткого случайного интервала времени, а затем может снова сделать попытку передачи кадра. Величина задержки выбирается как равномерно распределенное случайное число из интервала, длина которого экспоненциально увеличивается с каждой попыткой.

- Максимально возможное число попыток повторной передачи кадра равно 16. При достижении этого предела фиксируется ошибка передачи кадра, сообщение о которой передается протоколу верхнего уровня.

Все параметры протокола Ethernet подобраны так, чтобы при нормальной работе узлов сети коллизии всегда четко распознавались. Именно для этого минимальная длина поля данных кадра должна быть не менее 46 байт (вместе со служебными полями дает минимальную длину кадра в 72 байта или 576 бит). Длина кабельной системы выбирается так, чтобы за время передачи кадра минимальной длины сигнал коллизии успел бы распространиться до самого дальнего узла сети. Поэтому для скорости передачи данных 10 Мб/с, используемой в стандартах Ethernet, максимальное расстояние между двумя любыми узлами сети не должно превышать 2500 метров.

Независимо от реализации физической среды, все сети Ethernet должны удовлетворять двум ограничениям, связанным с методом доступа:

- максимальное расстояние между двумя любыми узлами не должно превышать 2500 м,

- в сети не должно быть более 1024 узлов.

Каждый вариант физической среды добавляет к этим ограничениям свои ограничения, которые также должны выполняться.

Интервал отсрочки - это время, в течение которого станция гарантированно может узнать, что в сети нет коллизии. Окно коллизий равно времени двукратного прохождения сигнала между самыми удаленными узлами сети - наихудшему случаю задержки, при которой станция еще может обнаружить, что произошла коллизия. Интервал отсрочки выбирается равным величине окна коллизий плюс некоторая дополнительная величина задержки для гарантии: интервал отсрочки = окно коллизий + дополнительная задержка.

В стандарте 802.3 межбитовый интервал равен времени передачи одного бита, величина которого для битовой скорости 10 Мб/с составляет 0.1 мкс.

Величина интервала отсрочки равна 512 битовым интервалам, и она рассчитана для максимальной длины коаксиального кабеля в 2.5 км. Величина 512 определяет и минимальную длину кадра в 64 байта, т.к. при кадрах меньшей длины станция может передать кадр и не успеть заметить факт возникновения коллизии из-за того, что искаженные коллизией сигналы дойдут до станции в наихудшем случае после завершения передачи. Такой кадр будет просто потерян. Значения основных параметров процедуры передачи кадра стандарта 802.3 приведено в таблице 1.

Таблица 1. Основные параметры процедуры передачи кадра стандарта 802.3

Битовая скорость	10 Мб/c
Интервал отсрочки	512 битовых интервалов
Межкадровый интервал	9.6 мкс
Максимальное число попыток передачи	16
Максимальное число возрастания диапазона паузы	10
Длина jam-последовательности	32 бита
Максимальная длина кадра (без преамбулы)	1518 байтов
Минимальная длина кадра (без преамбулы)	64 байта (512 бит)
Длина преамбулы	64 бита

Так как размер пакета минимальной длины вместе с преамбулой составляет 64+8=72 байта или 576 битов, то на его передачу затрачивается 57.6 мкс. Прибавив межкадровый интервал в 9.6 мкс, получаем, что период следования минимальных пакетов равен 67.2 мкс. Это соответствует максимально возможной пропускной способности сегмента Ethernet в 14880 п/с.

1.2 Форматы кадров

Стандарт 802.3 определяет восемь полей заголовка:

- Поле преамбулы состоит из семи байтов синхронизирующих данных. Каждый байт содержит одну и ту же последовательность битов - 10101010. Преамбула используется для того, чтобы дать время схемам приемопередатчиков прийти в устойчивый синхронизм с принимаемыми тактовыми сигналами.

- Начальный ограничитель кадра состоит из одного байта с набором битов 10101011 и указывает на предстоящий прием кадра.

- Адрес получателя - может быть длиной 2 или 6 байтов (MAC-адрес получателя). Первый бит адреса получателя - это признак того, является адрес индивидуальным или групповым: 0 - адрес указывает на определенную станцию; 1 - это групповой адрес нескольких (возможно всех) станций сети. При широковещательной адресации все биты поля адреса устанавливаются в 1. Общепринятым является использование 6-байтовых адресов.

- Адрес отправителя - 2-х или 6-ти байтовое поле, содержащее адрес станции отправителя. Первый бит - всегда имеет значение 0.

- Двухбайтовое поле длины определяет длину поля данных в кадре.

- Поле данных может содержать от 0 до 1500 байт.

- Поле заполнения состоит из такого количества байтов, которое дополняет кадр до минимально допустимой длины поля данных (46 байт). Это обеспечивает корректную работу механизма обнаружения коллизий. Если длина поля данных достаточна, то данное поле не используется.

- Поле контрольной суммы - 4 байта.

1.3 Спецификации физической среды Ethernet

Первые сети технологии Ethernet были созданы на коаксиальном кабеле диаметром 0.5 дюйма. Метод доступа CSMA/CD и все временные параметры Ethernet остаются одними и теми же для любой спецификации физической среды.

Физические спецификации технологии Ethernet включают следующие среды передачи данных:

10Base-5 - коаксиальный кабель диаметром 0.5 дюйма, называемый «толстым» коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 500 м (без повторителей).

10Base-2 - коаксиальный кабель диаметром 0.25 дюйма, называемый «тонким» коаксиалом. Волновое сопротивление - 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 185 метров (без повторителей).

10Base-T - кабель на основе неэкранированной витой пары (UTP). Образует звездообразную топологию с концентратором. Расстояние между концентратором и конечным узлом - не более 100 м.

10Base-F - оптоволоконный кабель. Топология аналогична стандарту на витой паре. Имеется несколько вариантов этой спецификации - FOIRL, 10Base-FL, 10Base-FB. Число 10 обозначает битовую скорость передачи данных этих стандартов - 10 Мб/с, а слово Base - метод передачи на одной базовой частоте 10 МГц.

Стандарт 10Base-5 использует в качестве среды передачи данных коаксиальный кабель с диаметром центрального медного провода 2,17 мм и внешним диаметром около 10 мм («толстый» Ethernet). Кабель используется как моноканал для всех станций. Сегмент кабеля имеет максимальную длину 500 м (без повторителей) и должен иметь на концах согласующие терминаторы сопротивлением 50 Ом, поглощающие распространяющиеся по кабелю сигналы и препятствующие возникновению отраженных сигналов. Различные компоненты сети показаны на рисунке 1.

Станция должна подключаться к кабелю при помощи приемопередатчика - трансивера. Трансивер устанавливается непосредственно на кабеле и питается от сетевого адаптера компьютера. Трансивер может подсоединяться к кабелю как методом прокалывания, обеспечивающим непосредственный физический контакт, так и бесконтактным методом.

Трансивер соединяется с сетевым адаптером интерфейсным кабелем AUI (Attachment Unit Interface) длиной до 50 м, состоящим из 4 витых пар (адаптер должен иметь разъем AUI) (рисунок 2). Допускается подключение к одному сегменту не более 100 трансиверов, причем расстояние между подключениями трансиверов не должно быть меньше 2.5 м.



Рисунок 1. Компоненты физического уровня сети стандарта 10 Base-5, состоящей из двух сегментов

Рисунок 2. Структурная схема сетевого адаптера стандарта 10Base-5

Трансивер - это часть сетевого адаптера, которая выполняет следующие функции:

- прием и передача данных с кабеля на кабель,

- определение коллизий на кабеле,

- электрическая развязка между кабелем и остальной частью адаптера,

- защита кабеля от некорректной работы адаптера.

При возникновении неисправностей в адаптере может возникнуть ситуация, когда на кабель будет непрерывно выдаваться последовательность случайных сигналов, при этом работа сети будет заблокирована одним неисправным адаптером. Чтобы этого не случилось, на выходе передатчика ставится схема, которая проверяет количество битов, переданных в пакете. Если максимальная длина пакета превышается, то эта схема просто отсоединяет выход передатчика от кабеля.

К достоинствам стандарта 10Base-5 относятся:

- хорошая защищенность кабеля от внешних воздействий,

- сравнительно большое расстояние между узлами,

- возможность простого перемещения рабочей станции в пределах длины кабеля AUI.

К недостаткам следует отнести:

- сложность прокладки кабеля из-за большой жесткости,

- наличие специального инструмента для заделки кабеля,

- при повреждении кабеля или плохом соединении происходит останов работы всей сети,

- необходимо заранее предусмотреть подводку кабеля ко всем возможным местам установки компьютеров.

Стандарт 10Base-2 использует в качестве передающей среды коаксиальный кабель с диаметром центрального медного провода 0,89 мм и внешним диаметром около 5 мм («тонкий» Ethernet, волновое сопротивление кабеля 50 Ом). Максимальная длина сегмента без повторителей составляет 185 м, сегмент должен иметь на концах согласующие терминаторы 50 Ом.

Станции подключаются к кабелю с помощью T-коннектора, который представляет собой тройник, один отвод которого соединяется с сетевым адаптером, а два других - с двумя концами разрыва кабеля. Максимальное количество станций, подключаемых к одному сегменту - 30. Минимальное расстояние между станциями - 1 м.

Трансиверы объединены с сетевыми адаптерами за счет того, что более гибкий тонкий коаксиальный кабель может быть подведен непосредственно к выходному разъему платы сетевого адаптера, установленной в шасси компьютера. Кабель в данном случае «висит» на сетевом адаптере, что затрудняет физическое перемещение компьютеров.

Топология сегмента сети стандарта 10Base-2 показана на рисунке 3.

Рисунок 3. Сеть стандарта 10Base-2

Реализация этого стандарта на практике приводит к наиболее простому решению для кабельной сети, т.к. для соединения компьютеров требуются только сетевые адаптеры и Т-коннекторы. Однако этот вид кабельных соединений наиболее сильно подвержен авариям и сбоям: кабель восприимчив к помехам, в моноканале имеется большое количество механических соединений (каждый T-коннектор дает три механических соединения, два из которых имеют важное значение для всей сети), пользователи имеют доступ к разъемам и могут нарушить целостность моноканала. Эргономичность этого решения оставляет желать лучшего, т.к. от каждой станции через T-коннектор отходят два заметных провода, которые часто образуют моток кабеля - запас, необходимый на случай даже небольшого перемещения рабочего места.

Общим недостатком стандартов 10Base-5 и 10Base-2 является отсутствие оперативной информации о состоянии моноканала. Повреждение кабеля обнаруживается сразу же - сеть перестает работать, но для поиска отказавшего отрезка кабеля необходим специальный прибор - кабельный тестер.

Стандарт 10Base-T принят в 1991 году как дополнение к существующему набору стандартов Ethernet и имеет обозначение 802.3i.

Использует в качестве среды двойную неэкранированную витую пару UTP. Соединения станций осуществляются по топологии «точка - точка» со специальным устройством - многопортовым повторителем с помощью двух витых пар. Одна витая пара используется для передачи данных от станции к повторителю (выход Tx сетевого адаптера), а другая - для передачи данных от повторителя станции (вход Rx сетевого адаптера). На рисунке 4 показан пример трехпортового повторителя.

Рисунок 4. Сеть 10Base-T - один домен коллизий, Tx - передатчик, Rx - приемник

Многопортовые повторители в данном случае обычно называются концентраторами. Концентратор осуществляет функции повторителя сигналов на всех отрезках витых пар, подключенных к его портам, так что образуется единая среда передачи данных - моноканал. Повторитель обнаруживает коллизию в сегменте в случае одновременной передачи сигналов по нескольким своим Rx входам и посылает jam-последовательность на все свои Tx выходы. Стандарт определяет битовую скорость передачи данных 10 Мб/с и максимальное расстояние отрезка витой пары между двумя непосредственно связанными узлами (станциями и концентраторами) не более 100 м при использовании витой пары качества не ниже категории 3.

На рисунке 5 представлено иерархическое соединение концентраторов в дерево.

Рисунок 5. Повторители (концентраторы)

Преимущества сети связаны с разделением общего физического кабеля на отдельные кабельные отрезки, подключенные к центральному коммуникационному устройству. И хотя логически эти отрезки образуют общий домен коллизий, их физическое разделение позволяет контролировать их состояние и отключать в случае обрыва, короткого замыкания или неисправности сетевого адаптера на индивидуальной основе. Это обстоятельство существенно облегчает эксплуатацию больших сетей Ethernet, т.к. концентратор обычно автоматически выполняет такие функции, уведомляя при этом администратора сети о возникшей проблеме.

Стандарт 10Base-F использует в качестве среды передачи данных оптоволокно. Функционально сеть стандарта 10Base-F состоит из тех же элементов, что и сеть стандарта 10Base-T - сетевых адаптеров, многопортового повторителя и отрезков кабеля, соединяющих адаптер с портом повторителя. Для соединения адаптера с повторителем используется два оптоволокна - одно соединяет выход Tx адаптера со входом Rx повторителя, а другое - вход Rx адаптера с выходом Tx повторителя.

Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) - это первый стандарт комитета 802.3 для использования оптоволокна в сетях Ethernet. Он гарантирует длину оптоволоконной связи между повторителями до 1 км при общей длине сети не более 2500 м. Максимальное число повторителей - 4.

Стандарт 10Base-FL предназначен для соединения конечных узлов с концентратором и работает с сегментами оптоволокна длиной не более 2000 м при общей длине сети не более 2500 м. Максимальное число повторителей - 4.

Стандарт 10Base-FB предназначен для магистрального соединения повторителей. Он позволяет иметь в сети до 5 повторителей при максимальной длине одного сегмента 2000 м и максимальной длине сети 2740 м. Повторители, соединенные по стандарту 10Base-FB постоянно обмениваются специальными последовательностями сигналов, отличающимися от сигналов кадров данных, для обнаружения отказов своих портов. Поэтому, концентраторы стандарта 10Base-FB могут поддерживать резервные связи, переходя на резервный порт при обнаружении отказа основного с помощью тестовых специальных сигналов. Концентраторы этого стандарта передают как данные, так и сигналы простоя линии синхронно, поэтому биты синхронизации кадра не нужны и не передаются. Стандарт 10Base-FB поэтому называют синхронный Ethernet.

Стандарты 10Base-FL и 10Base-FB не совместимы между собой.

1.4 Правило «5-4-3»

В стандартах Ethernet существуют ограничения на длину одного непрерывного отрезка (сегмента) кабеля. Все стандарты физического уровня Ethernet допускают соединение нескольких сегментов кабеля с помощью повторителей, которые обеспечивают увеличение общей длины сети.

Повторитель соединяет два сегмента коаксиального кабеля и выполняет функции регенерации электрической формы сигналов и их синхронизации. Повторитель обязан передавать кадры без искажений, модификации, потери или дублирования. Имеются ограничения на максимально допустимые величины дополнительных задержек распространения битов нормального кадра через повторитель, а также битов jam-последовательности, которую повторитель обязан передать на все подключенные к нему сегменты при обнаружении коллизии на одном из них. Сегменты, соединенные повторителями, образуют один домен коллизий.

Повторитель состоит из трансиверов, подключаемых к коаксиальным сегментам, а также блока повторения, выполняющего основные функции повторителя.

Например, стандарт 10Base-5 допускает использование 5 сегментов длиной до 500 метров каждый, соединяемыми 4-мя повторителями, если используемые повторители удовлетворяют ограничениям на допустимые величины задержек сигналов. Только 3 сегмента из 5 могут быть нагруженными, т.е. с подключенными к ним трансиверами конечных станций. При этом общая длина сети будет составлять 2500 м, и такая конфигурация гарантирует правильное обнаружение коллизии крайними станциями сети.

Правило «5-4-3» применимо только тогда, когда все соединяемые сегменты представляют собой одну физическую среду, а все повторители удовлетворяют требованиям одного физического стандарта. Более надежно рассчитывать время полного оборота сигнала по смешанной сети с учетом задержек в каждом типе сегментов и в каждом типе повторителей и сравнивать его с максимально допустимым временем, которое для любых сетей Ethernet с битовой скоростью 10 Мб/с не должно превышать 575 битовых интервалов (количество битовых интервалов в пакете минимальной длины с учетом преамбулы).

2. Кодирование

Кодирование - преобразование дискретного сообщения в дискретный сигнал, осуществляемое по определенному правилу. Обратный процесс - декодирование - это восстановление дискретного сообщения по сигналу на выходе дискретного канала, осуществляемое с учетом правила кодирования.

Кодовая последовательность (комбинация) - представление дискретного сигнала.

Код - совокупность условных сигналов, обозначающих дискретные сообщения. Основными характеристиками кода являются:

основание кода;

длина кода;

способ кодирования;

способы формирования алфавита кода;

способы передачи элементарных сигналов.

Основание кода - это число букв в алфавите кода.

Длиной кода называется число элементарных сигналов в одной кодовой комбинации. По длине коды делятся на коды постоянной длины (равномерные) и коды переменной длины (неравномерные).

Под способом кодирования понимается закон, согласно которому из элементов образуются кодовые комбинации.

Кодирование нашло широкое применение в современных системах ПДС при защите передаваемой информации от помех.

2.1 Систематические коды

Систематические коды образуют наиболее обширную группу (n, k)-разделимых кодов. Особенностью этих кодов является то, что проверочные (корректирующие) символы образуются с помощью линейных операций над информационными. Кроме того, любая разрешенная кодовая комбинация может быть получена в результате линейной операции над набором k линейно независимых кодовых комбинаций.

В частности, суммирование по модулю 2 двух и более разрешенных комбинаций также дает разрешенную кодовую комбинацию. Поскольку теоретической основой получения таких комбинаций является математический аппарат линейной алгебры, то коды и называют линейными, а учитывая, что проверочные символы формируются по определенной системе (правилам), блочные равномерные разделимые линейные коды получили название систематических. Использование аппарата линейной алгебры, в которой важное значение имеет понятие "группа", породило и другое название этих кодов - групповые.

Эти коды получили наибольшее применение в системах передачи

Систематический код - это групповой n-разрядный код, в котором из n-символов, образующих кодовую комбинацию, k-символов информационные, а r=n-k - избыточные, проверочные, которые занимают строго определенные позиции во всех кодовых комбинациях.

Задается систематический код с помощью производящей матрицы, которая позволяет получить все возможные комбинации кода суммированием по модулю два всех возможных сочетаний строк (по две, по три и т. д.). По производящей матрице строится проверочная матрица, служащая для создания алгоритмов кодирования и декодирования.

Производящую матрицу образуют приписыванием справа к единичной квадратной матрице размера k дополнительной матрицы, содержащей n-k столбцов и k строк,

Строки дополнительной матрицы получают перебором различных n-k разрядных комбинаций, содержащих не менее d-1 единиц. Причем сумма двух строк по модулю два должна иметь не менее d-2 единиц (), где t_i -кратность ошибки.

При построении проверочной матрицы к единичной квадратной матрице с n-k строками и столбцами слева приписываем матрицу, содержащую k столбцов и n-k строк. Причем каждая ее строка формируется путем трансформирования производящей матрицы:

Построенная проверочная матрица позволяет разработать алгоритм кодирования и декодирования систематического кода исходя из того. Что сумма единиц в каждой строке по модулю два должна быть равна нулю, то есть должна быть четной.

Рассмотрим систематический код, имеющий k=6.

Построим производящую матрицу А, которая известна на приемной стороне.

Из матрицы А строим проверочную матрицу Т.

Из матрицы Т получаем проверочные уравнения:

Для составления r_i, нужно брать i-ю строку в матрице Т с а_i=1.

Коды цифр проверочных разрядов получаем из уравнений проверок, приравняв их нулю.

Источник информации передаёт шестиразрядный двоичный код

Тогда кодирующее устройство закодирует

.

Эта комбинация, переданная по линии связи, попадает для проверки на декодирующее устройство. Если комбинация исказилась, например, получена комбинация 1010100100, то декодирование покажет, что

Таким образом, исказился элемент а₂, общий для трех уравнений. Изменив его значение, восстановим правильную комбинацию.

3. Расчет сети SDH

3.1 Исходные данные

В районе построено 7 цифровых АТС. Предполагается использовать технологию SDH, связав все станции в единую сеть.

Основные исходные данные для проектирования заключены в структуре сетевого трафика между отдельными станциями, представленной в таблице 2, где число до дроби соответствует числу основных каналов по 2 Мбит/с, а после дроби - резервных. Топология сети SDH показана на рисунке 6.

Таблица 2. Сетевой межстанционный трафик

	A	B	C	D	E	F	G
A		36/10	22/5	52/15	8/2	0	7/7
B	36/10		6/2	34/15	0	15/15	0
C	22/5	6/2		48/15	4/4	0	10/2
D	52/15	34/15	48/15		112/25	12/5	8/2
E	8/2	0	4/4	112/25		0	0
F	0	15/15	0	12/5	0		0
G	7/7	0	10/2	8/2	0	0
Сумма	125/39	91/42	90/28	266/77	124/31	27/20	25/11

Рисунок 6. Схема простой ячеистой топологии SDH

Требуется:

выбрать направления основного и резервного путей между отдельными станциями;

рассчитать нагрузки сегментов сети и ее узлов;

выбрать требуемый уровень и число мультиплексоров.

3.2 Расчет нагрузки на сегменты пути

3.2.1 Нагрузка на основные пути

Выбираем основные пути, соединяющие каждые два узла:

для узла A:

A - 36 - B;

А - 22 - С;

A - 52 - C - 52 - D;

A - 8 - B - 8 - E;

A - 0 - C- 0 - F;

A - 7 - B - 7 - E - 7 - G.

для узла B:

B - 6 - A - 6 - C;

B - 34 - E -34 - D;

B - 0 - E;

B - 15 - A - 15 - C - 15 - F;

B - 0 - E - 0 - G.

для узла C:

C - 48 - D;

C - 4 - D - 4 - E;

C - 0 - F;

C - 10 - D - 10 - G.

для узла D:

D - 112 - E;

D - 12 - F;

D - 8 - G.

для узла E:

E - 0 - D - 0 - F;

E - 0 - G.

для узла F:

F - 0 - D - 0 - G.

Затем необходимо рассчитываем нагрузку отдельно взятого пути на каждый составляющий его сегмент. Следует помнить, что общая нагрузка на отдельный сегмент есть сумма величин нагрузки от каждого проходящего через него соединительного пути, а не только узлов, которые данный сегмент соединяет.

Суммарная нагрузка основных путей на каждый из сегментов:

A - B=36+8+7+6+15=72

A - C=22+52+0+6+15=95

B - E=8+7+34+0+0=49

C - D=52+48+4+10=114

C - F=0+15+0=15

D - E=34+4+112+0=150

D - F=12+0+0=12

D - G=10+8+0=18

E - G=7+0+0=7

3.2.2 Нагрузка на резервные пути

Рассчитав нагрузку от основных путей, следует соответствующим образом выбрать резервные соединительные пути между каждыми двумя узлами, при этом резервный путь не должен включать в себя ни одного сегмента основного пути.

Выбираем резервные пути, соединяющие каждые два узла:

- для узла A:

A - 10 - C - 10- D - 10 - E -10 - B;

А - 5 - B - 5 - E - 5- D - 5 - C;

A - 15 - B -15- E - 15- G -15 - D;

A - 2 - C - 2 - F - 2 - D - 2 - E;

A - 7 - C - 7 - F - 7 - D - 7 -E - 7- G.

- для узла B:

B - 2 - E - 2 - D - 2 - С;

B - 15- А - 15 - С - 15 - F - 15 - D;

B - 15 - E - 15 - G - 15 - D - 15- C - 15 - F.

- для узла C:

C - 15 - A - 15 - B - 15 - E -15 - D;

C - 4- F- 4 - D - 4 - G - 4 - E;

C - 2 - A - 2 - B - 2 - E - 2 - D - 2 - G.

- для узла D:

D - 25 - C - 25- A - 25 - B - 25 -E;

D - 5 - E - 5 - B - 5 - A - 5 - C - 5 - F;

D - 2 - F - 2 - C - 2 - A - 2 - B - 2 - E - 2 - G.

Далее рассчитываются величины нагрузки, которую оказывают на сегменты сети резервные соединительные пути.

A - B=5+15+15+15+2+25+5+2=84

A - C=10+2+7+15+15+2+25+5+2=83

B - E=10+5+15+2+15+15+2+25+2=91

C - D=10+5+2+15+25=57

C - F=2+7+15+15+15+4+5=63

D - E=5+2+7+2+15+2+5=38

D - F=2+7+15+4+2=30

D - G=15+15+4+2=36

E - G=15+7+15+4+2=43

3.3 Узловая нагрузка каналов Е1

Нагрузка на каждый узел сети высчитывается как сумма нагрузки на те сегменты, с которыми данный узел соединен.

Узел A: (72+95)+(84+83)=167+167=334 канала=668 Мбит/с

Узел B: (72+49)+(84+91)=121+175=296 каналов=592 Мбит/с

Узел C: (114+15)+(57+63)=129+120=249 каналов=498 Мбит/с

Узел D: (114+150+12+18)+(57+38+30+36)=294+161=455 канала =

= 910 Мбит/с

Узел E: (49+150+7)+(91+38+43)=206+172=378 каналов =756Мбит/с

Узел F: (15+12)+(63+30)=27+93=120 каналов=240 Мбит/с

Узел G: (18+7)+(36+43)=25+79=104 каналов =208 Мбит/с

Результирующая величина справедлива для режима полноценного резервирования, при котором выход из строя какого-либо соединительного пути и последующий переход на резервный путь не оказывает какого-либо влияния на работу других узлов (соответственно, при нормальном функционировании основных путей резервные каналы просто бездействуют).

3.3 Выбор требуемого уровня и числа мультиплексоров

Система SDH обеспечивает стандартные уровни информационных структур, то есть набор стандартных скоростей.

Рассчитав нагрузку на узлах сети, определим мультиплексоры какого уровня иерархии SDH необходимо установить в каждом из них.

Полученные величины соответствуют количеству 2-мегабитных каналов.

Требования четырех узлов (B, C, F и G) могут быть обеспечены мультиплексором Nokia STM-4, трех узлов (A, D и E) - мультиплексором Nokia STM-16.

Таким образом, необходимо 7 мультиплексоров Nokia уровней STM-4, 16.

Заключение

В результате выполнения курсовой работы изучили технологию Ethernet, получили практические навыки по расчету и построению систематических кодов, методов и алгоритмов эффективного кодирования.

Задали систематический код с помощью производящей матрицы, которая позволяет получить все возможные комбинации кода суммированием по модулю два всех возможных сочетаний строк. По производящей матрице построили проверочную матрицу, служащую для создания алгоритмов кодирования и декодирования.

Из проверочной матрицы получили проверочные уравнения.

Источник информации передал шестиразрядный двоичный код . Согласно проверочным уравнениям определили, что кодирующее устройство закодировало.

Эта комбинация, переданная по линии связи, попала для проверки на декодирующее устройство. Когда комбинация исказилась, например, получилась комбинация 1010100100, то декодирование показало, что исказился элемент а₂, общий для трех уравнений. Изменив его значение, восстановили правильную комбинацию.

Кроме того расчитали сеть SDH.

В данной курсовой работе мы связали 7 цифровых АТС в единую сеть. Построенная сеть SDH имеет следующие характеристики:

- архитектура - "ячеистая";

- нагрузка на сегменты - от 7 до 150 каналов 2 мбит/с;

- нагрузка на узлы - от 104 до 455 каналов 2 мбит/с;

- задействованные уровни иерархии SDH - до STM-16.

- применяемое оборудование - STM-4, STM-16 серии Nokia.

Список использованной литературы

преобразование сигнал приемник кодирование

1. Шувалов В.П. и др. Передача дискретных сообщений. М.: Радио и связь, 1990. - 462 с.

2. Зюко А.Г. и др. Теория передачи сигналов. М.: Радио и связь, 1986. - 312 с.

3. Игнатов В.А. Теория информации и передачи сигналов. М.: Радио и связь, 1991. - 280 с.

4. Гольдштейн А.Б. Softswitch. СПб.: БХВ - Санкт-Петербург, 2006. - 368 с.

5. Бертсекас Д., Галлагер Р. Сети передачи данных. М.: Мир, 1989. - 544 с.

6. Абдуллаев Д.А., Архипов М.Н. Передача дискретных сообщений в задачах и упражнениях. - М.: Радио и связь, 1985. - 128 с.

7. Тутевич В.Н. Телемеханика. - М.: Высш. шк., 1985. - 423 с.

8. Слепов Н.Н., Синхронные цифровые сети SDH, Эко-Трендз, Москва, 1999.

9. Фокин В.Г., Аппаратура систем синхронной цифровой иерархии, Новосибирск, 2001.

10. Куликов Ю.П., Основы передачи дискретных сообщений, 1992г, 288 с.

11. Соловьев В.Ф., Рациональное кодирование при передаче сообщений, 1970 г.

12. Крушный В.В., Основы теории информации и кодирования, 2005 г.

13. Бакланов И.Г, Технологии измерений первичной сети, часть1, 2. М.: Эко-Трендз, 2000.

14. Финк Л.М., Теория передачи дискретных сообщений, 1970 г.

15. Слепов Н.Н., Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи (ATM, PDH, SDH, SONET и WDM).

Размещено на Allbest.ru