Реферат: Технологии создания сетей

спецификаций, при этом, в частности, преследовалась цель оказать помощь в

понимании того, как адаптировать протоколы к Модели OSI. Разработанные

спецификации получили ссылочное название OSI-протоколы. Обсуждение этих

протоколов представлено в последующих разделах.

[КС 3-2]

[1]Стандарты

[5]Мы видим, что протоколы во всем мире организованы беспорядочно.

Современные протоколы обладают различной степенью соответствия Модели OSI,

ее возможностям, обладают различной глубиной спецификаций. Существование

большого количества протоколов сформировало ту среду, в которой работают

соответствующие организации по стандартизации.

В сетевом контексте некоторые протоколы являются стандартами, некоторые -

нет. Стандарты протоколов уверенно проникают во все сферы создания сетей

ЭВМ. Стандарты протоколов зачастую являются результатом работы определенных

организаций по адаптации соответствующего окружения к сетевому применению.

Например, TCP/IP и многие другие протоколы являются стандартами Министерства

Обороны. Это значит, что Министерство Обороны имеет исключительные права на

использование этих протоколов в своей окружении. Такие стандарты часто

называются стандартами de jure. Стандарты, которые используются всеми

(независимо от их легитимности), называются стандартами de facto. Стандарт

TCP/IP и свазанные с ним протоколы также являются стандартами de facto из-за

их широкого коммерческого и образовательного использования.

В дополнение к разделению стандартов на de facto и de jure существует

еще вопрос, является ли стандарт патентованным. Патентованные стандарты это

такие стандарты, которые соэданы и контролируются единственной частной

коммерческой организацией. Примерами являются SNA и NetWare. Стандарты,

разработанные организациями по стандартам или другими группами или

комитетами называются непатентованными. Примерами являются TCP/IP, IEEE 802.3

и OSI-протоколы.

[КС 3-3]

      [ Организации по стандартизации ]

CCITT     Международный Консультативный Комитет по Телеграфии и Телефонии

ISO       Международная Организация по Стандартизации

IEEE      Институт Инженеров по электротехнике и электронике

          [ к рис. на стр 3-4 (в поле рисунка) ]

[1]Организации

[5]Список организаций по стандартизации, которые разработали важнейшие сетевые

протоколы, включает:

   - Консультативный Комитет по Международной Телеграфии и Телефонии - ССITT

   - Международная Организация по Стандартизации - ISO

   - Институт Инженеров по электротехнике и электронике - IEEE

ISO-международная организация, которая разрабатывает стандарты по многим

направлениям. Почти 100 стран представлены в ISO. Представитель США - ANSI

(Американский Национальный институт Стандартов). ISO - это обьединение многих

рабочих групп, которые состоят из экспертов в различных областях.

OSI-протоколы - широкоизвестный стандарт ISO.

CCITT - наиболее известная организация по стандартам в области

телекоммуникации (в противоположность передаче данных телекоммуникация имеет

дело с телефонией). CCITT дает технические рекомендации по интерфейсам

передачи данных, телефонии и телеграфии. ISO - активный член CCITT. V24 и

X25 - это наиболее известные стандарты, разработанные CCITT.

[КС 3-4]

IEEE -самая большая профессиональная организация в мире. Она

является спонсором группы по стандартизации, которая разрабатывает стандарты

по компьютерной и электротехнической инженерии. Широко используемые стандарты

IEEE.802 являются примером деятельности IEEE.

Список различных государственных и частных организаций, работающих над

разработкой тестов соответствия (тестов, которые гарантируют соответствие

реализаций стандартов их спецификациям) включает:

- Корпорация Открытых Систем (США) - COS

- Технологическая Ассоциация по Совместной Обработке Информации (Япония) -

                                                                    INTAP

- Индустриальный Технологический Институт (США) - ITI

- Национальный Институт Стандартов и Технологий (США) - NIST

- Франхоферский Институт Информации и Обработки Информации (Германия)

- Сетевой Центр (Обьединенное королевство)

В дополнение к вышеперечисленным организациям два правительственных агентства

США имеют большое влияние на решение сетевых проблем. Министерство Обороны

(DoD) представляет собственные стандарты для своего круга покупателей.

Национальное Бюро Стандартов (NBS) - представитель Министерства Коммерции,

представляет стандарты для другой группы покупателей (не DoD).

[1]Итоги

[5]В этом разделе делается упор на важнейшие сетевые стандарты и организации

по стандартизации, которые их разрабатывают. Как и большинство юнных отраслей,

сетевая индустрия располагает целым рядом стандартов. По мере становления

сетевой индустрии число стандартов будет сокращаться. Это упростит ситуацию,

складывающуюся на рынке сетевых технологий, и усилит уверенность пользователей

в том, что продукты, приобретенные сегодня, не устареют завтра.

[КС 3-6]

[1]Упражнение 3

[5]1. C какой организацией нужно будет контактировать, чтобы улучшить

набор протоколов, используемых в сетях Военно Воздушных Сил США?

2. Почему сетевая индустрия имеет дело с таким большим количеством разных

протоколов и стандартов?

3. Какая организация ответственна за Модель OSI?

[КС 3-6]

//20.08.94

                            [ Типы данных и сигналы ]

[0]Раздел 4. [2] Типы данных и сигналов

[1]Цели

[5]В конце этого раздела вы сможете:

1. Различать аналоговые и цифровые данные;

2. Различать аналоговые и цифровые сигналы и определять как они измеряются.

[1]Введение

[5]Связь предполагает передачу сообщения от передатчика к приемнику.

Сообщения или данные передаются посредством сигналов. Сигналы - это

электрические или электромагнитные коды данных. И данные, и сигналы могут

быть либо аналоговыми, либо цифровыми.

В этом разделе рассматриваются типы данных и типы сигналов. Раздел начинается

с выяснения различий между аналоговыми и цифровыми данными. Затем

рассматриваются типы сигналов и способы их измерения. В конце раздела

рассматривается вопрос о том, как оба типа данных и сигналов могут быть

использованы для связи.

[КС 4-1]

       [ Аналоговые данные              Цифровые данные ]

           [ к рис. на стр 4-2 (в поле рисунка) ]

[1]Аналоговые и цифровые данные

[5]Аналоговые данные могут принимать любое значение в некотором диапазоне.

Время дня в виде линии, очерчивающей циферблат, - пример аналоговых данных.

Линия непрерывна, и данные (время) могут принимать любые возможные значения

(их бесконечное множество). Другие примеры аналоговых данных - температура

воздуха, измеренная жидкостным термометром в течение дня, и напряжение в

некоторой электросети.

Цифровые данные дискретны и могут иметь только ограниченное число значений.

Например, показание времени дня на электронных часах дискретно. Другими

примерами цифровых данных являются цифры или буквы в последовательности.

Каждое значение дискретно и не связано ни с предыдущим, ни с последующим

значениями. Данные современных ЭВМ - цифровые, поэтому ЭВМ называются

цифровыми.

[КС 4-2]

            [ Периодический аналоговый сигнал ]

               Один

               цикл

                                   Амплитуда

                                        Время

            [к рис. на стр 4-3 (в поле рисунка) ]

[1]Аналоговые сигналы

[5]Так же как и аналоговые данные, аналоговые сигналы могут принимать любое

значение в некотором диапазоне, они плавно меняется от одного значения к

другому. Периодический аналоговый сигнал изменяется регулярно во времени и

может быть представлен графически в виде волны. Аналоговые сигналы могут

передаваться по проводам и по воздуху. Периодические аналоговые сигналы (в

дальнейшем, просто аналоговые сигналы) характеризуются тремя параметрами:

амплитудой, частотой и фазой.

Достоинства:

- Передача аналоговых сигналов иногда предпочтительнее из-за возможности

использования телевизионного кабельного сетевого оборудования

для построении сети и обеспечения широкой полосы

пропускания для больших и сложных сетей;

- Аналоговые сигналы в меньшей степени подвержены искажениям из-за ослабления

сигнала, поэтому сеть может охватывать большие расстояния без необходимости

регенерации сигналов.

Недостаток:

- При создании сети, которая охватывает значительные расстояния необходимо

использование радиочастот определенного диапазона.

[КС 4-3]

[1]Амплитуда

[5]Мощность периодического аналогового сигнала характеризуется амплитудой,

разницей между осью и пиком волны. Амплитуда выражается в вольтах,

амперах, ваттах или децибелах. Вольт - это единица электрического напряжения,

ампер - единица электрического тока, ватт - единица электрической мощности

(вольт*ампер). Децибел - это логарифмическая единица, представляющая

собой отношение энергии двух сигналов.

Сигналы ослабляются в пути, уменьшается их амплитуда. При передаче

сигналов на большие расстояния, сигналы нужно периодически усиливать,

чтобы компенсировать их ослабление. Ослабление и усиление часто выражаются

в децибелах (дб). Аналоговые усилители усиливают аналоговые сигналы на линии,

включая помехи, которые накапливаются на линии при передаче сигнала. Чем

длиннее путь сигнала, тем больше накапливается помех.

[1]Частота

[5]Колебательный характер периодического аналогового сигнала измеряется

частотой или количеством циклов в единицу времени. Высокий голос имеет

частоту выше, чем низкий голос. Частота измеряется в герцах (гц) или

циклах в секунду. Один цикл определяется как колебание сигнала от одной

вершины волны до следующей.

[КС 4-4]

         [ Фаза периодических аналоговых сигналов ]

            [к рис. на стр 4-5 (в поле рисунка) ]

[1]Фаза

[5]Два сигнала одной частоты могут отличаться по фазе. Это означает, что

второй сигнал посылается немного позже, чем первый. Разница фаз в 180

градусов означает сдвиг на пол-цикла (начинается спад вместо подьема).

На рисунке показано, что сигнал В сдвинут на 90 градусов по отношению к А,

сигнал С - на 270 градусов по отношению к А.

[КС 4-5]

           [ Двоичные цифровые данные и сигналы ]

  Данные

  Сигнал                             Амплитуда

                                                     Время

          [ к рис. на стр 4-6 (в поле рисунка) ]

[1]Цифровые сигналы

[5]И цифровые данные, и цифровые сигналы имеют два характерных свойства.

Во-первых, они могут принимать только ограниченное число дискретных значений,

часто только два. Во-вторых, сигнал из одного состояния в другое переходит

мгновенно.

Информация, которую несет цифровой сигнал, зависит от уровня сигнала в

течение какого-то времени. Поэтому, цифровые передающие и принимающие станции

должны иметь синхронизированные счетчики. С помощью этих счетчиков ведется

отсчет бодов, т.е. сколько раз в секунду меняется значение сигнала.

Различные таймерные схемы используются для синхронизации передающей и

приемной сторон. Цифровые сигналы часто включают синхросигналы. В отличие

от аналоговых сигналов цифровые сигналы могут быть переданы только по

проводам.

Достоинства:

- Цифровое оборудование обычно проще и дешевле,

- При использовании цифровых сигналов встречается меньше ошибок из-за

шумов и помех.

Недостаток:

- В отличие от аналоговых сигналов цифровые сигналы ослабляются в большей

степени на тех же расстояниях.

[КС 4-6]

[1]Данные и сигналы

[5]Важно понять, что и аналоговые, и цифровые сигналы могут передавать и

аналоговые, и цифровые данные. Примеры различных комбинаций данных и

сигналов, приведены ниже.

- Аналоговые сигналы переносят цифровые данные. Например, при тональном

режиме набора телефонного номера цифровые данные (номер) передаются с

помощью аналоговых сигналов. Модемы тоже посылают цифровые данные между ЭВМ,

используя аналоговые телефонные сигналы.

- Аналоговые сигналы передают аналоговые данные. Например, коммерческие

радиостанции транслируют голоса и музыку (аналоговые сигналы), используя

амплитудную модуляцию (АМ) или частотную модуляцию (FM).

- Цифровые сигналы передают цифровые данные. Например, связь между

двумя ЭВМ - это обмен цифровыми данными с использованием цифровых

сигналов.

- Цифровые сигналы передают аналоговые данные. Например, музыкальный

компакт-диск (CD) кодирует вводимый с микрофона звук в цифровые значения

амплитуд и частот. СD-плейер декодирует записанные цифровые значения и

воссоздает аналоговый сигнал (музыку).

[1]Итоги

[5]В этом разделе вводятся понятия аналоговых и цифровых данных. Аналоговые

данные непрерывны, а цифровые - дискретны. И аналоговые, и цифровые данные

могут быть представлены или аналоговыми, или цифровыми сигналами. Аналоговые

сигналы характеризуются частотой, амплитудой, фазой. Работа с цифровыми

сигналами обычно проще и дешевле, чем с аналоговыми сигналами, хотя цифровые

сигналы в большей степени ослабляются на расстоянии. В больших, сложных

сетях используются и аналоговые и цифровые данные и сигналы.

[КС 4-8]

[1]Упражнение 4

[5]Расставьте тип данных в следующих пунктах (А - аналоговые,

D - цифровые )

1.______  Счет очков в гольфе.

2.______  Путь мяча в игре в гольф.

3.______  Перечень хранящихся приборов.

4.______  Изменение количества бензина в автомобиле во времени.

5.______  Население города.

6.______  Длина змеи.

7.______  Сколько станций (FM) передают рок-н-рол?

8. Нарисуйте аналоговый и цифровой сигнал. Назовите их характеристики.

[КС 4-8]

                                 [ Преобразование данных ]

[0]Раздел 5  [2]Преобразование данных

[1]Цели

[5]В коце данного раздела вы сможете:

1. Определять основные методы кодирования и их ключевые характеристики для

аналоговых и цифровых сигналов.

2. Определять общие коды представления сообщений и причины, по которым эти

коды используются при передаче сообщений.

[1]Введение

[5]В отличие от людей, хорошо различающих такие символы, как "А" и "1", ЭВМ

способны оперировать лишь с нулями и единицами. Поэтому существует

необходимость преобразования символов в последовательности нулей и единиц

прежде, чем ЭВМ сможет обрабатывать информацию. Обьединение ЭВМ в сети

требует еще более глубоких преобразований. Единицы и нули необходимо

кодировать и декодировать в цифровые или аналоговые сигналы для передачи по

линиям связи. В данном разделе описывается как метод представления символов в

виде нулей и единиц, так и способы их кодирования и декодирования

с помощью цифровых и аналоговых сигналов.

[КС 5-1]

          [Цифровые данные и Модулированные аналоговые несущие]

          [  Двоичные данные                                  ]

          [  ASK                                              ]

          [  Амплитудная модуляция                    время   ]

          [  FSK                                              ]

          [  Частотная модуляция                      время   ]

          [  PSK                                              ]

          [  Фазовая модуляция                        время   ]

          [ к рис. на стр. 5-2 (в поле рисунка)]

[1]Кодирование цифровых данных аналоговыми сигналами

[5]Цифровые данные могут быть переданы с помощью аналоговых сигналов

(аналоговой несущей) посредством модулирования характеристик несущей:

амплитуды, частоты или фазы. Основные методы кодирования обсуждаются в

следующих трех разделах. Большое количество подсетей передачи данных

используют эти методы модуляции аналоговой несущей при работе с телефонными

системами. Наличие временных меток в сигналах позволяет довольно просто

осуществить синхронизацию счетчиков передачи/приема на обеих сторонах.

[1]Амплитудная модуляция (ASK-Amplitude-Shift Keying)

[5]Метод кодирования ASK заключается в модулировании амплитуды несущей двумя

и более уровнями. Например, двоичный 0 может быть представлен амплитудой,

равной одной единице измерения, а двоичная 1 - амплитудой, равной трем единицам

измерения.

Закодированные методом ASK данные в значительной степени подвержены

искажениям из-за возможной интерференции с другими сигналами, затухания и

усиления. Поэтому метод ASK не обеспечивает необходимой надежности при

передаче на большие расстояния.

[1]Частотная модуляция (FSK- Frequency-Shift Keying)

[5]Метод кодирования FSK заключается в модулировании частоты несущей двумя

и более значениями. Например, двоичный 0 может представляться одной частотой

(или группой частой), а двоичная 1 - другой частотой (или группой частот).

Закодированные методом FSM данные в сравнении с методом ASK менее подвержены

искажениям, однако этот метод не применяется при передаче данных в речевом

диапазоне на скоростях выше 1200 бит в секунду. В большинстве низкоскоростных

модемов применяется метод FSK для преобразования цифровых данных в аналоговые

сигналы для передачи по телефонным линиям связи.

[1]Фазовая модуляция (PSK Phase-Shift Keying)

[5]Метод кодирования PSK заключается в сдвиге фазы несущей в определенные

периоды времени в соответствии с данными. Так, например, для передачи

двоичной единицы осуществляется сдвиг фазы несущей на 180 градусов, сдвиг

фазы на 0 градусов - для передачи двоичного 0.

Закодированные методом PSK данные высоко устойчивы к искажениям. Сигналы,

получаемые методом PSK, содержат временные отметки, которые могут быть

использованы для синхронизации счетчиков приема/передачи.

Широко применяются комбинированные методы кодирования. Например, возможна

комбинация методов PSK и ASK, при этом изменение фазы несущей сочетается с

соответствующим изменением ее амплитуды.

[КС 5-3]

       [   Цифровое кодирование    ]

       [ Двоичные данные           ]

       [ Униполярное               ]

       [ Полярное                  ]

       [ Биполярное                ]

       [ RZ                        ]

       [ NRZ                       ]

       [ Бифазное                  ]

       [ Манчестер                 ]

       [ Дифференциальный          ]

       [ Манчестер                 ]

       [ к рис. на стр. 5-4 (в поле рисунка]

[1]Кодирование цифровых данных цифровыми сигналами

[5]В большинстве локальных сетей цифровые данные передаются в виде цифровых

сигналов. Для этого передатчик и приемник должны быть способны выделять

каждый элемент сигнала и определять его значение. Определение момента

выделения сигнала обеспечивается специальным синхронизирующим процессом,

позволяющим передатчику и приемнику согласовать временные позиции битов

информации.

Цифровые сигнальные системы могут использовать сигналы более, чем с одним

или двумя уровнями и, тем самым, кодировать более одного бита информации в

каждом сигнальном элементе. Однако для простоты изложения в следующих

разделах обсуждается лишь двоичное кодирование. Тем не менее большинство из

рассматриваемых принципов применяются и в случае многоуровневых цифровых

сигнальных систем.

В следующих разделах рассматриваются восемь наиболее широко применяемых схем

кодирования. При этом подчеркивается существование свойства

самосинхронизируемости и устойчивости к помехам для каждой схемы.

В любой электронной системе 0 представляет некоторый относительный уровень

сигналов. Нулевым напряжением считается электрический потенциал Земли,

обычно измеряемый относительно заглубленого в землю проводника.

В электронных системах с плохим заземлением нулевое относительное напряжение

может установиться на любой уровень. При дальнейшем обсуждении термин 0 вольт

используется в смысле "относительное напряжение в передающей системе".

[КС 5-4]

[1]Униполярное кодирование (Unipolar)

[5]При униполярном кодировании для представления данных используется

исключительно только положительное или отрицательное напряжение. Например,

+3 вольта представляют двоичный 0, а 0 вольт - двоичную 1.

Униполярное кодирование используется при работе телетайпа (TTY) и в

интерфейсах персональных ЭВМ, которые являются TTY-подобными. Такое

кодирование требует отдельной линии для передачи синхросигналов. Без

синхросигналов длинные серии единиц или нулей могут вызвать неприемлемую

рассинхронизацию приемника и передатчика. Униполярное кодирование неустойчиво

к помехам.

[1]Полярное кодирование (Polar)

[5]При полярном кодировании применяется как положительное напряжение, так и

отрицательное. Например, 1 может обозначаться уровнем в -3v, а 0 - уровнем в

+3v. Схема полярного кодирования менее подвержена воздействию шумов в

сравнении с униполярной схемой (за счет большей разности потенциалов между

уровнем 0 и уровнем 1), однако по-прежнему требует выделенную линию для

передачи синхросигналов.

[1]Биполярное кодирование (Bipolar)

[5]При биполярном кодировании сигнал принимает три значения. Обычно эти три

значения представляют собой следующее: некоторое положительное напряжение,

некоторое отрицательное напряжение и нулевое напряжение.

Одним из популярных способов биполярного кодирования является метод

альтернативной инверсии (AMI - Alternate Mark Inversion). В AMI методе каждая

двоичная единица альтернативно представляется или высоким уровнем напряжения,

или низким. Двоичный 0 всегда представлен нулевым напряжением. Переключение

полярности сигнала в AMI методе позволяет обнаруживать все возможные на

практике наведенные ошибки на уровне аппаратуры.

[1]Кодирование с возвратом к нулю (RZ Return to Zero)

[5]В некоторых RZ схемах кодирование осуществляется с помощью введения

переходов сигнала на нулевой уровень в тот момент, когда истекает половина

каждого сигнального интервала времени. При этом на нулевом уровне сигнал

фиксирует оставшуюся часть каждого интервала. Кодирование с помощью переходов

менее подвержено шумовым искажениям в сравнении с кодированием постоянным

уровнем напряжения (где переходы выполняются только на границе сигнальных

интервалов), поскольку влияние шума на процесс перехода сигнала на нулевой

уровень значительно меньше, чем влияние шума на сигнал с некоторым постоянным

уровнем.

На рисунке показан пример биполярной RZ схемы кодирования, в которой для

обозначения двоичного нуля используется переход сигнала от положительного

уровня к нулевому уровню, причем переход выполняется в момент, когда истекает

половина сигнального интервала времени, а для обозначения двоичной единицы -

переход от отрицательного уровня к нулевому. Этот код является

самосинхронизирующимся.

[КС 5-5]

[1]Кодирование без возврата к нулю (NRZ Non Return to Zero)

[5]Кодирование без возврата к нулю или дифференциальное кодирование

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29