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.