Standard Ethernet IEEE 802.3

Este cel mai utilizat standard de tehnologie de rețea astăzi.

Particularitati:

• functioneaza cu cablu coaxial, torsadat, cabluri optice;
• topologie - magistrală, stea;
• metoda de acces - CSMA/CD.

Arhitectura tehnologiei rețelei Ethernet combină de fapt un întreg set de standarde care au atât caracteristici comune, cât și diferențe.

Tehnologia Ethernet a fost dezvoltată împreună cu multe dintre primele proiecte ale Xerox PARC Corporation. Este în general acceptat că Ethernet a fost inventat pe 22 mai 1973, când Robert Metcalfe a scris un memoriu șefului PARC despre potențialul tehnologiei Ethernet. Dar Metcalfe a obținut dreptul legal asupra tehnologiei câțiva ani mai târziu. În 1976, el și asistentul său David Boggs au publicat un pamflet numit Ethernet: Distributed Packet Switching For Local Computer Networks. Metcalfe a părăsit Xerox în 1979 și a fondat 3Com pentru a promova computerele și localul retele de calculatoare. El a reușit să convingă DEC, Intel și Xerox să lucreze împreună și să dezvolte standardul Ethernet (DIX). Acest standard a fost publicat pentru prima dată 30 septembrie 1980.

Dezvoltarea ulterioară a tehnologiei EtherNet:

• 1982-1993 dezvoltarea EtherNet de 10Mbps;
• 1995-1998 dezvoltarea Fast EtherNet;
• 1998-2002 dezvoltarea GigaBit EtherNet;
• 2003-2007 dezvoltarea 10GigaBit EtherNet;
• 2007-2010 dezvoltarea de 40 și 100 GigaBit EtherNet;
• Din 2010 până în prezent Dezvoltarea Terabit Ethernet.

La nivel MAC, care oferă acces la mediul și transmisia de cadre, adrese unice de 6 octeți reglementate de standard, numite adrese MAC, sunt folosite pentru a identifica interfețele de rețea ale nodurilor de rețea. De obicei, o adresă MAC este scrisă ca șase perechi de cifre hexazecimale separate prin liniuțe sau două puncte, cum ar fi 00-29-5E-3C-5B-88. Fiecare adaptor de rețea are o adresă MAC.

Structura adresei MAC Ethernet:

• Primul bit al adresei MAC de destinație se numește bit I/G (individual/grup sau de difuzare). În adresa sursă, aceasta se numește Indicator de rută sursă;
• al doilea bit determină modul în care este atribuită adresa;
• primii trei octeți ai adresei se numesc Burned In Address (BIA) sau Organizationally UniqueIdentifier (OUI);
• producătorul este responsabil pentru unicitatea celor trei octeți inferiori ai adresei.

niste programe de rețea, în special wireshark, poate afișa imediat în loc de codul producătorului - numele producătorului plăcii de rețea date.

Format de cadru de tehnologie EtherNet

Există 4 tipuri de cadre (cadre) în rețelele Ethernet:

• cadru 802.3/LLC (sau cadru Novell802.2),
• Cadru brut 802.3 (sau cadru Novell 802.3),
• cadru Ethernet DIX (sau cadru Ethernet II),
• Cadru Ethernet SNAP.

În practică, un singur format de cadru este utilizat în echipamentele EtherNet, și anume cadrul EtherNet DIX, care este uneori denumit cadru prin numărul celui mai recent standard DIX.

• Primele două câmpuri de antet sunt rezervate adreselor:
• DA (Destination Address) – adresa MAC a gazdei de destinație;
• SA (Source Address) – adresa MAC a nodului sursă. Pentru a livra un cadru, este suficientă o singură adresă - adresa de destinație, adresa sursă sunt plasate în cadru, astfel încât nodul care a primit cadrul să știe de la cine provine cadrul și cine trebuie să răspundă la acesta.
• Câmpul T (Tip) conține codul condiționat al protocolului nivel superior, ale căror date se află în câmpul de date al cadrului, de exemplu, valoarea hexazecimală 08-00 corespunde protocolului IP. Acest câmp este necesar pentru a suporta funcțiile de interfață de multiplexare a cadrelor și demultiplexare atunci când interacționați cu protocoalele de nivel superior.
• Câmp de date. Dacă lungimea datelor utilizator este mai mică de 46 de octeți, atunci acest câmp este completat la dimensiunea minimă cu octeți de completare.
• Câmpul Frame Check Sequence (FCS) este format din 4 octeți ai sumei de control. Această valoare este calculată folosind algoritmul CRC-32.

Cadrul EtherNet DIX (II) nu reflectă separarea stratului de legătură EtherNet în stratul MAC și stratul LLC: câmpurile sale suportă funcțiile ambelor straturi, de exemplu, funcțiile de interfață ale câmpului T aparțin funcțiilor de stratul LLC, în timp ce toate celelalte câmpuri suportă funcțiile stratului MAC.

Luați în considerare formatul de cadru EtherNet II folosind exemplul unui pachet capturat folosind analizorul de rețea Wireshark

Vă rugăm să rețineți că, deoarece adresa MAC constă dintr-un cod de producător și un număr de interfață, analizorul de rețea convertește imediat codul producătorului în numele producătorului.

Astfel, în tehnologia EtherNet, adresele MAC acționează ca adrese de destinație și de destinație.

Standarde de tehnologie Ethernet

Specificațiile fizice pentru tehnologia Ethernet includ următoarele medii de transmisie.

• l0Base-5 - un cablu coaxial cu un diametru de 0,5 inchi (1dm = 2,54cm), numit cablu coaxial „gros”, cu o impedanță caracteristică de 50 ohmi.
• l0Base-2 este un cablu coaxial de 0,25 inch, numit coaxial „subțire”, cu o impedanță caracteristică de 50 ohmi.
• l0Base-T - cablu bazat pe pereche răsucită neecranată (Unshielded Twisted Pair, UTP), categoria 3,4,5.
• l0Base-F - cablu fibră optică.

Numărul 10 indică rata de biți nominală a standardului, adică 10 Mbps, iar cuvântul „Base” este metoda de transmisie la o frecvență de bază. ultimul personaj indică tipul de cablu.

Cablul este folosit ca monocanal pentru toate statiile, lungimea maxima a segmentului este de 500m. Stația este conectată la cablu printr-un transceiver - transceiver. Transceiver-ul este conectat la adaptorul de rețea al conectorului DB-15 cu un cablu de interfață AUI. Terminatoarele sunt necesare la fiecare capăt pentru a absorbi semnalele care se propagă prin cablu.

Reguli „5-4-3” pentru rețele coaxiale:

Standardul pentru rețele pe cablu coaxial permite utilizarea unei rețele de cel mult 4 repetoare și, în consecință, nu mai mult de 5 segmente de cablu. Cu o lungime maximă a segmentului de cablu de 500 m, aceasta oferă o lungime maximă a rețelei de 500 * 5 = 2500 m. Pot fi încărcate doar 3 din 5 segmente, adică acelea la care sunt conectate noduri de capăt. Trebuie să existe segmente descărcate între segmentele încărcate.

l0Baza-2

Cablul este folosit ca monocanal pentru toate stațiile, lungimea maximă a segmentului este de 185 m. Pentru a conecta cablul la card de retea ai nevoie de un conector T, iar cablul trebuie să aibă un conector BNC.

Se folosește și regula 5-4-3.

l0Base-T

Formează o topologie în stea bazată pe un hub, hub-ul acționează ca un repetor și formează un singur monocanal, lungimea maximă a segmentului este de 100m. Nodurile finale sunt conectate folosind două pereche răsucită. O pereche pentru transferul de date de la nod la hub este Tx, iar cealaltă pentru transferul de date de la hub la nod este Rx.
Regulile „4 hub-uri” pentru rețelele bazate pe perechi răsucite:
Standardul pentru rețelele cu perechi răsucite definește numărul maxim de hub-uri între oricare două stații de rețea, și anume 4. Această regulă se numește „regula celor 4 hub-uri”. Evident, dacă nu ar trebui să existe mai mult de 4 repetoare între oricare două noduri de rețea, atunci diametrul maxim al unei rețele de perechi răsucite este de 5 * 100 = 500 m (lungimea maximă a segmentului este de 100 m).

10Baza-F

Din punct de vedere funcțional, o rețea Ethernet pe un cablu optic constă din aceleași elemente ca și o rețea 10Base-T.

Standardul FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) a fost primul standard al comitetului 802.3 pentru utilizarea fibrei prin rețele Ethernet. Lungimea maximă a segmentului 1000 m, numărul maxim de hub-uri 4, cu o lungime totală a rețelei de cel mult 2500 m.

Standardul 10Base-FL este o ușoară îmbunătățire față de standardul FOIRL. Lungimea maximă a segmentului 2000 m. Număr maxim 4 hub-uri, iar lungimea maximă a rețelei este de 2500 m.

Standardul 10Base-FB este doar pentru conectarea repetitoarelor. Nodurile terminale nu pot folosi acest standard pentru a se atașa la porturile hub. Numărul maxim de hub-uri 5, lungimea maximă a unui segment 2000 m și lungimea maximă a rețelei 2740 m.

Masa. Parametrii de specificare a stratului fizic pentru standardul Ethernet

Luând în considerare regula „5-4-3” sau „4-hubs”, în cazul în care un semnal imaginar al unui dispozitiv „comutator” apare pe calea de propagare prin cabluri, calculul restricțiilor topologice începe de la zero.

Lățimea de bandă Ethernet

Debitul este măsurat în funcție de numărul de cadre sau numărul de octeți de date transmise prin rețea pe unitatea de timp. Dacă nu există coliziuni în rețea, viteza maxima dimensiunea minimă a cadrelor (64 de octeți) este de 14881 de cadre pe secundă. În același timp util debitului pentru cadre Ethernet II - 5,48 Mbps.

Rata maximă de cadre dimensiune maximă(1500 de octeți) este de 813 cadre pe secundă. Lățimea de bandă utilă va fi atunci de 9,76 Mbps.

În rețelele Ethernet, la nivelul de legătură, cadre de 4 diverse formate. Acest lucru se datorează istoriei lungi a dezvoltării tehnologiei Ethernet, care datează din perioada de existență înainte de adoptarea standardelor IEEE 802, când substratul LLC nu era separat de protocolul general și, în consecință, antetul LLC nu era folosit.

Diferențele în formatele de cadre pot duce la incompatibilitate între hardware și software-ul de rețea conceput pentru a funcționa cu un singur standard de cadru Ethernet. Astăzi, totuși, practic toate adaptoarele de rețea, driverele adaptoarelor de rețea, podurile/comutatoarele și routerele pot funcționa cu toate formatele de cadre Ethernet utilizate în practică, iar recunoașterea tipului de cadru este efectuată automat.

Mai jos este o descriere a tuturor celor patru tipuri de cadre Ethernet (aici, un cadru înseamnă întregul set de câmpuri care se referă la stratul de legătură, adică câmpurile nivelurilor MAC și LLC). Același tip de cadru poate avea nume diferite, așa că mai jos sunt câteva dintre cele mai comune nume pentru fiecare tip de cadru:

cadru 802.3/LLC (cadru 802.3/802.2 sau cadru Novell 802.2);

Cadru brut 802.3 (sau cadru Novell 802.3);

cadru Ethernet DIX (sau cadru Ethernet II);

Cadru Ethernet SNAP.

Formatele pentru toate aceste patru tipuri de cadre Ethernet sunt prezentate în Figura 1. 10.3.

cadru 802.3/LLC

Antetul cadru 802.3/LLC este rezultatul combinării câmpurilor antet cadru definite în standardele IEEE 802.3 și 802.2.

Standardul 802.3 definește opt câmpuri de antet (Figura 10.3; câmpul de preambul și delimitarea cadrului de început nu sunt afișate în figură).

Câmp pentru preambul (Preambul) constă din șapte octeți de sincronizare 10101010. Cu codificarea Manchester, această combinație este reprezentată în mediul fizic de un semnal periodic de undă cu o frecvență de 5 MHz.

Delimitator de început de cadru (SFD) constă dintr-un octet 10101011. Apariția acestei combinații de biți este o indicație că următorul octet este primul octet al antetului cadrului.

Adresa de destinație (DA) poate avea 2 sau 6 octeți. În practică, se folosesc întotdeauna adrese de 6 octeți.

Adresa sursă (SA) - acesta este un câmp de 2 sau 6 octeți care conține adresa gazdei care a trimis cadrul. Primul bit al adresei este întotdeauna 0.

Lungime (lungime, L) - Un câmp de 2 octeți care specifică lungimea câmpului de date din cadru.

Câmp de date (Date) poate conține de la 0 la 1500 de octeți. Dar dacă lungimea câmpului este mai mică de 46 de octeți, atunci câmpul următor - câmpul de umplutură - este folosit pentru a completa cadrul la valoarea minimă admisă de 46 de octeți.

Câmp de umplutură constă dintr-un număr de octeți de umplutură care oferă o lungime minimă a câmpului de date de 46 de octeți. Acest lucru asigură că mecanismul de detectare a coliziunilor funcționează corect. Dacă lungimea câmpului de date este suficientă, atunci câmpul de umplutură nu apare în cadru.

Câmp sumă de control (Secvență de verificare a cadrelor, PCS) este format din 4 octeți care conțin suma de control. Această valoare este calculată folosind algoritmul CRC-32.

Cadrul 802.3 este un cadru de substrat MAC, prin urmare, în conformitate cu standardul 802.2, un cadru de substrat LLC cu începutul și sfârșitul steagurilor de cadre eliminate este imbricat în câmpul său de date. Formatul de cadru LLC a fost descris mai sus. Deoarece un cadru LLC are un antet de 3 (în modul LLC1) sau 4 octeți (în modul LLC2), dimensiunea maximă a câmpului de date este redusă la 1497 sau 1496 de octeți.

Figura 10.3. Formate de cadre Ethernet

Cadrul Raw 802.3, cunoscut și sub denumirea de cadru Novell 802.3, este prezentat în Figura 1-3. 10.3. Din figură se poate observa că acesta este un cadru substrat MAC 802.3, dar fără un cadru substrat LLC imbricat. Novell nu a folosit câmpuri de servicii de cadru LLC în sistemul său de operare NetWare pentru o lungă perioadă de timp din cauza lipsei de necesitate a identificării tipului de informații încorporate în câmpul de date - a existat întotdeauna un pachet de protocol IPX, care pentru o lungă perioadă de timp a fost numai protocolul de nivel de rețea în sistemul de operare NetWare.

Cadru Ethernet DIX/Ethernet II

Un cadru Ethernet DIX, numit și un cadru Ethernet II, are o structură (vezi Figura 10.3) care este aceeași cu cea a unui cadru Raw 802.3. Cu toate acestea, câmpul de 2 octeți Lungime (L) cadru Raw 802.3 Ethernet DIX folosit ca câmp de tip de protocol. Acest câmp, numit acum Type(T) sau EtherType, servește același scop ca și câmpurile DSAP și SSAP ale unui cadru LLC - pentru a indica tipul de protocol de strat superior care și-a inclus pachetul în câmpul de date al acestui cadru.

Cadru ethernet SNAP

Pentru a rezolva inconsecvența în codificări ale tipurilor de protocol ale căror mesaje sunt încorporate în câmpul de date al cadrelor Ethernet, comitetul 802.2 a depus eforturi pentru a standardiza în continuare cadrele Ethernet. Rezultatul a fost un cadru Ethernet SNAP (SNAP - Subnetwork Access Protocol). Cadrul Ethernet SNAP (vezi Figura 10.3) este o extensie a cadrului 802.3/LLC prin introducerea unui antet suplimentar de protocol SNAP format din două câmpuri: OUI și Type. Câmpul Tip este format din 2 octeți și repetă formatul și scopul câmpului Tip al cadrului Ethernet II (adică folosește aceleași valori de cod de protocol). Câmpul OUI (Organizationally Unique Identifier) ​​​​specifică identificatorul organizației care controlează codurile de protocol în câmpul Tip. Folosind antetul SNAP, se realizează compatibilitatea cu codurile de protocol din cadrele Ethernet II și se creează o schemă de codificare a protocolului universal. Codurile de protocol pentru tehnologiile 802 sunt controlate de IEEE, care are un OUI de 000000. Dacă în viitor sunt necesare alte coduri de protocol pentru orice tehnologie nouă, este suficient să specificați un alt identificator pentru organizația care atribuie aceste coduri și valorile vechi de cod vor rămâne în vigoare (în combinație cu un alt OUI).

Într-o rețea, mai multe computere trebuie să partajeze un mediu de transmisie. Cu toate acestea, dacă două computere încearcă să transmită date în același timp, se va produce o coliziune și datele se vor pierde.

Toate calculatoare din rețea trebuie să folosească aceeași metodă de acces sau rețeaua va eșua. Calculatoare individuale, ale căror metode vor domina, nu le va permite celorlalți să facă transferul. Metodele de acces servesc pentru a împiedica mai multe computere să acceseze cablul în același timp, secvenționând transmiterea și recepția datelor prin rețea și asigurând că doar un computer poate transmite o dată.

În Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (abreviat ca CSMA/CD), toate computerele din rețea - atât clienții cât și serverele - „ascultă” pe cablu în încercarea de a detecta datele (adică, traficul) care sunt transmise.

1) Calculatorul „înțelege” că cablul este liber (adică nu este trafic).

2) Computerul poate începe să transfere date.

3) Până la eliberarea cablului (în timpul transferului de date), niciunul dintre computerele din rețea nu poate transmite.

Dacă mai multe dispozitive de rețea încearcă să acceseze mediul de transmisie în același timp, are loc o coliziune. Calculatoarele înregistrează apariția unei coliziuni, eliberează linia de transmisie pentru un interval de timp specificat aleatoriu (în limitele definite de standard), după care încercarea de transmisie se repetă. Computerul care a capturat prima dată linia de transmisie începe să transmită date.

CSMA/CD este cunoscută ca o metodă contradictorie deoarece calculatoarele din rețea „concurează” (concurează) între ele pentru dreptul de a transmite date.

Capacitatea de a detecta coliziuni este motivul care limitează domeniul de aplicare al CSMA/CD în sine. Datorită vitezei finite de propagare a semnalului în fire la distanțe de peste 2500 m (1,5 mile), mecanismul de detectare a coliziunilor nu este eficient. Dacă distanța până la computerul care transmite depășește această limită, unele calculatoare nu au timp să detecteze încărcarea prin cablu și să înceapă să transmită date, ceea ce duce la ciocnirea și distrugerea pachetelor de date.

Exemple de protocoale CDSMA/CD sunt DEC Ethernet versiunea 2 și IEEE 802.3.

Specificația suportului fizic Ethernet

Pentru tehnologia Ethernet au fost dezvoltate diverse variante ale stratului fizic, care diferă nu numai prin tipul de cablu și parametrii electrici ai impulsurilor, așa cum se face în tehnologia Ethernet 10 Mb/s, ci și prin metoda de codificare a semnalului și numărul de conductori utilizați în cablu. Prin urmare, stratul fizic Ethernet are o structură mai complexă decât Ethernetul clasic.

Specificațiile tehnologiei Ethernet de astăzi includ următoarele medii de transmisie.

• 10Baza-2- cablu coaxial cu diametrul de 0,25 inchi, numit coaxial subțire. Are o impedanță de undă de 50 ohmi. Lungimea maximă a segmentului este de 185 de metri (fără repetoare).
• 10Baza-5- cablu coaxial cu diametrul de 0,5 inci, numit coaxial „gros”. Are o impedanță de undă de 50 ohmi. Lungimea maximă a segmentului fără repetitor este de 500 de metri.
• 10Baza-T- cablu bazat pe pereche răsucită neecranată (UTP). Formează o topologie stea bazată pe hub. Distanța dintre hub și nodul final nu este mai mare de 100 de metri.
• 10Baza-F- cablu de fibra optica. Topologia este similară cu cea a standardului 10Base-T. Există mai multe variante ale acestei specificații - FOIRL (distanță până la 1000 m), 10Base-FL (distanță până la 2000 m).

Formate de cadre Ethernet

Ca și în producție, cadrele dintr-o rețea Ethernet sunt totul. Ele servesc ca un container pentru toate pachetele de nivel înalt, prin urmare, pentru a se înțelege, expeditorul și receptorul trebuie să utilizeze același tip de cadru Ethernet. Standardul tehnologic Ethernet, definit în documentul IEEE802.3, descrie un singur format de cadru de strat MAC. Cadrele pot fi în doar patru formate diferite și nu prea diferite unele de altele. Mai mult decât atât, există doar două formate de cadre de bază (în terminologia engleză sunt numite „formate brute”) - Ethernet_II și Ethernet_802.3 și diferă doar prin scopul unui singur câmp.

• Cadru Ethernet DIX (Ethernet II). A apărut ca urmare a muncii unui consorțiu de trei companii Digital, Intel și Xerox în 1980, care și-a prezentat versiunea proprietară a standardului Ethernet comitetului 802.3 ca proiect de standard internațional.
• 802.3/LLC, 802.3/802.2 sau Novell 802.2. Adoptat de comitetul 802.3 a adoptat un standard care diferă în unele detalii de Ethernet DIX.
• Cadru brut 802.3, sau Novell 802.3- a apărut ca urmare a eforturilor Novell de a accelera funcționarea stivei de protocoale în rețelele Ethernet

Fiecare cadru începe cu un Preambul (Preambul) de 7 octeți, completat cu modelul 0b10101010 (pentru a sincroniza sursa și destinația). După preambul vine octetul delimitatorului de cadru inițial (Start of Frame Delimiter, SFD), care conține secvența 0b10101011 și indică începutul propriului cadru. Urmează câmpurile adresa de destinație (DA) și sursă (Adresa sursă, SA). Ethernet utilizează adrese de nivel MAC IEEE pe 48 de biți.

Următorul câmp are o semnificație diferită și o lungime diferită în funcție de tipul de cadru.

La sfârșitul cadrului este un câmp de sumă de control de 32 de biți (Frame Check Sequence, FCS). Suma de control este calculată folosind algoritmul CRC-32. Dimensiunea cadrului Ethernet de la 64 la 1518 octeți (excluzând preambul, dar incluzând câmpul sumă de control)

Tipul de cadru Ethernet DIX

Un cadru Ethernet DIX, numit și un cadru Ethernet II, este similar cu cadrul Raw 802.3 prin faptul că, de asemenea, nu utilizează anteturile substratului LLC, dar diferă prin faptul că definește un câmp de tip de protocol (câmp Tip) în locul lungimii. camp. Acest câmp servește același scop ca și câmpurile DSAP și SSAP ale unui cadru LLC - pentru a indica tipul de protocol de nivel superior care și-a inclus pachetul în câmpul de date al acestui cadru. Codificarea tipului de protocol utilizează valori mai mari decât valoarea maximă a lungimii câmpului de date de 1500, astfel încât cadrele Ethernet II și 802.3 sunt ușor de distins.

Tipul de cadru brut 802.3.

După adresa sursă, acesta conține un câmp de lungime de 16 biți (L) care specifică numărul de octeți care urmează câmpului de lungime (excluzând câmpul sumă de control). Un pachet de protocol IPX este întotdeauna încorporat în acest tip de cadru. Primii doi octeți ai antetului protocolului IPX conțin suma de control a datagramei IPX. Cu toate acestea, acest câmp nu este utilizat în mod implicit și are o valoare de 0xFFFF.

Tipul de cadru 802.3.LLC

Câmpul de adresă sursă este urmat de un câmp de lungime de 16 biți care specifică numărul de octeți care urmează acestui câmp (excluzând câmpul sumă de control), urmat de antetul LLC. Antetul cadru 802.3/LLC este rezultatul combinării câmpurilor antet cadru definite în standardele 802.3 și 802.2.

Standardul 802.3 definește opt câmpuri antet:

Câmpul de preambul constă din șapte octeți de date de sincronizare. Fiecare octet conține aceeași secvență de biți - 10101010. Cu codificarea Manchester, această combinație este reprezentată în mediul fizic printr-un semnal periodic de undă. Preambulul este folosit pentru a permite timpului și oportunității circuitelor transceiver-ului să se sincronizeze constant cu semnalele de ceas primite.

Delimitator inițial cadrul este format dintr-un octet cu setul de biți 10101011. Aspectul acestei combinații este o indicație a recepției viitoare a cadrului.

Adresa destinatarului- poate avea 2 sau 6 octeți (adresa MAC de destinație). Primul bit al adresei destinatarului este un semn că adresa este individuală sau de grup: dacă 0, atunci adresa indică o anumită stație, dacă 1, atunci aceasta este adresa de grup a mai multor stații din rețea (posibil toate). În adresarea de difuzare, toți biții din câmpul de adresă sunt setați la 1. Este obișnuit să folosiți adrese de 6 octeți.

Adresa expeditorului- Câmp de 2 sau 6 octeți care conține adresa stației expeditorului. Primul bit este întotdeauna 0.

dublu octet câmp de lungime definește lungimea câmpului de date din cadru.

Câmp de date poate conține de la 0 la 1500 de octeți. Dar dacă lungimea câmpului este mai mică de 46 de octeți, atunci următorul câmp este utilizat - câmpul de umplutură, pentru a completa cadrul la lungimea minimă permisă.

Completați câmpul constă dintr-un număr de octeți de umplutură care oferă o anumită lungime minimă a câmpului de date (46 de octeți). Acest lucru asigură că mecanismul de detectare a coliziunilor funcționează corect. Dacă lungimea câmpului de date este suficientă, atunci câmpul de umplutură nu apare în cadru.

Câmpul sumă de control- 4 octeți care conțin o valoare care este calculată după un anumit algoritm (polinom CRC-32). La primirea unui cadru, stația de lucru efectuează propriul calcul al sumei de control pentru acel cadru, compară valoarea primită cu valoarea câmpului sumei de control și, astfel, determină dacă cadrul primit este corupt.

Un cadru 802.3 este un cadru de substrat MAC, în conformitate cu standardul 802.2, un cadru de substrat LLC este încorporat în câmpul său de date cu steagurile de început și de sfârșit ale cadrului eliminate.

Cadrul 802.3/LLC rezultat este prezentat mai jos. Deoarece cadrul LLC are un antet de 3 octeți, dimensiunea maximă a câmpului de date este redusă la 1497 de octeți.

Cadru Ethernet de tip SNAP

Cadrul Ethernet SNAP (SNAP - SubNetwork Access Protocol) este o extensie a cadrului 802.3/ LLC prin introducerea unui antet suplimentar de protocol SNAP. Antetul constă dintr-un câmp de identificare a organizației (OUI) de 3 octeți și un câmp de tip de 2 octeți (Tip, Ethertype). Tipul identifică protocolul de nivel superior, iar câmpul OUI specifică identitatea organizației care controlează atribuirea codurilor de tip de protocol. Codurile de protocol pentru standardele IEEE 802 sunt controlate de IEEE, care are un cod OUI de 0x000000. Pentru acest cod OUI, câmpul de tip pentru Ethernet SNAP este același cu valoarea de tip Ethernet DIX.

Tabel rezumat privind utilizarea diferitelor tipuri de cadre de către protocoalele de nivel superior.

Tip decadru	Ethernet II	Ethernet Raw 802.3	Ethernet 802.3/LLC	Ethernet SNAP
Reţeaprotocoale	IPX, IP, AppleTalk Faza I			IPX, IP, AppleTalk Faza II

ethernet rapid

Diferența dintre tehnologia Fast Ethernet și Ethernet

Toate diferențele dintre tehnologiile Ethernet și Fast Ethernet sunt concentrate la nivel fizic. Scopul tehnologiei Fast Ethernet este de a obține o viteză semnificativă, cu un ordin de mărime mai mare, față de 10 Base T Ethernet - IEEE 802.3, păstrând în același timp aceeași metodă de acces, format de cadru și sistem de înregistrare Nivelurile MAC și LLC în Fast Ethernet au rămas absolut absolut la fel la fel.

Organizarea stratului fizic al tehnologiei Fast Ethernet este mai complexă, deoarece utilizează trei variante de sisteme de cablu:

• Cablu cu fibră optică multimod (două fibre)
• Pereche răsucită de categoria 5 (două perechi)
• Pereche răsucită de categoria 3 (patru perechi)

Cablul coaxial nu este utilizat în Fast Ethernet. Rețelele Fast Ethernet pe un mediu partajat, cum ar fi rețelele 10Base-T/10Base-F, au o structură arborescentă ierarhică construită pe hub-uri. Principala diferență în configurația rețelelor Fast Ethernet este reducerea diametrului la 200 de metri, care se explică prin reducerea timpului de transmisie a cadrelor. lungime minima de 10 ori comparativ cu o rețea Ethernet de 10 MB.

Dar atunci când se utilizează comutatoare, protocolul Fast Ethernet poate funcționa în modul full duplex, în care nu există limită pentru lungimea totală a rețelei, ci doar pe segmente fizice individuale.

Specificația mediului fizic ethernet

• 100BASE-T- Un termen generic pentru unul dintre cele trei standarde Ethernet de 100 Mbps care utilizează pereche răsucită ca mediu de transmisie. Lungimea segmentului de până la 200-250 de metri. Include 100BASE-TX, 100BASE-T4 și 100BASE-T2.
• 100BASE-TX, IEEE 802.3u- Dezvoltarea tehnologiei 10BASE-T, se foloseste topologia in stea, se foloseste un cablu torsadat categoria 5, care foloseste de fapt 2 perechi de conductori, rata maxima de transfer de date este de 100 Mbps.
• 100BASE-T4- 100 Mbit/s Ethernet prin cablu de categoria 3. Sunt folosite toate cele 4 perechi. Acum practic nu este folosit. Transmiterea datelor este în mod semi-duplex.
• 100BASE-T2- Nefolosit. Ethernet de 100 Mbps prin cablu de categoria 3. Sunt folosite doar 2 perechi. Modul de transmisie full duplex este acceptat, atunci când semnalele se propagă în direcții opuse pe fiecare pereche. Rata de transfer într-o singură direcție - 50 Mbps.
• 100BASE-FX- 100 Mbps Ethernet prin cablu de fibră optică. Lungimea maximă a segmentului este de 400 de metri în modul half duplex (pentru detectarea coliziunilor garantată) sau de 2 kilometri în modul full duplex pe fibră optică multimod și până la 32 de kilometri în modul single.

gigabit ethernet

• 1000BASE-T, IEEE 802.3ab- Ethernet standard 1 Gbps. Se folosește perechea răsucită de categoria 5e sau categoria 6. Toate cele 4 perechi sunt implicate în transmisia de date. Rata de transfer de date - 250 Mbit/s pe o pereche.
• 1000BASE-TX, - Standard Ethernet de 1 Gbps folosind doar pereche răsucită de categoria 6. nefolosit.
• 1000Base-X- un termen general pentru tehnologia Gigabit Ethernet care utilizează cablul de fibră optică ca mediu de transmisie a datelor, include 1000BASE-SX, 1000BASE-LX și 1000BASE-CX.
• 1000BASE-SX, IEEE 802.3z- Tehnologia Ethernet de 1 Gbps, foloseste fibra multimod, distanta de transmisie a semnalului fara repetitor este de pana la 550 de metri.
• 1000BASE-LX, IEEE 802.3z- Tehnologia Ethernet de 1 Gbps, foloseste fibra multimod, distanta de transmisie a semnalului fara repetitor este de pana la 550 de metri. Optimizat pentru distanțe lungi folosind fibră monomod (până la 10 kilometri).
• 1000BASE-CX- Tehnologie Gigabit Ethernet pentru distanțe scurte (până la 25 de metri), folosind un cablu special de cupru (Shielded Twisted Pair (STP)) cu o impedanță caracteristică de 150 ohmi. Înlocuit de 1000BASE-T și acum nefolosit.
• 1000BASE-LH (Discurs lung)- Tehnologie Ethernet 1 Gbps, folosind cablu optic monomod, distanta de transmisie a semnalului fara repetitor pana la 100 de kilometri.

Probleme Gigabit Ethernet

• Asigurarea unui diametru de rețea acceptabil pentru funcționarea într-un mediu partajat. Datorită limitărilor privind lungimea cablului CSMA/CD, o versiune Gigabit Ethernet partajată ar permite doar o lungime a segmentului de 25 de metri. Era necesar să se rezolve această problemă.
• Atingerea ratei de biți de 1000 Mbps pe cablul optic. Tehnologia Fibre Channel, al cărei strat fizic a fost luat ca bază pentru versiunea de fibră optică a Gigabit Ethernet, oferă rate de transfer de date de până la 800 Mbps.
• Utilizați ca cablu cu pereche răsucită.

Pentru a rezolva aceste probleme, a fost necesar să se facă modificări nu numai la nivelul fizic, ci și la nivelul MAC.

Mijloace de asigurare a unui diametru de rețea de 200 m pe un mediu comun

Pentru a extinde diametrul maxim al rețelei Gigabit Ethernet în modul half-duplex până la 200 m, dezvoltatorii de tehnologie au luat măsuri destul de naturale bazate pe raportul cunoscut dintre timpul de transmisie cu lungimea minimă a cadrelor și timpul dublu dus-întors.

Dimensiunea minimă a cadrului a fost mărită (excluzând preambulul) de la 64 la 512 octeți sau 4096 bt. În consecință, timpul de călătorie dus-întors ar putea fi acum crescut la 4095 bt, făcând posibil un diametru al rețelei de aproximativ 200 m cu un singur repetor. La o întârziere dublă a semnalului de 10 bt/m, cablurile de fibră optică de 100 m contribuie în timpul unei viraj duble de 1000 bt, iar dacă repetorul și adaptoarele de rețea contribuie cu aceleași întârzieri ca și tehnologiile Fast Ethernet (datele pentru care au fost date în secțiunea anterioară). ), apoi o întârziere a repetorului de 1000 bt și o pereche de NIC de 1000 bt se vor adăuga la un timp dus-întors de 4000 bt, care satisface condiția de detectare a coliziunii. Pentru a crește lungimea cadrului la valoarea cerută în noua tehnologie, adaptorul de rețea trebuie să suplimenteze câmpul de date la o lungime de 448 de octeți cu așa-numita extensie (extensie), care este un câmp umplut cu caractere de cod interzise 8V / 10V. care nu poate fi confundat cu coduri de date.

Pentru a reduce supraîncărcarea atunci când se utilizează cadre prea lungi pentru a transmite chitanțe scurte, dezvoltatorii standardului au permis nodurilor finale să transmită mai multe cadre la rând, fără a transfera mediul către alte stații. Acest mod se numește Burst Mode - modul Burst exclusiv. O stație poate transmite mai multe cadre la rând cu o lungime totală de cel mult 65536 biți sau 8192 octeți. Dacă stația trebuie să transmită mai multe cadre mici, atunci este posibil să nu le completeze până la o dimensiune de 512 octeți, ci să transmită într-un rând până când limita de 8192 octeți este epuizată (această limită include toți octeții cadrului, inclusiv preambul, antet, date și sumă de control) . Limita de 8192 de octeți se numește BurstLength. Dacă stația a început să transmită un cadru și limita BurstLength a fost atinsă în mijlocul cadrului, atunci cadrul poate fi transmis până la sfârșit.

Creșterea cadrului „combinat” la 8192 de octeți întârzie oarecum accesul la mediul partajat al altor stații, dar la o viteză de 1000 Mbit/s această întârziere nu este atât de semnificativă

Literatură

1. V.G.Olifer, N.A.Olifer Rețele de calculatoare

Standardul Gigabit Ethernet care folosește un cablu de categoria 5 (pereche răsucită neecranată) ca mediu de transmisie, descris în IEEE 802.3ab, a fost aprobat în cele din urmă pe 28 iunie 1999.

Timpul a trecut, iar acum putem spune deja că gigabit Ethernet peste „cupru” a intrat ferm în istoria dezvoltării rețelelor locale. Scăderea bruscă a prețurilor atât pentru adaptoarele de rețea gigabit 1000Base-T, cât și pentru modulele gigabit pentru switch-uri a dus treptat la faptul că instalarea unor astfel de adaptoare în servere devine un standard de facto. De exemplu, unii producători de servere au început deja să integreze adaptoare gigabit 1000Base-T în server plăci de bază, iar numărul companiilor producătoare de astfel de adaptoare a ajuns la începutul acestui an la 25. În plus, au început să fie produse adaptoare proiectate pentru instalarea în stații de lucru (se deosebesc prin faptul că sunt proiectate pentru o magistrală PCI pe 32 de biți 33-MHz) . Toate acestea ne permit să spunem cu încredere că într-un an sau doi adaptoare de rețea gigabit vor deveni la fel de comune cum sunt acum adaptoarele Fast Ethernet.

Luați în considerare inovațiile fundamentale întruchipate în standardul IEEE 802.3ab și care au făcut posibilă atingerea unei viteze de transmisie atât de mare, menținând în același timp aceeași distanță maximă între două computere de 100 m, așa cum a fost cazul standardului Fast Ethernet.

În primul rând, reamintim că adaptoarele de rețea funcționează la straturile fizice și de legătură de date ale modelului OSI (Open System Interconnection) cu șapte straturi. Stratul de legătură este de obicei împărțit în două substraturi: MAC și LCC. Substratul MAC (Media Access Control) este un subnivel de control al accesului la mediul de transmisie a datelor, care asigură partajarea corectă a unui mediu comun de transmitere a datelor partajat, furnizându-l în conformitate cu un anumit algoritm la dispoziția unei anumite stații. Substratul LCC (Logical Link Control) este responsabil pentru transmiterea cadrelor între noduri cu diferite grade de fiabilitate și, de asemenea, implementează funcțiile de interfață cu al treilea strat (de rețea) adiacent acestuia.

Toate diferențele dintre Ethernet și Fast Ethernet sunt concentrate doar la nivelul fizic. În același timp, MAC și LCC nu au suferit nicio modificare.

Stratul fizic poate fi împărțit aproximativ în trei elemente: stratul de negociere, interfața independentă media (MII) și dispozitivul de nivel fizic (PHY). Dispozitivul de strat fizic poate fi, de asemenea, împărțit în mai multe substraturi: un substrat de codificare fizică, un substrat de atașare a mediului fizic, un substrat dependent de mediu fizic și un substrat de negociere automată.

Dacă diferențele dintre Ethernet și Fast Ethernet sunt minime și nu afectează nivelul MAC, atunci când au dezvoltat standardul Gigabit Ethernet 1000Base-T, dezvoltatorii au trebuit nu numai să facă modificări la nivelul fizic, ci și să afecteze stratul MAC (Fig. . 1).

Cu toate acestea, există multe asemănări între toate cele trei tehnologii. În primul rând, aceasta este o metodă de acces la mediul de transmisie a datelor CSMA / CD, moduri de operare half-duplex și full-duplex, precum și formate de cadre Ethernet. În același timp, utilizarea unui cablu cu perechi răsucite de Categoria 5 a necesitat modificări majore în implementarea stratului fizic al adaptorului.

Prima problemă cu implementarea 1 Gbps a fost asigurarea unui diametru de rețea acceptabil atunci când funcționează în modul half-duplex. După cum știți, dimensiunea minimă a cadrului în rețelele Ethernet și Fast Ethernet este de 64 de octeți. Cu toate acestea, o dimensiune a cadrului de 64 de octeți la o rată de transfer de 1 GB/s duce la faptul că pentru detectarea fiabilă a coliziunilor este necesar ca diametrul maxim al rețelei (distanța dintre cele două computere cele mai îndepărtate unul de celălalt) să nu mai fie. de 25 m. că detectarea cu succes a coliziunii este posibilă numai dacă timpul dintre trimiterea a două cadre consecutive de lungime minimă este mai mare de două ori timpul de propagare a semnalului între cele două noduri cele mai îndepărtate din rețea. Prin urmare, pentru a oferi un diametru maxim al rețelei de 200 m (două cabluri de 100 m și un comutator), lungimea minimă a cadrului în standardul Gigabit Ethernet a fost mărită la 512 octeți. Pentru a mări lungimea cadrului la lungimea necesară, adaptorul de rețea completează câmpul de date la o lungime de 448 de octeți cu așa-numita extensie. Câmpul de extensie este un câmp plin cu caractere interzise care nu pot fi confundate cu coduri de date (Fig. 2). În același timp, o creștere a lungimii minime a cadrului are un efect negativ asupra transmiterii de mesaje scurte de serviciu, cum ar fi chitanțele, deoarece utilul informatii transmise devine semnificativ mai mică decât totalul informațiilor transmise. Pentru a reduce supraîncărcarea la utilizarea cadrelor lungi pentru a transmite chitanțe scurte, standardul Gigabit Ethernet permite transmiterea mai multor cadre la rând în modul de captare exclusivă a mediului, adică fără a transfera mediul către alte stații. Astfel de modul exclusiv captura se numește modul Burst. În acest mod, stația poate transmite mai multe cadre la rând cu o lungime totală de cel mult 8192 de octeți (BurstLength).

După cum sa menționat deja, odată cu schimbarea stratului MAC, atingerea vitezei de transmisie gigabit a devenit posibilă datorită unei schimbări semnificative a stratului fizic, adică a tehnologiei de prezentare a datelor (codificare) în timpul transmisiei de date prin pereche răsucită.

Pentru a înțelege modificările care au fost făcute la nivel fizic, să ne amintim ce este un cablu de date și ce interferențe apar în timpul transmiterii semnalului.

Cablul neecranat de categoria 5 este format din patru perechi de fire, fiecare pereche răsucită împreună. Un astfel de cablu este proiectat să funcționeze la o frecvență de 100 MHz (Fig. 3).

Din cursul fizicii se știe că orice cablu are, pe lângă active, și rezistențe capacitive și inductive, ultimele două depinzând de frecvența semnalului. Toate cele trei tipuri de rezistență determină așa-numita impedanță a circuitului. Prezența impedanței duce la faptul că atunci când semnalul se propagă de-a lungul cablului, acesta se atenuează treptat, pierzând o parte din puterea sa inițială.

Dacă inductanța reciprocă este calculată la începutul cablului, atunci tipul corespunzător de interferență se va numi NEXT (Pierdere de diafonie la capătul apropiat). Dacă interferența cauzată de inducția reciprocă este luată în considerare la capătul cablului, atunci acestea se numesc FEXT (Far-end crosstalk loss - Fig. 4).

În plus, în timpul propagării semnalului, apare un alt tip de interferență, asociată cu o nepotrivire a impedanței de intrare adaptor de retea si cablu. Ca urmare a acestei nepotriviri, are loc o reflectare a semnalului, care duce, de asemenea, la formarea de zgomot.

Transmiterea semnalelor în condițiile de interferență descrise mai sus necesită utilizarea unor metode ingenioase pentru a asigura rata de transmisie necesară și, în același timp, pentru a asigura recunoașterea fără erori a semnalelor transmise.

În primul rând, să ne amintim ce metode sunt folosite pentru a reprezenta semnalele informaționale.

La codificarea digitală a biților „zerouri” și „unu”, sunt folosite coduri de potențial sau de impuls. În codurile de potențial (Fig. 5), numai valoarea potențialului de semnal este utilizată pentru a reprezenta zerourile și unurile logice. De exemplu, unul este reprezentat ca un potențial de nivel înalt, iar zero este reprezentat ca un potențial de nivel scăzut. Codurile de impulsuri permit reprezentarea biților printr-o scădere potențială într-o anumită direcție. Deci, scăderea potențialului de la un nivel scăzut la un nivel ridicat poate corespunde unui zero logic.

Atunci când utilizați impulsuri dreptunghiulare pentru transmiterea datelor, este necesar să alegeți o metodă de codare care să satisfacă simultan mai multe cerințe.

În primul rând, la aceeași rată de biți, ar avea cea mai mică lățime a spectrului semnalului rezultat.

În al doilea rând, ar avea capacitatea de a recunoaște erorile.

În al treilea rând, ar asigura sincronizarea între receptor și transmițător.

Cod NRZ

În cel mai simplu caz de codificare a potențialului, unul logic poate fi reprezentat printr-un potențial ridicat, iar un zero logic printr-un potențial scăzut. Acest mod de reprezentare a semnalului se numește „codare fără întoarcere la zero, sau codificare NRZ (Non Return to Zero)”. Termenul „fără întoarcere” în acest caz înseamnă că pe parcursul întregului interval de ceas nu există nicio modificare a nivelului semnalului. Metoda NRZ este ușor de implementat, are o recunoaștere bună a erorilor, dar nu are proprietatea de auto-sincronizare. Lipsa autosincronizării duce la faptul că atunci când apar secvențe lungi de zerouri sau unu, receptorul nu poate determina din semnalul de intrare acele momente în timp în care este necesar să citească din nou datele. Prin urmare, o ușoară nepotrivire între frecvențele de ceas ale receptorului și ale transmițătorului poate duce la erori dacă receptorul citește datele la momentul nepotrivit când este necesar. Acest fenomen este deosebit de critic la viteze de transmisie ridicate, când timpul unui impuls este extrem de scurt (la o rată de transmisie de 100 Mbps, timpul unui impuls este de 10 ns). Un alt dezavantaj al codului NRZ este prezența unei componente de joasă frecvență în spectrul semnalului atunci când apar secvențe lungi de zerouri sau unu. Prin urmare, codul NRZ nu este utilizat în forma sa pură pentru transmiterea datelor.

cod NRZI

Un alt tip de codificare este un cod NRZ ușor modificat numit NRZI (Non Return to Zero with one Inverted). Codul NRZI este cea mai simplă implementare principiul codificării prin modificarea nivelului semnalului sau codificare diferenţială. Cu această codificare, atunci când este transmis zero, nivelul semnalului nu se modifică, adică potențialul semnalului rămâne același ca în ciclul anterior. Când o unitate este transferată, potențialul este inversat. Comparația codurilor NRZ și NRZI arată că codul NRZI are o autosincronizare mai bună dacă există mai multe coduri logice în informațiile codificate decât zerouri logice. Astfel, acest cod vă permite să „lupți” cu secvențe lungi de unități, dar nu oferă o auto-sincronizare adecvată atunci când apar secvențe lungi de zerouri logice.

Codul Manchester

În codul Manchester, o diferență de potențial este utilizată pentru a codifica zerourile și unurile, adică codificarea este efectuată de partea din față a pulsului. Scăderea potențialului are loc în mijlocul pulsului de ceas, în timp ce unitatea este codificată de scăderea de la potențial scăzut la cel ridicat, iar zero este invers. La începutul fiecărui ciclu, în cazul apariției mai multor zerouri sau unu la rând, poate apărea o scădere a potențialului de serviciu.

Dintre toate codurile pe care le-am luat în considerare, Manchester are cea mai bună auto-sincronizare, deoarece tranziția semnalului are loc cel puțin o dată pe ciclu de ceas. De aceea codul Manchester este folosit în rețelele Ethernet cu o rată de transmisie de 10 Mbps (10Base 5, 10Base 2, 10Base-T).

Cod MLT-3

Codul MLT-3 (Multi Level Transmission-3) este implementat în mod similar cu codul NRZI. Modificarea nivelului semnalului liniar are loc numai dacă intrarea codificatorului este 1, totuși, spre deosebire de codul NRZI, algoritmul de generare este ales în așa fel încât două modificări adiacente să aibă întotdeauna direcții opuse. Dezavantajul codului MLT-3 este același cu cel al codului NRZI - lipsa sincronizării corespunzătoare atunci când apar secvențe lungi de zerouri logice.

După cum sa menționat deja, diferitele coduri diferă unele de altele nu numai în gradul de autosincronizare, ci și în lățimea spectrului. Lățimea spectrului de semnal este determinată în primul rând de acele armonici care aduc principala contribuție energetică la formarea semnalului. Armonica fundamentală este ușor de calculat pentru fiecare tip de cod. În codul NRZ sau NRZI, frecvența maximă a armonicii fundamentale (Fig. 6) corespunde unei secvențe periodice de zerouri și unu-uri logice, adică atunci când mai multe zerouri sau uni nu apar pe rând. În acest caz, perioada armonicii fundamentale este egală cu intervalul de timp de doi biți, adică la o rată de transmisie de 100 Mbps, frecvența armonicii fundamentale ar trebui să fie de 50 Hz.

În codul Manchester, frecvența maximă a armonicii fundamentale corespunde situației în care o secvență lungă de zerouri intră în intrarea codificatorului. În acest caz, perioada armonicii fundamentale este egală cu intervalul de timp al unui bit, adică la o rată de transmisie de 100 Mbps, frecvența maximă a armonicii fundamentale va fi de 100 Hz.

În codul MLT-3, frecvența maximă a armonicii fundamentale (Fig. 7) este atinsă atunci când secvențe lungi de unități logice sunt alimentate la intrarea codificatorului. În acest caz, perioada armonicii fundamentale corespunde unui interval de timp de patru biți. Prin urmare, la o rată de transmisie de 100 Mbps, frecvența fundamentală maximă va fi de 25 MHz.

După cum sa menționat deja, codarea Manchester este utilizată în rețelele Ethernet de 10 Mbps, care este asociată atât cu proprietăți bune de auto-sincronizare ale codului, cât și cu frecvența maximă admisă a armonicii fundamentale, care, atunci când funcționează la o viteză de 10 Mbps, va fi 10 MHz. Această valoare este suficientă pentru un cablu nu numai de a 5-a, ci și de a 3-a categorie, care este proiectat pentru o frecvență de 20 MHz.

În același timp, utilizarea codificării Manchester pentru rețele de viteză mai mare (100 Mbps, 1 Gbps) este inacceptabilă, deoarece cablurile nu sunt proiectate să funcționeze la frecvențe atât de înalte. Prin urmare, se folosesc alte coduri (NRZI și MLT-3), dar acestea sunt supuse unei procesări suplimentare pentru a îmbunătăți proprietățile de autosincronizare ale codului.

Coduri redundante

O astfel de prelucrare suplimentară constă în codificarea blocurilor logice, când un grup de biți este înlocuit cu un alt grup conform unui anumit algoritm. Cele mai comune tipuri de astfel de codări sunt codurile redundante 4B/5B, 8B/6T și 8B/10T.

În aceste coduri, grupurile originale de biți sunt înlocuite cu grupuri noi, dar mai lungi. În codul 4B/5B, un grup de patru biți este mapat la un grup de cinci biți. Apare întrebarea - de ce avem nevoie de toate aceste complicații? Faptul este că o astfel de codificare este redundantă. De exemplu, în codul 4B/5B, în secvența originală de patru biți, există 16 combinații de biți diferite de zero și unu, iar într-un grup de cinci biți există deja 32 de astfel de combinații. Prin urmare, în codul rezultat, poti alege 16 astfel de combinatii care nu contin un numar mare zerouri (reamintim că în codurile sursă NRZI și MLT-3 secvențele lungi de zerouri duc la pierderea sincronizării). În acest caz, combinațiile rămase neutilizate pot fi considerate secvențe interzise. Astfel, pe lângă îmbunătățirea proprietăților de auto-sincronizare ale codului sursă, codarea redundantă permite receptorului să recunoască erorile, deoarece apariția unei secvențe de biți interzise indică apariția unei erori. Corespondența dintre codurile inițiale și cele rezultate este rezultată în tab. unu .

Din tabel se poate observa că după utilizarea codului redundant 4B/5B, secvențele rezultate nu conțin mai mult de două zerouri la rând, ceea ce garantează auto-sincronizarea secvenței de biți.

În codul 8B/6T, secvența de opt biți ai informațiilor originale este înlocuită cu o secvență de șase semnale, fiecare dintre acestea putând lua trei stări. Există 256 de stări diferite în secvența de opt biți, iar în secvența a șase semnale cu trei niveluri există deja 729 de astfel de stări (3 6 = 729), deci 473 de stări sunt considerate interzise.

În codul 8B/10T, fiecare secvență de opt biți este înlocuită cu o secvență de zece biți. În acest caz, secvența originală conține 256 de combinații diferite de zerouri și unu, iar secvența rezultată conține 1024. Astfel, 768 de combinații sunt interzise.

Toate codurile considerate redundante sunt utilizate în rețelele Ethernet. Astfel, codul 4B/5B este folosit în standardul 100Base-TX, iar codul 8B/6T este folosit în standardul 100Base-4T, care practic nu se mai folosește. Codul 8B/10T este utilizat în standardul 1000Base-X (când fibra este utilizată ca mediu de transmisie).

Pe lângă utilizarea codării redundante, este utilizată pe scară largă o altă metodă de îmbunătățire a proprietăților inițiale ale codurilor - aceasta este așa-numita amestecare.

Îndoială

Scrambling (scramble - mixing) este de a amesteca secvența originală de zerouri și unu pentru a îmbunătăți caracteristicile spectrale și proprietățile de auto-sincronizare ale secvenței de biți rezultate. Amestecarea este realizată prin OR exclusiv pe biți (XOR) a secvenței originale cu o secvență pseudo-aleatorie. Rezultatul este un flux „criptat”, care este restaurat pe partea receptorului folosind un decriptator.

Din punct de vedere hardware, un scrambler este format din mai multe porți XOR și registre de deplasare. Reamintim că elementul logic XOR (SAU exclusiv) efectuează o operație logică pe doi operanzi booleeni x și y, care pot lua valoarea 0 sau 1, pe baza tabelului de adevăr (Tabelul 2).

Proprietatea principală a operației XOR rezultă direct din acest tabel:

În plus, este ușor de observat că legea combinației se aplică operației XOR:

În diagrame, elementul logic XOR este de obicei notat așa cum se arată în Fig. opt .

După cum sa menționat deja, o altă componentă a scrambler-ului este registrul de deplasare. Registrul de deplasare este format din mai multe celule de stocare elementare conectate în serie între ele, realizate pe baza circuitelor de declanșare și care transmit un semnal de informare de la intrare la ieșire printr-un semnal de control - un impuls de temporizare. Registrele de deplasare pot răspunde atât la frontul pozitiv al impulsului de ceas (adică atunci când semnalul de control trece de la starea 0 la starea 1), cât și la marginea negativă.

Luați în considerare cea mai simplă celulă de stocare a registrului de deplasare, controlată de frontul pozitiv al impulsului de ceas C (Fig. 9).

În momentul schimbării impulsului de temporizare de la starea 0 la starea 1, semnalul care era la intrarea sa în momentul anterior este transmis la ieșirea celulei, adică atunci când semnalul de control C a fost egal cu 0. După aceea, starea de ieșire nu se schimbă (celula este blocată) până la sosirea următorului front pozitiv al impulsului de ceas.

Folosind un lanţ format din mai multe celule de memorie conectate secvenţial cu acelaşi semnal de control, este posibil să se compună un registru de deplasare (Fig. 10), în care biţii de informaţie vor fi transmisi secvenţial de la o celulă la alta în mod sincron de-a lungul marginii pozitive a pulsul ceasului.

Un element integral al oricărui scrambler este un generator de secvențe pseudo-aleatoare. Un astfel de generator este format din registrul de deplasare atunci când se creează un feedback între intrarea și ieșirile celulelor de stocare ale registrului de deplasare prin elemente logice XOR.

Luați în considerare generatorul de secvențe pseudo-aleatoare prezentat în Fig. unsprezece . Lăsați, la momentul inițial, toate cele patru celule de memorie să stocheze o stare prestabilită. De exemplu, putem presupune că Q1=1, Q2=0, Q3=0 și Q4=1, iar la intrarea primei celule D=0. După sosirea impulsului de temporizare, toți biții se vor deplasa cu un bit și un semnal va ajunge la intrarea D, a cărui valoare va fi determinată de formula:

Folosind această formulă, este ușor să determinați valorile ieșirilor celulelor de stocare la fiecare ciclu de ceas al generatorului. În tabel. 3 prezintă starea ieşirilor celulelor de memorie ale generatorului de secvenţe pseudoaleatoare la fiecare ciclu de operare. În același timp, este ușor de observat că în momentul inițial de timp și după 15 cicluri, starea generatorului se repetă complet, adică 15 cicluri de lucru este perioada de repetare a secvenței noastre pseudoaleatoare (este este din prezenţa unei perioade de repetare că secvenţa se numeşte pseudo-aleatorie). În general, dacă generatorul este format din n celule, perioada de repetiție este:

Generatorul pe care l-am considerat a folosit o stare inițială arbitrară a celulelor, adică avea o presetare. Cu toate acestea, în loc de o astfel de presetare, scramblerii folosesc adesea secvența originală în sine, care este amestecată. Astfel de scramblere se numesc auto-sincronizare. Un exemplu de astfel de scrambler este prezentat în Fig. 12 .

Dacă desemnăm cifra binară a codului sursă, primită la i-lea ciclu de lucru la intrarea scrambler-ului, prin A i , și cifra binară a codului rezultat obținut la i-lea ciclu de lucru, prin B i , atunci este ușor de observat că scrambler-ul luat în considerare efectuează următoarea operație logică: , unde B i -3 și B i -4 - cifre binare ale codului rezultat obținut în ciclurile anterioare ale scrambler-ului, respectiv, 3 și cu 4 cicluri mai devreme decât momentul actual.

După decodificarea secvenței astfel obținute, se folosește un decriptator pe partea receptorului. Cel mai uimitor lucru este că circuitul decriptatorului este complet identic cu circuitul decriptatorului. Nu este greu de verificat dacă acesta este într-adevăr cazul printr-un simplu raționament. Dacă notăm cu B i cifra binară a codului sursă care ajunge la i-lea ciclu de lucru la intrarea decriptatorului, iar cifra binară a codului rezultat obţinut la i-lea ciclu de lucru, cu C i , apoi decriptatorul, care lucrează în conformitate cu aceeași schemă ca și scrambler-ul, trebuie să implementeze următorul algoritm:

Prin urmare, dacă schema de decriptare se potrivește cu schema de decriptare, atunci decriptarea restabilește complet secvența originală de biți de informații.

Circuitul scrambler considerat pe patru biți este unul dintre cele mai simple. Tehnologia 1000Base-T folosește un scrambler de 33 de biți mult mai complex, care crește perioada de repetiție la 8.589.934.591 de biți (233-1), adică secvențele pseudo-aleatorie generate sunt repetate la fiecare 68,72 secunde.

Codificare PAM-5

După ce ne-am dat seama ce coduri sunt folosite pentru a reprezenta datele și ținând cont de metode de îmbunătățire a proprietăților spectrale și de auto-clockare ale acestor coduri, vom încerca să aflăm dacă aceste măsuri sunt suficiente pentru a asigura transmisia datelor la o viteză de 1000 Mbit / s folosind un cablu de categoria 5 cu patru perechi.

După cum sa menționat deja, codarea Manchester are proprietăți bune de autosincronizare și în acest sens nu necesită modificări, totuși, frecvența maximă a armonicii fundamentale este numeric egală cu rata de date, adică numărul de biți transmiși pe secundă. Acest lucru este suficient pentru transmisia de date la o viteză de 10 Mbps, deoarece cablul din categoria a 3-a (și în standardul 10Base-T se poate folosi un astfel de cablu) este limitat la frecvențe de 16 MHz. Cu toate acestea, codarea Manchester nu este potrivită pentru rate de transfer de date de 100 Mbps sau mai mari.

Utilizarea codului NRZI, după o rafinare suplimentară cu un cod de bloc redundant 4B/5B și codificare, precum și un cod MLT-3 cu trei poziții (pentru a reduce frecvența maximă a armonicii fundamentale), permite transmiterea datelor la o rată de 100 Mbps pe un cablu de categoria 5. Într-adevăr, la utilizarea codului MLT-3, frecvența maximă a armonicii fundamentale este numeric egală cu o pătrime din rata de transfer de date, adică la o rată de transmisie de 100 Mbps, frecvența fundamentală nu depășește 25 MHz, ceea ce este suficient pentru un cablu de categoria 5. Cu toate acestea, această metodă nu este potrivită pentru transmisia de date la o viteză de 1000 Mbps.

Prin urmare, standardul 1000Base-T utilizează o metodă de codificare fundamental diferită. Pentru a reduce frecvența ceasului la valori care permit transmiterea datelor prin perechi răsucite de Categoria 5, datele de pe linie sunt reprezentate în așa-numitul cod PAM-5 (Fig. 13). În el, semnalul transmis are un set de cinci niveluri fixe (-2, -1, 0, +1, +2). Patru dintre ei sunt folosiți pentru a codifica biții de informații, iar al cincilea este pentru corectarea erorilor. Pe un set de patru niveluri fixe, o stare de semnal discret poate codifica doi biți de informații simultan, deoarece o combinație de doi biți are patru combinații posibile (așa-numitele dibiți) - 00, 01, 10 și 11.

Trecerea la dibiți vă permite să dublați rata de biți. Pentru a distinge între biți sau informații, viteză și viteza diferitelor stări de semnal discret, este introdus conceptul de viteză de transmisie. Baud este numărul de stări distincte ale semnalului pe unitatea de timp. Prin urmare, dacă doi biți sunt codificați într-o stare discretă, rata de biți este de două ori mai mare decât viteza de transmisie, adică 1 baud = 2 bps.

Dacă luăm în considerare că cablul din categoria a 5-a este proiectat pentru o frecvență de 125 MHz, adică este capabil să funcționeze la o rată de transmisie de 125 MBaud, atunci viteza de informare pe o pereche răsucită va fi de 250 Mbps. Amintiți-vă că în cablu există patru perechi răsucite, așa că dacă utilizați toate cele patru perechi (Fig. 14), atunci puteți crește rata de transmisie la 250 Mbps/sx4=1000 Mbps, adică să obțineți viteza dorită.

După cum sa menționat deja, există cinci niveluri discrete în codarea PAM-5, dar numai patru niveluri sunt folosite pentru a transmite dibiți. Al cincilea nivel de cod redundant (Forward Error Correction, FEC) este utilizat pentru mecanismul de construcție de corectare a erorilor. Este implementat de un encoder Trellis și un decodor Viterbi. Utilizarea mecanismului de corectare a erorilor face posibilă creșterea imunității la zgomot a receptorului cu 6 dB.

Codare trellis

Să luăm în considerare principiile codării trellis bazate pe cel mai simplu encoder format din două celule de stocare și elemente XOR (Fig. 15). Lăsați intrarea unui astfel de codificator să primească o secvență de biți 0101110010 la o rată de k biți/s. Dacă la ieșirea codificatorului este instalată o celulă de citire, care funcționează la o frecvență de două ori mai mare decât debitul de la intrarea codificatorului, atunci rata fluxului de ieșire va fi de două ori mai mare decât rata fluxului de intrare. În acest caz, celula de citire pentru prima jumătate de ciclu a codificatorului citește mai întâi datele din elementul logic XOR 2, iar a doua jumătate a ciclului - de la elementul logic XOR 3. Ca rezultat, fiecărui bit de intrare i se atribuie două biți de ieșire, adică un dibit, al cărui prim bit este format elementul XOR 2, iar al doilea - elementul XOR 3. Din diagrama temporală a stării codificatorului, este ușor de observat că, cu secvența de biți de intrare 0101110010, secvența de ieșire va fi 00 11 10 00 01 10 01 11 11 10.

Notăm unul caracteristică importantă principiul formării dibitelor. Valoarea fiecărui dibit generat depinde nu numai de bitul de informații primit, ci și de cei doi biți anteriori, ale căror valori sunt stocate în două celule de memorie. Într-adevăr, dacă se presupune că A i este un bit de intrare, atunci valoarea elementului XOR 2 este determinată de expresia , iar valoarea elementului XOR 3 este determinată de expresia . Astfel, un dibit este format dintr-o pereche de biți, valoarea primului fiind , iar a celui de-al doilea este . Prin urmare, valoarea dibitului depinde de trei stări: valoarea bitului de intrare, valoarea primei celule de stocare și valoarea celei de-a doua celule de stocare. Astfel de codificatoare sunt numite codoare convoluționale cu trei stări (K = 3) cu o rată de ieșire de ½.

Este convenabil să luați în considerare funcționarea codificatorului pe baza nu diagramelor de timp, ci așa-numitei diagrame de stare. Starea codificatorului va fi indicată folosind două valori - valorile primei și celei de-a doua celule de stocare. De exemplu, dacă prima celulă stochează valoarea 1 (Q1=1), iar a doua celulă stochează 0 (Q2=0), atunci starea codificatorului este descrisă de valoarea 10. Există patru stări diferite ale codificatorului: 00, 01, 10 și 11.

Lăsați starea codificatorului să fie la un moment dat egală cu 00. Suntem interesați de ce stare va deveni în următorul moment în timp și ce dibit va fi generat în acest caz. Există două rezultate posibile, în funcție de bitul care merge la intrarea codificatorului. Dacă se primește 0 la intrarea codificatorului, atunci următoarea stare a codificatorului va fi și 00, dar dacă se primește 1, atunci următoarea stare (adică după schimbare) va fi 10. Valoarea dibitilor generați în acest caz se calculează folosind formulele și . Dacă intrarea codificatorului este 0, atunci va fi generat dibitul 00 (), dacă intrarea este 1, atunci va fi generat dibitul 11 ​​(). Este convenabil să vizualizați raționamentul de mai sus folosind diagrama de stări (Fig. 16), unde stările codificatorului sunt indicate în cercuri, iar bitul de intrare și dibitul generat sunt scrise cu o oblică. De exemplu, dacă bitul de intrare este 1, iar dibitul generat este 11, atunci scriem: 1/11.

Continuând raționamentul similar pentru toate celelalte stări posibile ale codificatorului, este ușor de construit o diagramă de stare completă, pe baza căreia valoarea dibitului generat de codificator este ușor de calculat.

Folosind diagrama stării codificatorului, este ușor să construiți o diagramă de timp de tranziție pentru secvența de biți de intrare 0101110010 pe care am luat-o în considerare. Pentru a face acest lucru, este construit un tabel, ale cărui coloane indică stările posibile ale codificatorului și rândurile. indica momentele de timp. Tranzițiile posibile între diferite stări ale codificatorului sunt indicate prin săgeți (pe baza diagramei de stări complete a codificatorului - Fig. 17), deasupra cărora sunt indicate bitul de intrare corespunzător acestei tranziții și dibitul corespunzător. De exemplu, pentru primele două ori, diagrama stării codificatorului arată ca cea prezentată în Fig. optsprezece . Săgeata roșie arată tranziția corespunzătoare secvenței de biți considerate.

Continuând să afișăm tranzițiile posibile și reale între diferite stări ale codificatorului corespunzătoare diferitelor momente de timp (Fig. 19 , , ), obținem o diagramă de timp completă a stărilor encoderului (Fig. 22).

Principalul avantaj al metodei de codificare trellis de mai sus este imunitatea sa la zgomot. După cum se va arăta mai târziu, din cauza redundanței de codare (amintim că fiecărui bit de informare i se atribuie un dibit, adică redundanța codului este 2), chiar și în cazul erorilor de recepție (de exemplu, dibitul 10 este primit în mod greșit în loc de dibit 11), secvența inițială de biți poate fi restabilită în mod inconfundabil.

Pentru a restabili secvența inițială de biți pe partea receptorului, se folosește un decodor Viterbi.

decodor Viterbi

Decodorul Viterbi, în cazul recepționării fără erori a întregii secvențe de dibiți 00 11 10 00 01 10 01 11 11 10, va avea informații despre această secvență, precum și despre structura codificatorului (adică despre diagrama lui de stare) și despre starea sa inițială (00). Pe baza acestor informații, el trebuie să restabilească secvența inițială de biți. Să luăm în considerare modul în care are loc recuperarea informațiilor originale.

Cunoscând starea inițială a codificatorului (00), precum și posibilele modificări ale acestei stări (00 și 10), construim o diagramă de timp pentru primele două momente de timp (Fig. 22). În această diagramă, există doar două căi posibile de la starea 00, corespunzătoare diferiților dibiți de intrare. Deoarece dibitul de intrare al decodorului este 00, atunci, folosind diagrama de stări a codificatorului Trellis, stabilim că următoarea stare a codificatorului va fi 00, care corespunde bitului original 0.

Cu toate acestea, nu avem o garanție de 100% că dibitul 00 primit este corect, așa că nu ar trebui să respingem încă a doua cale posibilă de la starea 00 la starea 10, corespunzătoare dibitului 11 și bitului original 1. Cele două căi prezentate în diagrama diferă între ele.altă așa-numită metrică de eroare, care pentru fiecare cale se calculează după cum urmează. Pentru tranziția corespunzătoare dibitului primit (adică pentru tranziția considerată corectă), metrica erorii este luată egală cu zero, iar pentru tranzițiile rămase se calculează din numărul de biți diferiți din dibitul recepționat și dibit corespunzător tranziției în cauză. De exemplu, dacă dibitul primit este 00 și dibitul corespunzător tranziției în cauză este 11, atunci metrica de eroare pentru acea tranziție este 2.

Pentru următorul moment de timp corespunzător dibitului 11 primit, vor fi posibile două stări inițiale ale codificatorului: 00 și 10 și vor exista patru stări finale: 00, 01, 10 și 11 (Fig. 23). În consecință, pentru aceste stări finale, există mai multe modalități posibile, care diferă unele de altele în valorile erorilor. Când se calculează metrica erorii, este necesar să se ia în considerare metrica stării anterioare, adică dacă pentru data anterioară metrica pentru starea 10 a fost egală cu 2, atunci la trecerea de la această stare la starea 01, eroarea metrica noii stări (metrica întregului drum) va deveni egală cu 2 + 1 = 3 .

Pentru următorul moment de timp corespunzător dibitului 10 primit, observăm că două căi conduc la stările 00, 01 și 11 (Fig. 24). În acest caz, este necesar să lăsați doar acele tranziții care corespund unei valori mai mici de eroare. În plus, deoarece tranzițiile de la starea 11 la starea 11 și la starea 01 sunt eliminate, trecerea de la starea 10 la starea 11 corespunzătoare punctului de timp anterior nu are o continuare, prin urmare, poate fi, de asemenea, eliminată. În mod similar, tranziția corespunzătoare momentului anterior de timp de la starea 00 la 00 este eliminată.

Continuând raționamentul similar, putem calcula metrica tuturor căilor posibile și putem descrie toate căile posibile.

În același timp, numărul de căi posibile în sine se dovedește a nu fi atât de mare pe cât ar părea, deoarece majoritatea dintre ele sunt aruncate în procesul de construcție, ca neavând continuare (Fig. 25). De exemplu, în al șaselea ciclu al decodorului, conform algoritmului descris, rămân doar patru căi posibile.

În mod similar, la ultimul ciclu al decodorului, există doar patru căi posibile (Fig. 26), iar calea adevărată, restabilind în mod unic secvența de biți inițială 0101110010, corespunde metricii de eroare egală cu 0.

Când se construiesc diagramele de timp considerate, este convenabil să se afișeze metrica de eroare acumulată pentru diferite stări ale codificatorului sub forma unui tabel. Acest tabel este sursa informațiilor pe baza cărora este posibilă restabilirea secvenței inițiale de biți (Tabelul 4).

În cazul descris mai sus, am presupus că toți dibiții recepționați de decodor erau fără erori. Luați în considerare în continuare situația în care secvența primită de dibiți conține două erori. Fie în locul secvenței corecte 00 11 10 00 01 10 01 11 11 10, decodorul primește secvența 00 11 11 00 11 10 01 11 11 10, în care al treilea și al cincilea debit sunt defecte. Să încercăm să aplicăm algoritmul Viterbi discutat mai sus, pe baza alegerii căii cu cea mai mică metrică de eroare, la o anumită secvență și să aflăm dacă putem restabili secvența de biți inițială în forma corectă, adică să corectăm erorile greșite.

Până la primirea celui de-al treilea dibit (eșuat), algoritmul de calcul al metricii de eroare pentru toate tranzițiile posibile nu diferă de cazul considerat mai devreme. Până în acest punct, calea marcată în Fig. 1 a avut cea mai mică măsurătoare de eroare acumulată. 27 în roșu. După primirea unui astfel de dibit, nu mai există o cale cu o metrică de eroare cumulativă egală cu 0. Cu toate acestea, în acest caz, vor apărea două căi alternative cu o metrică egală cu 1. Prin urmare, este imposibil de aflat în această etapă care bit din secvența originală corespunde dibitului primit.

O situație similară va apărea la primirea celui de-al cincilea debit (de asemenea, defect) (Fig. 28). În acest caz, vor exista deja trei căi cu o metrică egală a erorilor acumulate și este posibil să se stabilească calea adevărată numai atunci când sunt primiți următorii dibiți.

După primirea celui de-al zecelea dibit, numărul de căi posibile cu diferite metrici ale erorilor acumulate va deveni destul de mare (Fig. 29), totuși, în diagrama de mai sus (folosind Tabelul 5, care arată metricile erorilor acumulate pentru diferite căi), nu este dificil să alegeți singura cale cu cea mai mică metrică (pe Fig. 29

Exemplul considerat de codificator convoluțional a avut doar patru stări diferite: 00, 01, 10 și 11. Tehnologia 1000Base-T folosește un encoder convoluțional pentru opt stări diferite (cu trei elemente de întârziere), de aceea este numit un encoder cu opt poziții . În plus, deoarece caracterele sunt transmise pe toate cele patru perechi răsucite ale cablului simultan folosind codificarea PAM-5 pe cinci niveluri, această codificare se numește 4D/PAM-5 cu patru dimensiuni.

O altă diferență semnificativă a codificatorului Trellis utilizat în tehnologia 1000Base-T este algoritmul de tranziție între diferitele stări ale codificatorului. În cel mai simplu exemplu al nostru, starea codificatorului în momentul următor a fost determinată numai de starea curentă și de bitul de intrare. Deci, dacă starea curentă este 00, iar bitul de intrare este 1, atunci următoarea stare, adică câmpul de deplasare de biți pentru celulele de stocare, va corespunde cu 10. Într-un encoder Trellis real cu opt poziții, există două comenzi. biții (de intrare) și tranzițiile între diferite stări sunt determinate de algoritm distanța cea mai mare dintre punctele constelației de semnal. După cum rezultă din Fig. 30, codificatorul Trellis implementează relația:

unde d 6 , d 7 și d 8 sunt, respectiv, biții de date de pe liniile 6, 7 și 8.

Să explicăm acest lucru cu un exemplu concret.

Amintiți-vă că codul PAM-5 folosește cinci niveluri pentru semnalizare: -2, -1, 0, +1, +2. În același timp, nivelurile +2/–2 corespund unei tensiuni de +1/–1 V, iar nivelurile +1/–1 corespund unei tensiuni de +0,5/–0,5 V. Ținând cont de acel patru semnal nivelurile sunt transmise simultan pe patru perechi răsucite și fiecare dintre aceste niveluri poate lua una din cinci valori, în total obținem 625 (5x5x5x5) combinații diferite de semnale. Este convenabil să descrieți diferitele stări posibile ale semnalului pe așa-numitul plan de semnal. Pe acest plan, fiecare stare de semnal posibilă este reprezentată de un punct de semnal, iar setul tuturor punctelor de semnal se numește constelație de semnal. Desigur, nu este posibil să descriem un spațiu cu patru dimensiuni, prin urmare, pentru claritate, să luăm în considerare o constelație de semnal bidimensională 5x5. O astfel de constelație poate corespunde în mod formal la două perechi răsucite. Să desenăm puncte de-a lungul axei X corespunzătoare unei perechi răsucite și de-a lungul axei Y - cealaltă. Apoi constelația noastră 2D va arăta așa cum se arată în Fig. 31 .

Rețineți că distanța minimă dintre două puncte ale unei astfel de constelații este 1.

Sub influența zgomotului și a atenuării semnalului, constelația semnalului suferă o distorsiune (Fig. 32), în urma căreia poziția fiecărui punct de semnal este neclară, iar distanța dintre ele este redusă. Ca urmare, punctele din constelația de semnal devin greu de distins și există o probabilitate mare de confuzie a acestora.

Prin urmare, una dintre sarcinile codificatorului Trellis este formarea unei constelații de semnal care să ofere distanța maximă dintre diferitele puncte de semnal. Pentru a înțelege cum se face acest lucru, notăm nivelurile semnalelor -1 și +1 prin X și nivelurile -2, 0, +2 prin Y. Apoi constelația inițială poate fi reprezentată așa cum se arată în Fig. 33 .

Prin împărțirea acestei constelații în două subconstelații, dintre care una este formată din punctele XX și YY, iar cealaltă din punctele XY și YX, este posibilă creșterea distanței dintre punctele semnalului până la (Fig. 34).

Când se utilizează două perechi răsucite, sarcina codificatorului Trellis este să trimită numai simboluri aparținând oricăreia dintre constelațiile de semnal, de exemplu, D0=XX+YY, peste o pereche răsucită și simboluri aparținând unei alte constelații, de exemplu D1 =XY+YX. Apoi, distanța dintre simbolurile trimise va deveni de două ori mai mare decât era în constelația originală. Ca urmare, recunoașterea punctelor din constelația semnalului este îmbunătățită, adică imunitatea la zgomot crește.

Un encoder trellis real funcționează aproximativ în același mod, generând simboluri trimise pe patru perechi răsucite, totuși, deoarece fiecare punct al constelației corespunde la patru coordonate (una pentru fiecare pereche) și fiecare punct poate lua valoarea X sau Y, atunci există sunt 16 combinații diferite pentru a forma opt sub-constelații:

În subconstelațiile rezultate, distanța minimă dintre puncte este de două ori mai mare decât în ​​constelația originală. În plus, distanța minimă dintre punctele a două subconstelații diferite este, de asemenea, egală cu 2. Aceste opt constelații de semnal sunt cele care formează diagrama de stare a codificatorului Trellis. De exemplu, starea codificatorului 000 corespunde unei combinații de puncte din constelațiile D0D2D4D6 în sensul că punctele din constelația D0 sunt transmise pe prima pereche, punctele din constelația D2 pe a doua pereche și așa mai departe. Următoarea stare posibilă a codificatorului va corespunde unei astfel de combinații în care distanța minimă dintre simbolurile trimise pentru fiecare pereche este 2.

Utilizarea codării trellis conform schemei descrise face posibilă reducerea raportului semnal-zgomot (SNR) cu 6 dB, adică creșterea semnificativă a imunității la zgomot în timpul transmisiei de date.

ComputerPress 2 "2002

Șablon de tehnologie Ethernet, scris în documentul IEEE 802.3. Aceasta este singura descriere a cadrului în format de strat MAC. În rețeaua Ethernet, este implementat un singur tip de cadru de strat de legătură, al cărui antet este un set de antete ale substraurilor MAC și LLC, care este un anumit .

• Ethernet DIX/Ethernet II, a apărut în 1980 ca urmare a muncii comune a trei companii, Xerox, Intel și Digital, care au introdus versiunea 802.3 ca standard internațional;
• Comitetul a adoptat 802.3 și l-a refăcut puțin. Deci au fost 802.3/LLC, 802.3/802.2 sau Novell 802.2;
• Brut 802.3 sau Novell 802.3- concepute pentru a-și accelera stiva de protocoale în rețelele Ethernet;
• Ethernet SNAP este rezultatul comitetului 802.2, care este adus la un standard comun și a devenit flexibil pentru viitoare posibile adăugari de câmpuri;

Astăzi, hardware-ul de rețea și software poate funcționa cu toate formatele de cadre, iar recunoașterea cadrelor funcționează automat, ceea ce reduce și unul dintre . Formatele de cadre sunt prezentate în Fig.1.

Poza 1

cadru 802.3/LLC

Acest antet de cadru combină câmpurile de antet ale cadrelor IEEE 802.3 și 802.2. Standardul 802.3 constă din:

• Câmpul de preambul- numit câmpul de sincronizare a octeților - 10101010. În codificarea Manchester, acest cod este modificat în mediul fizic într-un semnal cu o frecvență de 5 MHz.
• Porniți delimitator de cadre- este un octet 10101011. Acest câmp indică faptul că următorul octet este primul octet al antetului cadrului.
• Adresa de destinatie- Acest câmp poate avea 6 sau 2 octeți. De obicei, acest câmp este utilizat pentru o adresă MAC de 6 octeți.
• Sursa adresei- acesta este un câmp care conține 6 sau 2 octeți ai adresei MAC a gazdei sursă. Primul bit este întotdeauna 0.
• Lungime- un câmp care are o dimensiune de 2 octeți și conține lungimea câmpului de date din cadru.
• Câmp de date— câmpul poate avea de la 0 la 1500 de octeți. Dar dacă dintr-o dată datele ocupă mai puțin de 46 de octeți, atunci câmpul este folosit substituent, care completează câmpul la 46 de octeți.
• Câmp substituent- Oferă completarea câmpului de date dacă greutatea este mai mică de 46 de octeți. Este necesar pentru ca mecanismul de detectare a coliziunilor să funcționeze corect.
• Câmpul secvenței de control al cadrelor- Acest câmp conține o sumă de control de 4 octeți. Se utilizează algoritmul CRC-32/

Acest cadru este un cadru de substrat MAC, în câmpul său de date este un cadru de substrat LLC cu steagurile eliminate la sfârșitul și începutul cadrului prin care este transmis.

Cadru brut 802.3/Novell 802.3

Acest cadru a fost anterior un protocol de nivel de rețea în sistemul de operare MetWare. Dar acum că identificarea protocolului de nivel superior nu mai este necesară, cadrul a fost încapsulat într-un cadru MAC al unui cadru LLC.

Cadru Ethernet DIX/Ethernet II

Acest cadru are o structură similară cu cea a lui Ras 802.3. Dar câmpul de lungime de 2 octeți de aici are atribuiri de câmpuri de tip protocol. Indică tipul de protocol de nivel superior care și-a inclus pachetul în câmpul de date al acestui cadru. Aceste cadre se disting prin lungimea câmpului, dacă valoarea este mai mică de 1500, atunci acesta este câmpul de lungime, dacă este mai mare, atunci tipul.

Cadru Ethernet SNAP

Cadrul a apărut ca urmare a eliminării inconsecvenței în codificări de tip protocol. Protocolul este, de asemenea, utilizat în protocolul IP pentru a încapsula următoarele rețele: inel cu simboluri, FDDI, 100VC-AnyLan. Dar atunci când se transmite pachete IP prin Ethernet, protocolul folosește cadre Ethernet DIX.

protocol IPX

Acest protocol poate utiliza toate cele patru tipuri de cadre Ethernet. Acesta determină tipul verificând absența sau prezența câmpului LLC. De asemenea, în spatele câmpurilor DSAP/SSAP. Dacă câmpurile sunt 0xAA, atunci este un cadru SNAP, altfel este 802.3/LLC.