Кодирование информации

Используемый способ кодирования информации зависит в первую очередь от среды передачи информации. Существуют следующие среды:

• коаксиальные кабели (coaxial cable);

• кабели на основе витых пар (twisted pair) - экранированные (shielded twisted pair, STP) и неэкранированные (unshielded twisted pair, UTP);

• оптоволоконные кабели (fiber optic);

• бескабельные каналы передачи информации.

Кодирование передаваемой по сети информации имеет самое непосредственное отношение к соотношению максимально допустимой скорости передачи и пропускной способности используемой среды передачи. Например, при разных кодах предельная скорость передачи по одному и тому же кабелю может отличаться в два раза. От выбранного кода прямо зависят также сложность сетевой аппаратуры и надежность передачи информации. В табл. 9.1 приведены типы кабелей для организации одной из наиболее популярной в настоящее время топологии Fast Ethernet (100 Мбит/сек).

Таблица 9.1

Некоторые коды, используемые в сетях, показаны на рис. 9.3.

Код NRZ (Non Return to Zero - без возврата к нулю) - это простейший код, к достоинствам которого относится простая реализация и минимальная среди других кодов пропускная способность линии связи, требуемая при данной скорости передачи. Недостатком кода NRZ является возможность потери синхронизации приемником при приеме слишком длинных пакетов. Приемник может привязывать момент начала приема только к первому (стартовому) биту пакета, а в течение приема пакета он может пользоваться только внутренним тактовым генератором.

Манчестерский код, получил наибольшее распространение в локальных сетях и относится к самосинхронизирующимся кодам. Логическому нулю соответствует положительный переход в центре периода (то есть первый полупериод - низкий уровень, второй - высокий), а логической единице соответствует отрицательный переход в центре периода. Именно наличие перехода в центре периода обеспечивает самосинхронизацию, что дает возможность передавать информацию сколь угодно большими пакетами без потерь из-за рассинхронизации.

Рис. 9.3. Распространенные коды передачи информации

Достоинство манчестерского кода — отсутствие постоянной составляющей (половину периода сигнал положительный, половину - отрицательный). Если же один из уровней сигнала в манчестерском коде нулевой (как, например, в сети Ethernet), то величина постоянной составляющей в течение передачи будет равна примерно половине амплитуды сигнала. Это позволяет легко фиксировать столкновения пакетов в сети (коллизию) по отклонению величины постоянной составляющей. При манчестерском кодировании очень просто определить, идет передача или нет, то есть детектировать занятость сети. Для этого достаточно контролировать, происходит ли изменение сигнала в течение битового интервала. Обнаружение несущей частоты необходимо, например, для определения момента начала и конца принимаемого пакета, а также для предотвращения начала передачи в случае занятости сети (когда передает какой-то другой абонент).

Код RZ (Return to Zero - с возвратом к нулю), в отличие от рассмотренных, является трехуровневым: после значащего уровня сигнала в первой половине периода следует возврат к «нулевому» уровню в середине каждого периода. Логическому нулю, таким образом, соответствует положительный импульс, логической единице - отрицательный в первом полупериоде. Благодаря наличию перехода в центре периода, код RZ также является самосинхронизирующимся.

Недостаток кода RZ состоит в том, что для него требуется вдвое большая полоса пропускания канала при той же скорости передачи по сравнению с NRZ (так как здесь на один бит приходится два изменения уровня напряжения). Код RZ применяется не только в сетях на основе электрического кабеля, но и в оптоволоконных сетях. Поскольку в них не существует положительных и отрицательных уровней сигнала, используется три уровня: отсутствие света, «средний» свет, «сильный» свет. Это очень удобно: даже когда нет передачи информации, свет все равно присутствует, что позволяет легко определить целостность оптоволоконной линии связи.

Для увеличения пропускной способности канала связи с узкой полосой пропускания, например по телефонным линиям в глобальных сетях, применяется модуляция информационными импульсами высокочастотного аналогового сигнала. При прохождении по каналу связи аналогового сигнала (синусоидального) не искажается форма сигнала, а только уменьшается его амплитуда, а в случае цифрового сигнала еще и искажается форма сигнала.

К самым простым видам аналогового кодирования относятся:

· амплитудная модуляция (AM), при которой логической единице соответствует наличие сигнала, а логическому нулю - его отсутствие (или сигнал меньшей амплитуды), частота сигнала остается постоянной;

· частотная модуляция (ЧМ), при которой логической единице соответствует сигнал более высокой частоты, а логическому нулю - сигнал более низкой частоты (или наоборот), амплитуда сигнала остается постоянной;

· фазовая модуляция (ФМ), при которой смене логического нуля на логическую единицу и логической единицы на логический нуль соответствует резкое изменение фазы синусоидального сигнала одной и той же частоты и амплитуды.

Чаще всего аналоговое кодирование используется в глобальных сетях. В локальных сетях оно применяется редко из-за необходимости использования кодирующего и декодирующего оборудования.