Ячеистая (сеточная) топология (соединение «каждый с каждым»)

Между каждой парой узлов устанавливается выделенная линия передачи данных. Это самая дорогая топологи. Но сообщения в такой сети могут передаваться по нескольким путям. Это повышает надежность. При увеличении числа узлов число связей соединений «каждый с каждым» растет пропорционально квадрату числа узлов.

Так же топология характеризуется наиболее высоким уровнем безопасности поскольку не требует транзитных узлов.

Физическая структура соединений узлов в сети является содержанием понятие физическая топология. Логическая топология фактическая структура взаимосвязей может образовываться настройкой коммутационного оборудования и ПО.

Во многих случаях логическая и физическая топология совпадают, но не всегда. Например, при физической топологии каждый с каждым, логическая топология может быть: кольцо, звезда или шина.

 

 

Геометрическое расположение объектов одинаковое, а топология сети различные.

Физическая топология – ячеистая, а логическая – кольцо

В кольцо объединяются концентраторы, к которым подключены абоненты с помощью двойных линий связи, создалось видимость звезды. Это не только пассивная звезда, как может показаться, а также и кольцо. Физически топология одинакова, а логически может быть различна: как кольцо, так и пассивная звезда.

 

1. Кодирование бит информации. Код NRZ. Проблема синхронизации приёмника и передатчика.

Существует два основных способа передачи цифровых сообщений – битовых последовательностей по физическому каналу:

- посылка бит в линию непосредственно путем присвоения каждому биту информации соответствующего набора уровней электрических сигналов в ЛПИ

 

-модуляцию несущей передаваемой информации либо по амплитуде, либо по фазе, либо по частоте и передача модулированного высокочастотного сигнала.

Последнее используется в основном в беспроводных сетях и радиоканалах.

В коде NRZ (Non Return to Zero – без возврата к нулю) логическому нулю соответствует высокий уровень напряжения в кабеле, а логической единице низкий или наоборот, что не принципиально. Уровни сигнала кроме того могут иметь разную или одинаковую полярность, что также не принципиально. В течении передачи одного бита (битового интервале) не происходит изменения уровня напряжения (без учета переходных процессов) в кабеле.

Переход от бита к биту одного уровня в этом способе кодирования никак не обозначается.

Наиболее распространенные методы кодирования информации:

Достоинства кода NRZ – простая реализация, а также минимальная потребная пропускная способность канала передачи, так как при других способах кодирования бит внутри битового интервала проходит изменение уровня напряжения.

Имеется проблема синхронизации последовательного кода, связанная с сохранением целостности передаваемой информации:

Недостаток кода NRZ – возможность потери синхронизации приемника и передатчика при передаче длительных последовательностей бит информации одного уровня, что ведет к потере целостности информации.

Например, если идет передача последовательностей нолей или единиц, приемник непосредственно по получаемой информации не может определить границы битовых интервалов и определится с количеством полученных нолей и единиц.

Здесь надежда на внутренние часы приемника и передатчика, по которым можно определить количество переданных подряд нолей или единиц.

Это можно сделать, если часы приемника и передатчика синхронны. Однако, это надежда разбивается возможной и допустимой рассинхронизацией «внутренних часов» передатчика и приемника.

Так, при длине пакета 12 000 бит (1500 байт) допустимое расхождение часов приемника и передатчика не должно составлять более 0.01 % что представляет довольно трудную инженерную задачу даже при предположении не искажении формы сигнала. При превышении этого уровня точности расхождение часов может превысить длительность одного или нескольких бит, что приводит к ошибке при передаче данных.

Во избежание потери при синхронизации иногда применяют специальную линию, по которой в течении передачи информации постоянно передают синхросигналы, по которым приемник определяет границы принимаемых бит. Но этот способ синхронизации увеличивает количество проводов, подходящих к приемникам и передатчикам сигнала в устройствах абонентов сети.

В сети Spice Wire используется DS кодирование – вариант метода синхронизации с дополнительным проводом. Имеются лини передачи данных (Д) и лини передачи строба (S). Сигнал строба каждый раз меняет свое состояние, когда на бита линии данных при передаче последующих уровень сигнала остается неизменным.

В связи с этим код NRZ без дополнительных линий синхросигналов может быть использован только для передачи коротких сообщений.

 

1. Самосинхронизирующиеся коды. Кодирование RZ. Провод для передачи синхроимпульсов.

Два остальных рассматриваемых нами способа кодирования (RZ и манчестерское кодирование) вводят изменение уровня сигнала на битовом интервале, что позволяет приемнику точно синхронизировать прием каждого бита и устранить угрозу целостности информации. В результате расхождения «внутренних часов» приемника и передатчика уже не имеет значение и приемник может надежно принимать последовательность битов любой длины. Такие коды называются самосинхронизирующиеся. За это приходится платить, код RZ требует в двое большей полосу пропускания канала при той же скорости передачи данных, так как на один битовой интервал приходится два изменения уровня сигнала.

Наличие трех уровней сигнала усложняет передатчик и приемник при кодировании RZ.

Код RZ применяется также в оптоволоконных сетях. При этом используется три уровня: отсутствие света, «средний свет», «сильный свет». Это очень удобно: даже когда нет передачи (средний свет) свет все равно присутствует, что позволяет оценивать целостность оптоволоконной линии связи без дополнительных средств тестирования.

Самосинхронизирующийся манчестерский код широко применяется в локальных сетях. В отличии от кода RZ он имеет не три, а два уровня. Логическому нулю соответствует отрицательный переход в центре битового интер

вала, а логическая единеце положительный переход. (возможно и наоборот).

Таким образом, логический ноль отличается от логической единицы фазой сигнала.

 

 

Код фазоманипулированный

Фазовая манипуляция всегда более помехоустойчивая чем амплитудная и поэтому код манчестер II обладает повышенной помехоустойчевостью по сравнению с NRZ и RZ.

Достоинство двухполярного симметричного манчестерского кода состоит в том, что при подаче любой последовательности бит, постоянная составляющая сигнала равна нулю. (чего нельзя сказать о коде NRZ). Это обеспечивает гальваническую развязку устройств в сети.

Если один из уровней сигнала в коде Манчестер II нулевой (сеть Ethernet), то величина постоянной составляющей в течении передачи будет равна и половине размаха сигнала. Это позволяет фиксировать столкновение пакетов в сети (коллизии), так как при коллизии уровень постоянной составляющей будет выше,чем половина размаха.

 

 

1. Самосинхронизирующийся код Манчестер II, код RZ.

RZ-команды в битовом интервале обозначается возвратом к нулю. При таком способе кодирования приемник четко видит границы бита. Основной недостаток: потребляемая частота передачи удваивается.

Манчестерское кодирование.

Межбитовый интервал обозначается тем, что фаза логической единице и логического нулю противоположны.

Преимущество: очень помехоустойчивое кодирование (фаза сигнала более помехоустойчива чем амплитуда).

Недостатки: высокая частота передачи.

 

 

1. Искажение сигнала при передаче по ЛПИ. Изменение состояния между входом и выходом канала связи при изменении частоты передачи. Волновые эффекты в линии передачи информации и искажение формы импульсов.

Рассматриваемые методы кодирования бит при передачи по кабелю ЛПИ похоже на последовательность электрических импульсов близких к прямоугольным с высокой частотой. Как носители цифровой информации, кроме проблемы синхронизации вызывают некоторые электродинамические проблемы, связанные с ослаблением мощности сигнала и искажением его формы вплоть до уровней невоспринемаемых приемником. Это сразу представляет угрозу для целостности информации передаваемой по ЛПИ.

Электродинамические угрозы.

1. Проблема связана с ограниченностью полосы пропускания канала связи и с динамическим ослаблением амплитуды сигнала и искажением формы в связи с этим.

2. Проблема связанная с наличием волновых явлений при передачи сигнала с высокой частотой. Эти явления приводят к отражению сигнала от всех неоднородностей ЛПИ, в частности от концов линии. Отраженный сигнал складывается с прямым, искажая форму импульса прямого сигнала иногда до недопустимых значений.

3. проблема. Затухание сигнала из-за рассеивания энергии в среде его передачи. В результате этих эффектов, приемник, настроенный на определенные параметры информационного сигнала (на крутой передний и задний фронт) не может выделить нужные фронты. Для уменьшения таких проблем необходимо уменьшить длину линии для того чтобы уменьшить искажение импульсов.

 

Волновые эффекты в линии передачи информации и искажение формы импульсов.

Форму импульса искажает не только малая пропускная способность, но и волновые эффекты, которые необходимо учитывать при высокочастотной передачи. Дело в том, что в ЛВС длина линии и частота передачи таковы, что время распространения сигнала между концами линии передачи данных или между узлами сети сопоставима с величиной времени нарастания сигнала. Такую ЭЛП надо рассматривать как длинную линию с определенными параметрами учитывать волновые эффекты при передачи импульсов с высокой частотой. В частности необходимо учитывать отражение сигнала от концов линии, а также от любых неоднородностей комплексного сопротивления. В длинных линиях необходимо учитывать распределение индуктивности и емкости, которые играют решающую роль в формировании волнового сопротивления. Величина волнового сопротивления Z является характеристикой высокочастотного колебания и обязательно указывается в документации. Величина Z должна равняться величине волнового сопротивления и тогда отражения не происходят. Форма прямого сигнала искажается из-за наложение на него отраженного сигнала, поэтому желательно иметь отражающий импульс с меньшей амплитудой.

 

1. Временное и частотное представление сигналов, полоса пропускания в канале связи.

 

1. Помехи в электрических цепях передачи информации. Гальванические, индуктивные и емкостные связи. Экранирование и повив проводов ЛПИ.Гальваническая развязка и заземление в ЛВС.

 

23. Электрические цепи, как среда передачи обладают одной неприятной особенностью – изменение тока или напряжения с помощью электромагнитного поля другой цепи. Это изменение тем больше, чем ближе эти цепи расположены.

Гальванические связи,развязки и заземление в ЛВС.

Если несколько электронных устройств имеют общее питание и неидеальное заземление, то могут возникнуть нежелательные гальванические воздействия в виде паразитных цепей, в которых текут паразитные токи. Способ борьбы: обеспечить для каждой цепи свой ИП, обеспечить гальваническую развязку.

Заземление представляет собой присоединение нескольких цепей к общему потенциалу земля. Когда компьютер не заземлен на его корпусе наводится потенциал 110В. При его автономной работе может произойти сбой. Если заземление сделано некачественно или наведенный потенциал сбрасывается не в одну точку, то имеется разность потенциалов. Паразитный ток может достигать значительных размеров, он убивает слаботочные узлы, которыми обязаны быть для связи компов между собой. Для этого нужна гальваническая развязка компов от кабеля. Эта развязка осуществляется через импульсные трансформаторы, которые пропускают информационные импульсы, а постоянные не пропускает.

Емкостные связи.

Между двумя проводниками всегда возникает емкостная связь, связанная с тем, что смена напряжения в одном проводнике наводит на другой ток. Емкостные связи уменьшаются с увеличением расстояния между кабелями. Другой способ: защитный экран вокруг проводника, он должен быть металлическим и заземленным. Такое экранирование обеспечивает защиту цепей от наводок.

Индуктивные связи.

Переменный ток возбуждает переменное магнитное поле, которое наводит в соседнем проводнике ЭДС магнитной индукции. Если проводник, в котором образуется ЭДС замкнутый контур, то в цепи возникнут паразитные токи. Он будет пропорционален площади охватываемой проводником. Для уменьшения паразитных токов желательно уменьшить площадь контура (скрутку проводов).

 

 

1. Защищенная сеть по MIL SТD 1553В (Гост Р-5207-2003). Физический уровень сети. Частота и дальность передачи.

Сеть создана для управления бортовой аппаратурой авиационно-космических изделий, имеющих в своем составе встроенные в БА ЦВМ. Стандарт сети утвержден впервые военным ведомством США в 1972 году под именем MILSTD 1553A. Стандарт получил широкое распространение во всем мире, и под этот стандарт произведены сотни тысяч образцов оборудования, соответствующих этому стандарту. Стандарт был утвержден в СССР в виде ГОСТ, а позже и в России. Последняя версия имеет наименование ГОСТ-Р-5207-2003.

Отличительная особенность стандарта – многоуровневые меры по защите предаваемой информации.

Физический уровень сети MILSTD 1553B

Рассматриваемая сеть имеет шинную топологию, к которой подключены абоненты – устройства интерфейса. Подключения абонентов возможны напрямую, а возможны на шлейфах (в отводах от шин) длинной до шести метров, что упрощает компоновку аппаратуры на объектах управления (спутниках, ракетах, самолетах). В последнем случае для согласования волновых сопротивлений шлейфов и линии передачи необходимо применение специальных согласующих устройств, описанных в стандарте. Среда передачи, предусмотренная стандартом – экранированная витая пара. Передача ведется фазоманипулированным кодом Манчестер II на частоте 1 МГц. Код Манчестер II нами рассмотрен ранее, является самосинхронизирующимся. На такой частоте передачи в линии имеют место волновые эффекты. С этим связаны ограничения на длину шлейфов и количество абонентов на линии – 32 (под адрес выделено 5 бит).

 

1. Сеть по MIL SТD 1553В (Гост Р-5207-2003). Подключение абонентов к ЛПИ, количество подключенных абонентов сети.

Централизованный метод доступа абонентов в сеть MILSTD1553B

На канальном уровне сети MILSTD1553B применен централизованный метод доступа абонентов в сеть. Один из абонентов сети объявлен центральным и называется контроллером сети. Остальные абоненты называются оконечными устройствами (ОУ) и играют подчиненную по отношению к контроллеру роль. ОУ постоянно слушают сеть, но не имеют права самостоятельно начать передачу до тех пор, пока не получат соответствующую команду от контроллера. Таким образом, обеспечивается разделение ресурсов общей шины между ОУ и контроллером. В каждый момент времени на линии может вести передачу только один абонент – контроллер либо Оу.

Передача каждым абонентом линии не может вестись сверх определенного времени, равного максимальной возможной длительности непрерывной передачи, вытекающей из формата сообщений. Это время равно 800 мсек и должно контролирется специальным встроенным таймером, имеющимся в каждом ОУ и контроллере. Однако, не все производители оборудования придерживаются этого условия.

Передача команд и данных от контроллера к ОУ квитируется ОУ путем посылки им в ответ на полученную команду или данные «ответного слова» в контроллер. В ответном слове ОУ сообщает не только факт приема сообщения от контроллера, но и состояние абонента (его исправность или неисправность), а также состояние самого ОУ. Абонент формирует признаки своего состояния и засылает их в ОУ по своей внутренней логике, которая согласовывается дополнительно с разработчиком конкретной сети. Эта логика реализуется на прикладном уровне разработчиком ПО.

Отсутствие ответного слова в течение заданного времени рассматривается контроллером как нештатная ситуация. Порядок действий в этом случае стандартом не определен. Обычно контроллер повторяет передачу. Делает это также ПО прикладного уровня.