Кодування інформації в локальних мережах
Інформація в кабельних локальних мережах передається в закодованому вигляді, тобто кожному біту інформації, що передається відповідає свій набір рівнів електричних сигналів в мережевому кабелі. Модуляція високочастотних сигналів застосовується в основному в безкабельного мережах, в радіоканалах. У кабельних мережах передача йде без модуляції або, як ще кажуть, в основній смузі частот.
Правильний вибір коду дозволяє підвищити достовірність передачі інформації, збільшити швидкість передачі або знизити вимоги до вибору кабелю. Наприклад, при різних кодах гранична швидкість передачі по одному і тому ж кабелю може відрізнятися в два рази. Від обраного коду безпосередньо залежить також складність мережної апаратури (вузли кодування і декодування коду). Код повинен в ідеалі забезпечувати хорошу синхронізацію прийому, низький рівень помилок, роботу з будь-якою довжиною переданих інформаційних послідовностей.
Деякі коди, що використовуються в локальних мережах, показані на рис. 3.8. Далі будуть розглянуті їх переваги та недоліки.
Мал. 3.8. Найбільш поширені коди передачі інформації
Код NRZ (Non Return to Zero - без повернення до нуля) - це найпростіший код, який представляє собою звичайний цифровий сигнал. Логічному нулю відповідає високий рівень напруги в кабелі, логічній одиниці - низький рівень напруги (або навпаки, що не є принциповим). Рівні можуть бути різної полярності (позитивної та негативної) або ж однієї полярності (позитивної або негативної). Протягом бітового інтервалу (bit time. BT), тобто часу передачі одного біта ніяких змін рівня сигналу в кабелі не відбувається.
До безперечних достоїнств коду NRZ відносяться його досить проста реалізація (вихідний сигнал не треба ні спеціально кодувати на передавальному кінці, ні декодувати на приймальному кінці), а також мінімальна серед інших кодів пропускна здатність лінії зв'язку, необхідна при даній швидкості передачі. Адже найбільш часта зміна сигналу в мережі буде при безперервному чергуванні одиниць і нулів, тобто при послідовності 1010101010. тому при швидкості передачі, що дорівнює 10 Мбіт / с (тривалість одного біта дорівнює 100 нс) частота зміни сигналу і відповідно необхідна пропускна здатність лінії складе 1 / 200нс = 5 МГц (рис. 3.9).
Мал. 3.9. Швидкість передачі і необхідна пропускна здатність при коді NRZ
Мал. 3.10. Передача в коді NRZ з синхросигналом
Найбільший недолік коду NRZ - це можливість втрати синхронізації приймачем під час прийому занадто довгих блоків (пакетів) інформації. Приймач може прив'язувати момент початку прийому тільки до першого (стартового) біту пакета, а протягом прийому пакета він змушений користуватися тільки внутрішнім тактовим генератором (внутрішнім годинником). Наприклад, якщо передається послідовність нулів або послідовність одиниць, то приймач може визначити, де проходять межі бітових інтервалів, тільки по внутрішнім годинником. І якщо годинник приймача розходяться з годинником передавача, то часове зрушення до кінця прийому пакета може перевищити тривалість одного або навіть декількох біт. В результаті відбудеться втрата переданих даних. Так, при довжині пакета в 10000 біт допустима розбіжність годин складе не більше 0,01% навіть при ідеальній передачі форми сигналу по кабелю.
Щоб уникнути втрати синхронізації, можна було б ввести другу лінію зв'язку для синхросигналу (рис. 3.10). Але при цьому необхідну кількість кабелю, число приймачів і передавачів збільшується в два рази. При великій довжині мережі і значній кількості абонентів це невигідно.
У зв'язку з цим код NRZ використовується тільки для передачі короткими пакетами (зазвичай до 1 Кбіт).
Великий недолік коду NRZ полягає ще й в тому, що він може забезпечити обмін повідомленнями (послідовностями, пакетами) тільки фіксованої, заздалегідь обговореної довжини. Справа в тому, що по інформації, що приймається приймач не може визначити, чи йде ще передача або вже закінчилася. Для синхронізації початку прийому пакета використовується стартовий службовий біт, чий рівень відрізняється від пасивного стану лінії зв'язку (наприклад, пасивний стан лінії за відсутності передачі - 0, стартовий біт - 1). Закінчується прийом після відліку приймачем заданої кількості біт послідовності (рис. 3.11).
Мал. 3.11. Визначає закінчення послідовності при коді NRZ
Найбільш відоме застосування коду NRZ - це стандарт RS232-C, послідовний порт персонального комп'ютера. Передача інформації в ньому ведеться байтами (8 біт), супроводжуються стартовим і стоповим битами.
Три інших коду (RZ, манчестерський код. Біфазної код) принципово відрізняються від NRZ тим, що сигнал має додаткові переходи (фронти) в межах бітового інтервалу. Це зроблено для того, щоб приймач міг підлаштовувати свій годинник під який приймає сигнал на кожному бітовому інтервалі. Відстежуючи фронти сигналів, приймач може точно синхронізувати прийом кожного біта. В результаті невеликі розбіжності годин приймача і передавача вже не мають значення. Приймач може надійно приймати послідовності будь-якої довжини. Такі коди називаються самосінхронізірующіхся. Можна вважати, що самосинхронізуються коди несуть в собі синхросигнал.