Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 1 RETI DI CALCOLATORI Prof

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RETI DI CALCOLATORI

Prof. PIER LUCA MONTESSORO Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Udine

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Nota di Copyright

Lezione 13 Codifiche di livello fisico

Lezione 13: indice degli argomenti

• Il problema della sincronizzazione e della banda passante

• NRZ

• NRZI

• Manchester

• MLT-3

• Codifiche per velocità di 1 Gb/s e superiori

Codifica bipolare (RZ: return-to-zero)

0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0

+

- flusso di bit clock del trasmettitore

0

RICHIEDE 3 LIVELLI RZ

Codifica NRZ: non-return-to-zero

0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 flusso di bit

clock del trasmettitore

RICHIEDE 2 LIVELLI NRZ

+

-

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Analisi di NRZ

• Non garantisce il sincronismo per sequenze di bit uguali

• La sequenza che genera il massimo numero di transizioni nell’unità di tempo è: 01010101...

Analisi di NRZ

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 flusso di bit

NRZ +

- T_b

T_f

rate bit f

T

T_f _b _f

2 2 ⇒ =1

=

Esempio: 1 Mb/s ⇒ f_f= 500 kHz

Codifica Manchester

0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0

+

- flusso di bit clock del trasmettitore

CODIFICA INSIEME IL CLOCK E I DATI Manchester

Analisi della codifica Manchester

• Garantisce il sincronismo introducendo una transizione 0-1 o 1-0 in ogni bit

• La sequenza che genera il massimo numero di transizioni nell’unità di tempo è una sequenza di tutti 0 o tutti 1

• NOTA: bisogna segnalare al ricevitore il momento esatto in cui inizia il primo bit:

… ^{0 0} ⁰ ⁰ … ? … ^{1 1 1 1} …

Analisi della codifica Manchester

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 flusso di bit

Manchester +

- T_b

T_f

rate bit f T

T_f = _b ⇒ _f =

Esempio: 10 Mb/s ⇒ f_f= 10 MHz Ethernet!!!

NRZI: non-return-to-zero-inverted (on one)

0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 flusso di bit

TRANSIZIONE = 1 MANTIENE LO STATO = 0 NRZI

+

-

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Analisi di NRZI

• Non garantisce il sincronismo per sequenze di bit tutti a 0

• La sequenza che genera il massimo numero di transizioni nell’unità di tempo è una sequenza di tutti 1

Come garantire il sincronismo?

• Bisogna garantire la presenza, ogni tanto, di un bit a 1 (che viene codificato con una transizione)

• Si utilizza una “transcodifica” dei dati da trasmettere: 4B5B: ogni 5 bit è garantita la presenza di almeno un uno

4B5B

4B5B encoder

0000 11110

NRZI encoder in trasmissione:

in ricezione:

NRZI decoder

11110 4B5B decoder

0000

4B5B: alcuni esempi

simbolo codifica significato

0 11110 quartetto di dato di valore 0 1 01001 quartetto di dato di valore 1 2 10100 quartetto di dato di valore 2

... ... ...

E 11100 quartetto di dato di valore 14 F 11101 quartetto di dato di valore 15 Q 00000 linea in stato “quiet”

I 11111 linea in stato “idle”

H 00100 halt

J 11000 start delimiter (I parte) K 10001 start delimiter (II parte)

4B5B INTRODUCE UN

OVERHEAD DEL 25% (1 BIT OGNI 4)

Esempio:

100 Mb/s ⇒ 125 Mb/s sul mezzo trasmissivo

Analisi di NRZI

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 flusso di bit

NRZI +

- T_b

T_f

rate bit f

T

T_f _b _f

2 2 ⇒ =1

=

Esempio: 125 Mb/s ⇒ f_f= 62.5 MHz

Fast Ethernet su fibra ottica!!!

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Codifica MLT-3

0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 flusso di bit

LO STATO CAMBIA (BIT A 1) CICLICAMENTE:

0+0-0+0-0+...

MLT-3 +

- 0

Analisi di MLT-3

• Non garantisce il sincronismo per sequenze di bit tutti a 0 (come NRZI)

• La sequenza che genera il massimo numero di transizioni nell’unità di tempo è una sequenza di tutti 1 (come NRZI)

• Richiede un miglior rapporto S/N rispetto a NRZI

Analisi di MLT-3

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 flusso di bit

MLT-3 +

- T_b

T_f

rate bit f

T

T_f _b _f

4 4 ⇒ =1

=

Esempio: 125 Mb/s ⇒ f_f= 31.25 MHz 0

Fast Ethernet su doppino!!!

Negli standard per i cavi…

ecco spiegato il perché di questi strani valori

Codifiche per velocità di 1 Gb/s e superiori

• Codifica 8B10B

• garantisce la trasmissione di un numero di transizioni sufficiente a consentire la sincronizzazione del ricevitore

byte proveniente dal sottolivello MAC

11111111 encoder 8B/10B

1010110001 sequenza di 10 bit per la trasmissione

Usata in Gigabit Ethernet su fibra ottica!!!

• PAM 5

(5 level pulse amplitude modulation)

• codifica a 5 livelli

• 4 simboli, ciascuno su 5 livelli, codificano 5⁴= 625 valori

• 8 bit codificano 2⁸= 256 valori

• i simboli ridondanti sono usati per forwarding error correction

8 bit

encoder 4 simboli quinari

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• PAM 5

• i simboli quinari sono trasmessi a 125 Mbaud

• ciascun simbolo codifica (in media):

8/4 = 2 bit, quindi 125 Mbaud = 250 Mb/s

• utilizzando 4 coppie:

250 Mb/s x 4 coppie = 1000 Mb/s 8 bit

encoder

4 simboli quinari (125 Mbaud)

Usata in Gigabit Ethernet su doppino!!!

Calcolo velocità trasmissiva con PAM5

• A 1 Gb/s un byte arriva ogni 8 ns

• Ogni byte è codificato con un gruppo di 4 simboli quinari

• I simboli sono trasmessi in parallelo su 4 coppie, quindi su ogni coppia viaggia un simbolo ogni 8 ns → 1 / 8ns = 125 Mbaud

• La massima frequenza della fondamentale risulta essere 125 Mbaud / 2 = 62.5 MHz, compatibile con cavi di categoria 5E

• Attenzione:

il passaggio a codifiche su più livelli richiede un maggior rapporto S/N

• Quando è stata sviluppata la tecnologia per Gigabit Ethernet sono stati aggiornati gli standard per i componenti del cablaggio

Bibliografia

• Libro “Reti locali: dal cablaggio all’internetworking”

contenuto nel CD-ROM omonimo

• Capitolo 3 e parte del capitolo 11

Come contattare il prof. Montessoro

E-mail: montessoro@uniud.it Telefono: 0432 558286

Fax: 0432 558251 URL: www.montessoro.it