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
+ -
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
+ -
Tb
Tf
rate bit
f T
Tf b f
2 2 ⇒ = 1
=
Esempio: 1 Mb/s ⇒ ff = 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 +
-
Tb
Tf
rate bit
f T
Tf = b ⇒ f =
Esempio: 10 Mb/s ⇒ f
NRZI: non-return-to-zero-inverted (on one)
0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 flusso di bit
clock del
trasmettitore
TRANSIZIONE = 1
MANTIENE LO STATO = 0
NRZI
+ -
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
+ -
Tb
Tf
rate bit
f T
Tf b f
2 2 ⇒ = 1
=
Esempio: 125 Mb/s ⇒ ff = 62.5 MHz
Fast
Ethernet su fibra ottica!!!
Codifica MLT-3
0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 flusso di bit
clock del
trasmettitore
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
+ -
Tb
Tf
rate bit
f T
Tf b f
4 4 ⇒ = 1
=
0
Fast
Ethernet su
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
Codifiche per velocità di 1 Gb/s e superiori
• 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
Codifiche per velocità di 1 Gb/s e superiori
• 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)
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
Codifiche per velocità di 1 Gb/s e superiori
• 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