Y el rendimiento es superior a 1. Conceptos básicos de las redes Ethernet. Comprender la tecnología Ethernet

Ancho de banda

La tarea principal para la cual se construye cualquier red es transferencia rápida información entre computadoras. Por esta razón, los criterios relacionados con la capacidad de una red o parte de una red son un buen indicador de qué tan bien la red desempeña su función principal.

existe gran número opciones para definir criterios de este tipo, al igual que en el caso de los criterios de la clase “tiempo de reacción”. Estas opciones pueden diferir entre sí: la unidad de cantidad seleccionada información transmitida, la naturaleza de los datos que se tienen en cuenta: solo los datos del usuario o los datos del usuario junto con los datos del servicio, el número de puntos de medición del tráfico transmitido, el método para promediar los resultados para la red en su conjunto. consideremos varias maneras construir el criterio de capacidad con más detalle.

Criterios que difieren en la unidad de medida de la información transmitida. La unidad de medida de la información transmitida suele ser paquetes (o tramas, estos términos se usarán indistintamente) o bits. En consecuencia, el rendimiento se mide en paquetes por segundo o bits por segundo.

Porque redes informáticas trabajar según el principio de conmutación de paquetes (o tramas), entonces tiene sentido medir la cantidad de información transmitida en paquetes, especialmente porque el rendimiento de los equipos de comunicación que operan en nivel de enlace y superiores, también medidos con mayor frecuencia en paquetes por segundo. Al mismo tiempo, debido a tamaño variable paquete (esto es típico de todos los protocolos excepto ATM, que tiene tamaño fijo paquetes de 53 bytes), medir el rendimiento en paquetes por segundo está asociado con cierta incertidumbre: ¿a qué protocolo y a qué tamaño se refieren los paquetes? La mayoría de las veces se refieren a paquetes. protocolo ethernet, como el más común, teniendo un tamaño de protocolo mínimo de 64 bytes (sin preámbulo). Se eligieron paquetes de longitud mínima como paquetes de referencia debido a que crean el modo de funcionamiento más difícil para los equipos de comunicación: las operaciones computacionales realizadas con cada paquete que llega dependen muy poco de su tamaño y, por lo tanto, el procesamiento por unidad de información transferida tiene una longitud mínima. paquete requiere mucha ejecución más operaciones que para un paquete de longitud máxima.

Medir el rendimiento en bits por segundo (para redes locales, las velocidades se miden en millones de bits por segundo; los Mb/s son más típicos) proporciona más evaluación precisa velocidad de transmisión de información que cuando se utilizan paquetes.

Criterios que se diferencian al tener en cuenta información propietaria. Cualquier protocolo tiene un encabezado que lleva información de servicio y un campo de datos que lleva información considerada para de este protocolo costumbre. Por ejemplo, en una trama de protocolo Ethernet tamaño mínimo 46 bytes (de 64) representan el campo de datos y los 18 restantes son información de servicio. Cuando se mide el rendimiento en paquetes por segundo, es imposible separar la información del usuario de la información del servicio, pero cuando se mide bit a bit, es posible.

Si el rendimiento se mide sin dividir la información en usuario y servicio, entonces en este caso No puede establecer la tarea de elegir un protocolo o una pila de protocolos para una red determinada. Esto se explica por el hecho de que incluso si al reemplazar un protocolo por otro obtenemos un mayor rendimiento de la red, esto no significa que la red funcionará más rápido para los usuarios finales, si la proporción de información de servicio por unidad de datos de usuario para estos protocolos es diferente (y en caso general esto es cierto), entonces puede elegir una opción de red más lenta como la óptima. Si el tipo de protocolo no cambia al configurar la red, entonces puede utilizar criterios que no separe los datos del usuario del flujo general.

Al probar el rendimiento de la red en nivel de aplicación La forma más sencilla de medir el rendimiento es mediante los datos del usuario. Para ello, basta con medir el tiempo que lleva transferir un archivo de cierto tamaño entre el servidor y el cliente y dividir el tamaño del archivo por el tiempo resultante. Para medir el rendimiento general, se requieren herramientas de medición especiales: analizadores de protocolos o agentes SNMP o RMON integrados en los sistemas operativos. adaptadores de red o equipos de comunicaciones.

Criterios que difieren en el número y ubicación de los puntos de medición. El ancho de banda se puede medir entre dos nodos o puntos cualesquiera de la red, por ejemplo, entre la computadora cliente 1 y el servidor 3 en el ejemplo que se muestra en la Figura 1.2. En este caso, los valores de rendimiento resultantes cambiarán bajo las mismas condiciones operativas de la red, en función de entre qué dos puntos se toman las mediciones. Dado que la red funciona simultáneamente. gran número computadoras de usuario y servidores, entonces descripción completa El rendimiento de la red proporciona un conjunto de rendimientos medidos para varias combinaciones computadoras que interactúan: la llamada matriz de tráfico de nodos de red. Hay medios especiales mediciones que registran la matriz de tráfico para cada nodo de la red.

Dado que en las redes los datos en el camino hacia el nodo de destino generalmente pasan por varias etapas de procesamiento intermedio de tránsito, el rendimiento de un elemento de red intermedio individual (un canal, segmento o dispositivo de comunicación separado) puede considerarse como un criterio de eficiencia.

Conocer el rendimiento total entre dos nodos no puede proporcionar información completa oh formas posibles su aumento, ya que de la cifra total es imposible entender cuál de las etapas intermedias del procesamiento de paquetes ralentiza en mayor medida la red. Por esta razón, los datos de rendimiento elementos individuales Las redes pueden ser útiles para decidir cómo optimizarlas.

En este ejemplo, los paquetes en camino desde computadora cliente 1 al servidor 3 pasan a través de los siguientes elementos de red intermedios:

Segmento AR SwitchR Segmento BR Enrutador R Segmento CR RepetidorR Segmento D.

Cada uno de estos elementos tiene un cierto rendimiento, por lo tanto, el rendimiento total de la red entre la computadora 1 y el servidor 3 será igual al rendimiento mínimo de los componentes de la ruta y el retraso en la transmisión de un paquete (una de las opciones para determinar el tiempo de respuesta). será igual a la suma de los retrasos introducidos por cada elemento. Para aumentar el rendimiento de una ruta de varias partes, primero debe prestar atención a los elementos más lentos; en este caso, lo más probable es que dicho elemento sea el enrutador.

Tiene sentido definir el rendimiento total de la red como la cantidad promedio de información transmitida entre todos los nodos de la red por unidad de tiempo. El rendimiento total de la red se puede medir en paquetes por segundo o en bits por segundo. Al dividir una red en segmentos o subredes, la capacidad total de la red es igual a la suma de las capacidades de las subredes más la capacidad de los enlaces entre segmentos o entre redes.

Rendimiento: concepto y tipos. Clasificación y características de la categoría "Rendimiento" 2017, 2018.

Con el progreso tecnológico, las capacidades de Internet también se han ampliado. Sin embargo, para que el usuario pueda aprovecharlos al máximo, es necesario un sistema estable y conexión de alta velocidad. En primer lugar, depende del rendimiento de los canales de comunicación. Por tanto, es necesario descubrir cómo medir la velocidad de transferencia de datos y qué factores influyen en ella.

¿Cuál es la capacidad del canal de comunicación?

Para familiarizarse y comprender nuevo término, necesitas saber qué es un canal de comunicación. si hablamos en lenguaje sencillo, los canales de comunicación son dispositivos y medios a través de los cuales se produce la transmisión a distancia. Por ejemplo, la comunicación entre computadoras se realiza mediante fibra óptica y redes de cable. Además, un método común de comunicación es a través de un canal de radio (una computadora conectada a un módem o una red Wi-Fi).

El ancho de banda es la velocidad máxima de transmisión de información en una unidad de tiempo específica.

Normalmente, se utilizan las siguientes unidades para indicar el rendimiento:

Medición de ancho de banda

Medición del ancho de banda: suficiente operación importante. Se lleva a cabo con el fin de conocer velocidad exacta Conexiones a Internet. La medición se puede realizar siguiendo los siguientes pasos:

• La más sencilla es descargar un archivo grande y enviarlo al otro extremo. La desventaja es que es imposible determinar la precisión de la medición.
• Además, puede utilizar el recurso speedtest.net. El servicio le permite medir el ancho del canal de Internet que "conduce" al servidor. Sin embargo, este método tampoco es adecuado para mediciones holísticas; el servicio proporciona al servidor datos sobre toda la línea y no sobre un canal de comunicación específico. Además, el objeto que se está midiendo no tiene acceso a red mundial Internet.
• La solución óptima para la medición es la utilidad cliente-servidor Iperf. Le permite medir el tiempo y la cantidad de datos transferidos. Una vez completada la operación, el programa proporciona al usuario un informe.

Gracias a los métodos anteriores, puedes problemas especiales medida velocidad real Conexiones a Internet. Si las lecturas no satisfacen sus necesidades actuales, es posible que deba pensar en cambiar de proveedor.

Cálculo del ancho de banda

Para encontrar y calcular la capacidad de una línea de comunicación, es necesario utilizar el teorema de Shannon-Hartley. Dice: puede encontrar el rendimiento de un canal de comunicación (línea) calculando la relación mutua entre el rendimiento potencial, así como el ancho de banda de la línea de comunicación. La fórmula para calcular el rendimiento es la siguiente:

I=Glog 2 (1+A s /A n).

En esta fórmula, cada elemento tiene su propio significado:

• I- denota el parámetro de rendimiento máximo.
• GRAMO- parámetro del ancho de banda destinado a la transmisión de señales.
• Como/ Un- relación de ruido y señal.

El teorema de Shannon-Hartley nos permite decir que para reducir ruido externo o para aumentar la intensidad de la señal, lo mejor es utilizar un cable de datos ancho.

Métodos de transmisión de señales.

Hoy en día, existen tres formas principales de transmitir señales entre computadoras:

• Transmisión por redes de radio.
• Transmisión de datos por cable.
• Transmisión de datos a través de conexiones de fibra óptica.

Cada uno de estos métodos tiene características individuales de canales de comunicación, que se analizarán a continuación.

Las ventajas de transmitir información a través de canales de radio incluyen: versatilidad de uso, facilidad de instalación y configuración de dichos equipos. Como regla general, para la recepción y el método se utiliza un transmisor de radio. Puede ser un módem para una computadora o un adaptador Wi-Fi.

Las desventajas de este método de transmisión incluyen inestabilidad y relativamente baja velocidad, mayor dependencia de la presencia de torres de radio, así como el alto costo de uso ( internet movil casi el doble que uno “fijo”).

Las ventajas de la transmisión de datos por cable son: confiabilidad, facilidad de operación y mantenimiento. La información se transmite a través de corriente eléctrica. En términos relativos, una corriente con un determinado voltaje se mueve del punto A al punto B. Posteriormente, A se convierte en información. Los cables pueden soportar cambios de temperatura, flexiones y impacto mecanico. Las desventajas incluyen una velocidad inestable, así como el deterioro de la conexión debido a la lluvia o tormentas eléctricas.

Quizás la tecnología de transmisión de datos más avanzada actualmente sea el uso de cable de fibra óptica. En el diseño de los canales de comunicación de la red de canales de comunicación se utilizan millones de pequeños tubos de vidrio. Y la señal transmitida a través de ellos es un pulso de luz. Dado que la velocidad de la luz es varias veces mayor que la velocidad de la corriente, esta tecnología ha permitido acelerar la conexión a Internet varios cientos de veces.

Las desventajas incluyen la fragilidad de los cables de fibra óptica. En primer lugar, no lo soportan. daño mecánico: los tubos rotos no pueden transmitir una señal luminosa a través de sí mismos y los cambios bruscos de temperatura también provocan su agrietamiento. Bueno, el aumento de la radiación de fondo enturbia los tubos; debido a esto, la señal puede deteriorarse. Además, el cable de fibra óptica es difícil de reparar si se rompe, por lo que hay que sustituirlo por completo.

Lo anterior sugiere que con el tiempo se mejoran los canales de comunicación y las redes de canales de comunicación, lo que conduce a un aumento en las tasas de transferencia de datos.

Capacidad media de las líneas de comunicación.

De lo anterior, podemos concluir que los canales de comunicación difieren en sus propiedades, que afectan la velocidad de transferencia de información. Como se mencionó anteriormente, los canales de comunicación pueden ser cableados, inalámbricos o basados ​​en el uso de cables de fibra óptica. El último tipo de creación de redes de datos es el más eficaz. Y la capacidad media de su canal de comunicación es de 100 Mbit/s.

¿Qué es un latido? ¿Cómo se mide la tasa de bits?

La tasa de bits es una medida de la velocidad de conexión. Calculado en bits, las unidades más pequeñas de almacenamiento de información, por 1 segundo. Era inherente a los canales de comunicación en la era del "desarrollo temprano" de Internet: en ese momento en red mundial Se transfirieron principalmente archivos de texto.

Actualmente, la unidad de medida básica es 1 byte. Éste, a su vez, es igual a 8 bits. Los usuarios principiantes hacen muy a menudo grave error: Confundir kilobits y kilobytes. Aquí surge la confusión cuando un canal con un ancho de banda de 512 kbps no cumple con las expectativas y produce una velocidad de sólo 64 KB/s. Para evitar confusiones, es necesario recordar que si se utilizan bits para indicar la velocidad, la entrada se realizará sin abreviaturas: bit/s, kbit/s, kbit/s o kbps.

Factores que afectan la velocidad de Internet

Como sabes, la velocidad final de Internet depende del ancho de banda del canal de comunicación. La velocidad de transferencia de información también se ve afectada por:

• Métodos de conexión.

Ondas de radio, cables y cables de fibra optica. Las propiedades, ventajas y desventajas de estos métodos de conexión se discutieron anteriormente.

• Carga del servidor.

Cuanto más ocupado está el servidor, más lento recibe o transmite archivos y señales.

• Interferencia externa.

La interferencia tiene el mayor impacto en las conexiones creadas mediante ondas de radio. esto es causado teléfonos celulares, receptores de radio y otros receptores y transmisores de señales de radio.

• Estado equipo de red.

Por supuesto, los métodos de conexión, el estado de los servidores y la presencia de interferencias influyen. papel importante en asegurar internet de alta velocidad. Sin embargo, incluso si los indicadores anteriores son normales y la velocidad de Internet es baja, el problema está oculto en el equipo de red de la computadora. Las tarjetas de red modernas son capaces de soportar conexiones a Internet a velocidades de hasta 100 Mbit por segundo. Tarjetas anteriores podría proporcionar un rendimiento máximo de 30 y 50 Mbit por segundo, respectivamente.

¿Cómo aumentar la velocidad de Internet?

Como se mencionó anteriormente, el rendimiento de un canal de comunicación depende de muchos factores: el método de conexión, el rendimiento del servidor, la presencia de ruido e interferencias, así como el estado del equipo de red. Para aumentar la velocidad de conexión en casa, puedes sustituir los equipos de red por otros más avanzados, así como cambiar a otro método de conexión (desde ondas de radio hasta cable o fibra óptica).

En conclusión

En resumen, cabe decir que el ancho de banda del canal de comunicación y la velocidad de Internet no son lo mismo. Para calcular la primera cantidad es necesario utilizar la ley de Shannon-Hartley. Según él, se puede reducir el ruido y aumentar la intensidad de la señal reemplazando el canal de transmisión por uno más ancho.

También es posible aumentar la velocidad de su conexión a Internet. Pero se lleva a cabo cambiando de proveedor, reemplazando el método de conexión, mejorando el equipo de red y también protegiendo los dispositivos para transmitir y recibir información de fuentes que causan interferencias.

Ancho de banda

Ancho de banda- característica métrica que muestra la relación cantidad máxima pasar unidades (información, objetos, volumen) por unidad de tiempo a través de un canal, sistema, nodo.

Utilizado en varios campos:

• en comunicaciones e informática, P.S. es la cantidad máxima alcanzable de información transmitida;
• en transporte PS: el número de unidades de transporte;
• en ingeniería mecánica: el volumen de aire que pasa (aceite, grasa).

Se puede medir en varias unidades, a veces muy especializadas: piezas, bits/segundo, toneladas, metros cúbicos, etc.

En informática, la definición de ancho de banda suele aplicarse a un canal de comunicación y se define como la cantidad máxima de información transmitida o recibida por unidad de tiempo.
El ancho de banda es uno de los factores más importantes desde el punto de vista del usuario. Se estima por la cantidad de datos que la red puede, como límite, transferir por unidad de tiempo de un dispositivo conectado a otro.

Capacidad del canal

La velocidad de transmisión de información más alta posible en un canal determinado se denomina rendimiento. La capacidad del canal es la velocidad de transmisión de información cuando se utiliza la "mejor" fuente, codificador y decodificador "mejor" (óptimo) para un canal determinado, por lo que caracteriza solo el canal.

Rendimiento de un canal discreto (digital) sin interferencias

C = log(m) bits/símbolo

donde m es la base del código de señal utilizado en el canal. Velocidad de transferencia de información canal discreto sin ruido (canal ideal) es igual a su capacidad cuando los símbolos en el canal son independientes y todos los m símbolos del alfabeto son igualmente probables (usados ​​con la misma frecuencia).

Ancho de banda de la red neuronal

El rendimiento de una red neuronal es el promedio aritmético entre los volúmenes de información procesada y creada. red neuronal por unidad de tiempo.

Ver también

• Lista de capacidades de interfaz de datos

Fundación Wikimedia.

2010.

Ancho de banda Vea qué es “Ancho de banda” en otros diccionarios: - el flujo de agua a través de los accesorios de drenaje cuando el embudo de salida no esté inundado. Fuente: GOST 23289 94: Accesorios de drenaje sanitario. Presupuesto documento original...

Diccionario-libro de referencia de términos de documentación normativa y técnica. La cantidad total de productos petrolíferos que se pueden bombear a través de un oleoducto (a través de una terminal) por unidad de tiempo. La capacidad de almacenamiento de un tanque (parque de tanques) es la cantidad total de productos derivados del petróleo que se pueden almacenar en... ...

Diccionario financiero rendimiento - Consumo de peso ambiente de trabajo a través de la válvula. [GOST R 12.2.085 2002] rendimiento KV Caudal de líquido (m3/h), con una densidad igual a 1000 kg/m3, pasado por el organismo regulador con una caída de presión a través de él de 1 kgf/cm2 Nota. Actual... ...

Guía del traductor técnico información que se puede procesar por unidad de tiempo, medida en bits/s... Diccionario psicológico

Productividad, potencia, impacto, capacidad Diccionario de sinónimos rusos ... Diccionario de sinónimos

Ancho de banda- - ver Mecanismo de servicio... Diccionario económico y matemático.

Diccionario financiero- Categoría. Características ergonómicas. Especificidad. La cantidad máxima de información que se puede procesar por unidad de tiempo, medida en bits/s. Diccionario psicológico. A ELLOS. Kondakov. 2000... Gran enciclopedia psicológica.

Diccionario financiero- Cantidad máxima vehículos, que puede recorrer un determinado tramo de carretera en un tiempo determinado... Diccionario de geografía

rendimiento- (1) caminos mayor número unidades transporte terrestre(millones de pares de trenes), que este camino puede fallar por unidad de tiempo (hora, día); (2) P.D. canal de comunicacion velocidad máxima transmisión sin errores (ver) por este canal… … Gran Enciclopedia Politécnica

rendimiento- la tasa de transferencia de datos más alta del equipo con la que la información ingresa al dispositivo de almacenamiento sin pérdida manteniendo la velocidad de muestreo y analógica transformación digital. para dispositivos con arquitectura de bus paralelo, rendimiento... ... Diccionario de conceptos y términos formulados en documentos reglamentarios de la legislación rusa.

Anotación: Las redes, que se basan en conectar ordenadores mediante cables, son las más extendidas en la actualidad. Todo es cuestión de tecnología redes cableadas le permiten crear soluciones de alto rendimiento y bajo costo que son perfectas para cualquier propósito. Las redes cableadas a menudo se denominan redes Ethernet, por su nombre. Tecnologías Ethernet, que subyace a la mayoría de estas redes. Existen otras tecnologías de redes cableadas, pero no son tan populares como Ethernet.

1.1. Comprender la tecnología Ethernet

La estandarización de las tecnologías de redes locales la lleva a cabo el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos o, para abreviar, IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos). Las normas desarrolladas por esta organización tienen una numeración específica.

El grupo de estándares relacionados con las redes locales tiene el número 802 - por número grupo de trabajo, que comenzó a trabajar en la estandarización de LAN allá por los años 80. Hoy en día, el grupo 802 incluye muchos subgrupos, entre los que se encuentra IEEE 802.3, que está desarrollando estándares para redes Ethernet utilizando el método de acceso a medios CSMA/CD.

La tecnología Ethernet debe su nombre a su creador, Robert Metcalfe. Él y sus colegas estaban trabajando en tecnologías de red en uno de los laboratorios de Xerox hace más de treinta años.

1.1.1. Características generales de la red 100Base-TX, Gigabit Ethernet

Como medio de transmisión de datos. diferentes versiones Se utiliza Ethernet cable coaxial , par trenzado y fibra óptica. Las redes coaxiales están obsoletas (aunque todavía existen), la fibra óptica (la mejor opción en términos de velocidad e inmunidad al ruido) es demasiado cara para un uso generalizado y par trenzado se ha convertido en el medio de transmisión de datos más común para redes locales.

El grupo de especificaciones IEEE 802.3 incluye muchos estándares, entre los que destacaremos varios.

100Base-TX es el más relevante para redes locales pequeñas. Esta tecnología también se llama Ethernet rápido o 100 Mbit-Ethernet. Este nombre también puede referirse a otras implementaciones de Ethernet, pero aquí por Fast Ethernet nos referimos a 100Base-TX.

El rendimiento de dicha red es de 100 Mbit/s, como medio de transmisión de datos se utiliza par trenzado; en particular, para redes locales pequeñas es más importante utilizar par trenzado no blindado de quinta categoría, también es posible utilizar par trenzado par trenzado.

GigabitEthernet – gigabits ethernet– red local con una capacidad de 1000 Mbit/s. Los equipos para este tipo de redes Ethernet siguen siendo bastante caros, aunque bastante accesibles. Hay varias opciones para Gigabit Ethernet: 1000Base-X, 1000Base-LX, 1000Base-SX, 1000Base-CX, 1000Base-T. Como medio físico de transmisión de datos, puede utilizar el mismo cable de par trenzado de categoría 5 que Fast Ethernet, pero para red similar mejor ajuste lineas de fibra optica comunicaciones.

1.1.2. Ancho de banda LAN

El ancho de banda es la velocidad a la que se transmiten los datos a través de una línea de comunicación. La unidad de medida para el rendimiento de la red es bits por segundo. También existen unidades de medida alternativas, por ejemplo, paquetes por segundo. Un bit, como unidad de información más pequeña, solo puede tomar dos valores: uno o cero. Las líneas de comunicación modernas permiten lograr muy altas velocidades transmisión de datos y, por conveniencia, utilice unidades de velocidad derivadas: kilobits por segundo (Kbps), megabits por segundo (Mbps), gigabits por segundo (Gbps), etc.

Los kilobits y megabits de "red" corresponden a valores métricos tradicionales aceptados en otras ramas de la ciencia. Es decir, 1 Kbit/s corresponde a 1000 Bit/s.

Para muchos de nosotros, es más conveniente trabajar con unidades de información "informáticas" convencionales que con unidades métricas. Para pasar de megabits y kilobits a megabytes y kilobytes, es necesario guiarse por las siguientes consideraciones. En primer lugar, un byte equivale a ocho bits y, en segundo lugar, un kilobyte equivale a 1024 bytes, un megabyte equivale a 1024 kilobytes, y así sucesivamente. Es decir, para convertir el rendimiento de una línea de comunicación de 100 megabits a megabytes, es necesario encontrar el número de bytes correspondientes a 100 megabits y dividir el valor resultante dos veces por 1024. Contemos. 100 Mbit/s son 100.000.000 Bit/s o 12.500.000 Bytes/s (100.000.000/8). Ahora pasemos a los kilobytes por segundo. 12.500.000/1024=12207 Kb/s. Dividimos el valor resultante en kilobytes por 1024 y obtenemos 11,9 Mb/s. Resulta que 100 Mbit/s son aproximadamente 12 MB/s.

Cuando se habla del rendimiento de una línea de comunicación, hay que tener en cuenta que rara vez alcanza el valor máximo para cualquier tecnología debido a interferencias en las líneas de comunicación, errores en el funcionamiento de los equipos, etc. También es necesario tener en cuenta que parte del ancho de banda se gasta en la transferencia de información de servicio; como resultado, por ejemplo, una línea de comunicación con un rendimiento teórico de 12 MB/s puede transmitir datos útiles a una velocidad de varios MB/s. menor que este valor.

Antes de hablar sobre otras propiedades de la red, analicemos el método de acceso. medio de transmisión de datos, que se utiliza en él.

1.1.3. CSMA/CD

Arriba mencionamos el método de acceso. medio de transmisión de datos CSMA/CD, que se utiliza en redes Ethernet.

CSMA/CD significa Acceso multiplicado por detección de portador con detección de colisiones, un método de acceso múltiple con reconocimiento de portador y detección de colisiones. CSMA/CD se utiliza en redes con un medio de transmisión de datos común; en el caso de Ethernet, es el cable. Todas las computadoras conectadas a la red pueden recibir señales entre sí, pero solo dos computadoras pueden comunicarse a la vez.

Para comprender mejor cómo funciona el método de acceso CSMA/CD, intentemos imaginar una pequeña red Ethernet de 8 ordenadores en forma de sala con 8 personas que quieren comunicarse. El medio de transmisión es el aire de la habitación a través del cual viajan los sonidos pronunciados por las personas. Sólo dos personas pueden comunicarse al mismo tiempo - si varias personas empiezan a hablar en una habitación pequeña al mismo tiempo - e incluso en voz completa– será difícil para todos – será bastante difícil distinguir quién dijo qué. Y si alguien más interviene accidentalmente en una conversación entre dos personas, es posible que la conversación no funcione: las palabras serán ahogadas por el interlocutor inesperado, habrá que repetirlas o incluso la conversación debería comenzar de nuevo. Pero en nuestra habitación imaginaria hay reglas: dos personas sólo pueden comunicarse continuamente cierto tiempo, guardándose silencio después de eso y dando a los demás la oportunidad de hablar.

Es exactamente lo mismo en el caso de CSMA/CD: cuando dos ordenadores se comunican, el resto guarda silencio. Cuando estas computadoras se quedan en silencio, otros pueden iniciar una conversación. Además, en la red es posible. situaciones excepcionales- las llamadas colisiones. Ocurren, por ejemplo, si dos computadoras comienzan a transmitir datos simultáneamente a otras computadoras. Las señales en la red son mixtas y poco tiempo Se produce un “silencio” en la red, tras lo cual la transmisión de datos comienza de nuevo. Está claro que si la red está defectuosa tarjeta de red, que enviará señales continuamente a la red (se puede comparar con un participante en la conversación descrita anteriormente que grita algo sin parar), la red dejará de funcionar.

Ésta es una descripción muy simplificada de CSMA/CD, que, sin embargo, proporciona una comprensión bastante completa de este método de acceso al medio y de las características de la red Ethernet. Ahora veamos un poco más Características de Ethernet-redes

1.1.4. Limitaciones del estándar 100Base-TX

El estándar 100Base-TX tiene ciertas restricciones en la estructura de una red construida de acuerdo con él.

En particular, la norma introduce un límite en la longitud de un segmento de red de 100 metros (de hecho, esta longitud está limitada a 94 metros, pero en adelante usaremos la cifra redonda 100). Es decir, puedes conectar varios ordenadores al switch mediante cables, cada uno de los cuales tiene 100 metros de largo.

En el estándar, existe un dominio de colisión: un segmento de red, cuyos nodos pueden reconocer una colisión independientemente de la ubicación en la red donde ocurrió. Para que los nodos puedan reconocer correctamente las colisiones se introduce una restricción en la longitud del cable.

1.2. Topologías de red local

La topología es una forma de conectar varias computadoras a una red.

lo mas simple topología red local - Este

Consideremos ahora un DKBP con un alfabeto de entrada y un alfabeto de salida. y una serie de probabilidades de transición definidas en (7.1.2). Supongamos que el carácter se transmite y el carácter se recibe. La información mutua sobre un evento cuando ocurre un evento es igual a , Dónde

. (7.1.14)

Por lo tanto, la información mutua promedio obtenida de la salida sobre la entrada es igual a

Las características del canal determinan las probabilidades de transición, pero las probabilidades de los símbolos de entrada están determinadas por el codificador de canal discreto. El valor maximizado sobre el conjunto de probabilidades de los símbolos de entrada es un valor que depende únicamente de las características del DCBP a través de las probabilidades condicionales. Este valor se llama capacidad del canal y se denota por. Así, la capacidad del DKBP se determina de la siguiente manera:

La maximización se realiza bajo las condiciones.

.

La dimensión es bit/carácter si se toma el logaritmo en base 2 y nat/carácter si se toma el logaritmo en base 2. Si los símbolos ingresan al canal cada segundo, entonces la capacidad del canal por unidad de tiempo en bits/s y nat/s es igual a.

Ejemplo 7.1.1. Para DSC con probabilidades de transición

La información mutua promedio se maximiza si las probabilidades de entrada . Por lo tanto, la capacidad del DSC es igual a

¿Dónde está la función de entropía binaria? La curva de dependencia se ilustra en la Fig. 7.1.4. Tenga en cuenta que el rendimiento es de 1 bit/símbolo. Por otro lado, en la información mutua entre la salida y la entrada es 0. Por lo tanto, la capacidad es 0. En podemos intercambiar las posiciones del DSC 0 ​​y 1 en la entrada, por lo que resulta ser un Función simétrica con respecto al punto.

En nuestro tratamiento de la modulación y demodulación binaria dado en el Capítulo 5, mostramos lo que es una función monótona de la relación señal-ruido (SNR), como se muestra en la Fig. 7.1.5(a). Por lo tanto, cuando se representa en función de la SNR, aumenta monótonamente a medida que aumenta la SNR. La dependencia de la SNR se ilustra en la Fig. 7.1.5(b).

A continuación, consideramos un canal sin memoria con AWGN y tiempo discreto, descrito por PDF transitorios definidos por (7.1.5). La información mutua máxima promedio entre una entrada y salida discreta está determinada por la capacidad del canal en bits/símbolo y es igual a

, (7.1.18)

. (7.1.19)

Arroz. 7.1.4. Rendimiento de DSC en función de la probabilidad de error

Arroz. 7.1.5. Comportamiento general probabilidad de error y capacidad del canal en función de la relación señal-ruido (SNR)

Ejemplo 7.1.2. Considere un canal sin memoria con AWGN y con posibles entradas Y. La información mutua promedio se maximiza si las probabilidades de entrada . Por lo tanto, la capacidad de dicho canal en bits/símbolo es igual a

Arroz. 7.1.6 ilustra cómo funciona la relación.

Es interesante observar que en los modelos de dos canales descritos anteriormente, elegir la misma probabilidad para los símbolos de entrada maximiza la información mutua promedio. Por tanto, la capacidad del canal se obtiene cuando los símbolos de entrada son igualmente probables. Sin embargo, no siempre se da esta solución para la capacidad del canal dada por las fórmulas (7.1.16) y (7.1.17).

Arroz. 7.1.6. Rendimiento en función de SNR para un canal sin memoria con AWGN y entrada binaria

En general, no se puede decir nada acerca de especificar probabilidades de entrada que maximicen la información mutua promedio. Sin embargo, en los dos modelos de canal discutidos anteriormente, las probabilidades de transición del canal exhiben una forma de simetría que afecta el máximo Σ que se obtiene cuando los símbolos de entrada son igualmente probables. Las condiciones de simetría se pueden expresar a través de los elementos de la matriz de probabilidades de transición del canal. Cuando cada fila de esta matriz es una permutación de otras filas y cada columna es una permutación de otras columnas, la matriz de probabilidad de transición es simétrica y los símbolos de entrada tienen la misma probabilidad de maximizarse.

En general, las condiciones necesarias y suficientes para que el conjunto de probabilidades de símbolos de entrada maximice y por tanto alcance la capacidad de DSC son las siguientes (Problema 7.1):

(7.1.21)

¿Dónde está la capacidad del canal y

(7.1.22)

Generalmente es relativamente sencillo comprobar si el conjunto de símbolos de entrada con iguales probabilidades satisface las condiciones (7.1.21). Si no se satisfacen, entonces un número de símbolos de entrada con probabilidades desiguales pueden satisfacer (7.1.21).

Consideremos ahora un canal de banda limitada con ruido blanco gaussiano aditivo. Formalmente, Shannon (1948) define la capacidad de dicho canal por unidad de tiempo de la siguiente manera:

, (7.1.23)

donde se define la información mutua promediada (3.2.17). Alternativamente, podemos usar los recuentos o coeficientes, y en una serie de expansiones, y respectivamente para determinar la información mutua promedio entre Y , donde y están definidos (7.1.12). La información mutua promedio entre y para un canal con AWGN es igual a

(7,1,25)

La PDF de entrada máxima se obtiene cuando las entradas son gaussianas estadísticamente independientes variables aleatorias con promedios cero, es decir

, (7.1.26)

¿Dónde está la varianza de cada uno? Entonces de (7.1.24) se sigue que

Supongamos que imponemos una restricción a la potencia promedio señales de entrada, es decir.

. (7.1.28)

Por eso,

. (7.1.29)

Sustituyendo este resultado en (7.1.27) por , obtenemos

. (7.1.30)

Finalmente, la capacidad del canal por unidad de tiempo se puede obtener dividiendo el resultado (7.1.30) por . De este modo,

. (7.1.31)

Esta es la fórmula básica para la capacidad de un canal AWGN de ​​frecuencia limitada con entrada de frecuencia limitada y potencia promedio limitada. Fue obtenido por primera vez por Shannon (1946).

En la Fig. 7.1.7.

Tenga en cuenta que el rendimiento aumenta monótonamente al aumentar la SNR. Por tanto, con un ancho de banda fijo, la capacidad del canal aumenta al aumentar la potencia de la señal transmitida. Por otro lado, si se soluciona, el rendimiento se puede aumentar aumentando el ancho de banda.

Fig.7.1.7. La capacidad del canal normalizado como función de la SNR para un canal AGBN de banda limitada se define en bits/símbolo, a continuación sigue. Por otra parte, cuando

, (7.1.37)

lo que equivale a -1,6 dB. La dependencia se muestra en la Fig. 5.2.17.

Hasta ahora hemos obtenido la expresión de capacidad para los tres modelos de canales importantes analizados en este libro. El primero es un modelo de canal con entrada y salida discreta, para el cual DSC caso especial. El segundo, con entrada discreta y salida continua, es un modelo de canal sin memoria con AWGN. Usando estos dos modelos de canal, podemos juzgar la calidad del código al obtener soluciones duras y blandas (detector) en sistemas digitales comunicaciones.

El tercer modelo de canal se centra en encontrar la capacidad de bits/s de un canal continuo (de entrada y salida). En este caso, asumimos que la frecuencia del canal es limitada, que la señal está distorsionada en el canal por el ruido blanco gaussiano aditivo y que la potencia promedio del transmisor es limitada. En estas condiciones obtuvimos el resultado dado por (7.1.31).

La principal importancia de las fórmulas para la capacidad del canal dadas anteriormente es que sirven como límite superior de la velocidad de transmisión para una comunicación factible a través de un canal ruidoso. El papel fundamental que desempeña la capacidad del canal está determinado por los teoremas de codificación de canales ruidosos dados por Shannon (1948a).

Teoremas de codificación en un canal ruidoso.. Existen codificadores (y decodificadores) de canales que permiten lograr comunicación confiable con una probabilidad de error tan baja como se desee si la velocidad de transmisión es , donde está la capacidad del canal. Si , entonces no hay forma de garantizar que la probabilidad de error tienda a cero utilizando ningún código.

En la siguiente sección, examinamos el beneficio de codificación de los modelos de canales de ruido aditivos descritos anteriormente y utilizamos la capacidad del canal para juzgar la calidad disponible del código real.