1. פרק 2: השכבה הפיזית הרצאה זו מבוססת בעיקר על שתי המצגות הבאות :
פרק 2: השכבה הפיזית
הרצאה זו מבוססת בעיקר על שתי המצגות הבאות :
Networks: Physical Layer (WPI)
Framing and Encoding EECS 122: Lecture 2,Department of Electrical Engineering and Computer Sciences, University of California, Berkeley.
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

2. פרק 2: השכבה הפיזית Definitions Nyquist Theorem – noiseless
פרק 2: השכבה הפיזית
Definitions
Nyquist Theorem – noiseless
Shannon’s Result – with noise
Analog versus Digital
Amplifier versus Repeater
Encoding schemes
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

3. Link Functions Construct Frame with Error Detection Code
Signal
Adaptor
Adaptor
Adaptor: convert bits into physical signal and physical signal back into bits
Functions
Construct Frame with Error Detection Code
Encode bit sequence into analog signal
Transmit bit sequence on a physical medium (Modulation)
Receive analog signal
Convert Analog Signal to Bit Sequence
Recover errors through error correction and/or ARQ
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

4. Link Components
NRZI
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

5. Link Properties Duplex/Half Duplex One stream, multiple streams
Function
Duplex/Half Duplex
One stream, multiple streams
Characteristics
Bit Error Rate
Data Rate (this sometimes mistakenly called bandwidth!)
Degradation with distance
Cables and Fibers
CAT 5 twisted pair: Mbps, 100m
Coax: Mbps, m
Multimode Fiber: 100Mbps, 2km
Single Mode Fiber: Mbps, 40km
Wireless
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

6. Example: Optical Links
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

7. Link rate and Distance
Links become slower with distance because of attenuation of the signal
Amplifiers and repeaters can help
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

8. Physical Layer definitions
the time required to transmit a character depends on both the encoding method and the signaling speed (i.e., the modulation rate - the number of times/sec the signal changes its voltage)
baud (D) - the number of changes per second .
bandwidth (H) - the range of frequencies that is passed by a channel. The transmitted signal is constrained by the transmitter and the nature of the transmission medium in cycles/sec (hertz)
channel capacity (C) – the rate at which data can be transmitted over a given channel under given conditions.{This is also referred to as data rate (R) .}
כאשר אני משדר מידע דיגיטלי זה צריך להסתכל על שיטת הקידוד ועל מהירות הסיגנל.
ניתן לשדר סימבול (סימבול זה כמה סיגנלים).
רוחב הפולס קובע איזה רוחב פס אתה צריך כדי להעביר את האינפורמציה.
רוחב סרט – לכל ערוץ פיזי יש רוחב סרט שלו שזה מוגדר מתכונות הערוץ (נמדד בהרצ).
BAUDE - הגדרה: כמה שינויים אתה יכול להעביר בשניה. – נקבע על פי רוחב הפולס.
BW פרופורציונאלי ל 1/TD.
CAPACITY – יש קשר הדוק בין קיבולת לרוחב פס.
ככל שרוחב הפס יותר גדול ככה הקיבולת יותר גדולה.
קיבולת – קצב השידור שאתה יכול לשדר בשניה על הערוץ.
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

9. Modulation Rate DCC 6th Ed. W.Stallings
בתחתון יותר שינויים בשניה למרות שאתה משדר את אותה כמות האינפורמציה.
בלמעלה צריך פחות רוחב סרט.
אז למה משתמשים בשיטה בתחתונה??
באות התחתון יש שעון מובנה (clock) שאומר שהשינוי באמצע הביט אומר מה מרכז הביט וזה אומר למקלט "שם אתה צריך לדגום".
למערכת שאין שינויים במרכז, אם יש כמה ביטים רצופים אתה לא יודע איפה זה מרכז הביט ולכן יש בעיית סינכרון. במערכות כאלה או שמשדרים עוד שעון בנפרד שזה מוסיף רוחב פס, או ששוברים את הביט ע"י קידוד מיוחד שזה דורש גם עוד רוחב פס.
מה שקובע את רוחב הסרט זה מס' השינויים בשניה.
ככל שהפולסים קצרים יותר האפקט של רעש יותר משפיע עליהם.
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

10. Sampling Result (Nyquist)
Suppose a signal s(t) has a bandwidth B.
Sampling Result: Suppose we sample it (accurately) every T seconds.
If T≤ 1/2B then it is possible to reconstruct the s(t) correctly
Only one signal with bandwidth B has these sample points
There are multiple signals with these sample points for signals with bandwidth greater than B
Increasing the bandwidth results in a richer signal space
No noise allowed in the sampling result
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

11. Nyquist Theorem (Cont.) {assume a noiseless channel}
If an arbitrary signal is run through a low-pass filter of bandwidth H, the filtered signal can be completely reconstructed by making 2H samples/sec.
This implies for a signal of V discrete levels,
Note – a higher sampling rate is pointless because higher frequency signals have been filtered out.
Max. data rate :: C = 2H log 2 (V) bits/sec.
הנוסחה:
קיבולת הערוץ (ללא רעש)=
H – רוחב הפס.
V – מס' רמות מתח שמייצגים את הסימבולים. (בדוגמא במחברת עם הגרף הגדול זה 4).
יש קשר ישיר בין H ל C ובין V ל C.
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

12. A(f) A(f) 1 f f H H Channel t t
(a) Lowpass and idealized lowpass channel
A(f)
A(f) 1 f f H H
(b) Maximum pulse transmission rate is 2H pulses/second
Channel t t
הערוץ הוא בדרך כלל LOW PASS FILTER. הימני עליון זה אידיאלי.
מה קורה לפולס שעובר דרך מסנן מעביר נמוכים??
כל עוד שרוחב הפס של הערוץ הוא 2 H אז ניתן להבחין בפולסים בין 1 ל 0.
אבל אם נקטין את הערוץ מתחת ל 2 H ואז יש סיכוי שלא נוכל להבדיל בין הפולסים.
כלומר 2 H זה רוחב הפס המינימלי שנוכל להבחין בין 0 ל 1. יותר נכון שאם נשדר בקצב של 2 H אז נוכל להבחין וההיפך.
Copyright ©2000 The McGraw Hill Companies
Leon-Garcia & Widjaja: Communication Networks
Figure 3.11
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

13. Voice-grade phone line
Example 1. {sampling rate}
H = Hz
2H = samples/sec.
 sample every 125 microseconds!!
Example 2. {noiseless capacity}
D = baud {note D = 2H}
V = each pulse encodes 16 levels
C = 2H log 2 (V) = D x log 2 (V)
= x 4 = bps.
SAMPLES – שינויים.
כלומר אם יש לנו ערוץ ברוחב של 4000 הרצים ניתן לשדר 8000 סימבוליים בשניה.
8000 זה אומר שאני לוקח אות אודיו ואני דוגם אותו 8000 פעם במרווח של 1/8000 שזה 125 מיקרו שניה.
H – רוחב הפס של הערוץ.
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

14. Signal ConstellationsAk Bk
16 “levels”/ pulse
4 bits / pulse
4D bits per second Ak Bk
4 “levels”/ pulse
2 bits / pulse
2D bits per second
כל נקודה ניתן לייצג על ידי זווית ואורך הווקטור.
בתקשורת זווית זה פאזה ואורך הווקטור זה אמפליטודה.
בדוגמא משמאל לכל הנקודות יש אותה אמפליטודה אבל פאזה שונה (קפיצה של 90 מעלות).
מימין גם פאזה שונה וגם אמפליטודה שונה.
Figure 3.34
Copyright ©2000 The McGraw Hill Companies
Leon-Garcia & Widjaja: Communication Networks
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

15. Constellation Diagrams
(a) QPSK (b) QAM (c) QAM-64.
Figure 2-25.
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

16. Noise in communication Systems
A signal s(t) sent over a link is generally
Distorted by the physical nature of the medium
This distortion may be known and reversible at the receiver
Affected by random physical effects
Shot noise
Fading
Multipath Effects
Also interference from other links
Wireless
Crosstalk
Dealing with noise is what communications engineers do
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

17. Noise limits the link rate
Suppose there were no noise
E.g. Send s(t) always receive s(t+Δ)
Take a message of N bits say b1b2….bN, and send a pulse of amplitude of size 0.b1b2….bN
Can send at an arbitrarily high rate
This is true even if the link distorts the signal but in a known way
In practice the signal always gets distorted in an unpredictable (random) way
Receiver tries to estimate the effects but this lowers the effective rate
One way to mitigate noise is to jack up the power of the signal
Signal to Noise ratio (SNR) measures the extent of the distortion effects
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

18. SNR (dB) = 10 log10 SNR signal noise signal + noise High SNR signalt t t
signal
noise
signal + noise
Low
SNR t t t
Average Signal Power
SNR =
Average Noise Power
פה יש גרפים עם רעש.
אין מערכת ללא רעש. בדרך כלל מתייחסים לרעש אדיטיבי – שנוסף.
בשפה המקצועית הרעש נקרא רעש לבן בעל פילוג גאוסי עם תוחלת אפס. (לבן מורכב מכל הצבעים).
רעש לבן, אם מסתכלים עליו בתדר הוא מורכב מכל התדרים בעלי אותו אנרגיה.
אם נסתכל על 2 נקודות סמוכות אין ביניהם קורלציה, כלומר לא ניתן לחזות את הנקודה הבאה.
מה שקובע את הסיגמא בריבוע בפילוג הגאוסי זה המסנן.
מצד אחד אני רוצה שהרוחב של הפעמון יהיה כמה שיותר צר אבל זה יכול לגרום לכך שהמסנן יעשה עיוות.
הסינגל העליון משודר עם יותר אנרגיה וכך יותר קל לזהות את האות המקורי ולסנן את הרעשים.
SNR (dB) = 10 log10 SNR
Copyright ©2000 The McGraw Hill Companies
Leon-Garcia & Widjaja: Communication Networks
Figure 3.12
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

19. Bandwidth affects the data rate
There is usually a fixed range of frequencies at which the analog wave can traverse a link
The physical characteristics of the link might govern this
Example:
Voice Grade Telephone line 300Hz – 3300Hz
The bandwidth is 3000Hz
For the same SNR, a higher bandwidth gives a higher rate .
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

20. The Frequency Spectrum is crowded…
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

21. רשתות תקשורת מחשבים - 1 (37110201)
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

22. Shannon’s Channel Capacity Result {assuming only thermal noise}
For a noisy channel of bandwidth H Hz. and a signal-to-noise ratio SNR, the max. data rate::
Regardless of the number of signal levels used and the frequency of the sampling.
C = H log 2 (1 + SNR)
קצב השידור המקסימלי שניתן לשידור נתון ע"י הנוסחה לעיל.
הדרך בעקרון לגלות האם יש 1 או 0 היא: עושים אינטגרל למשך זמן הפולס ואז בודק האם האינטגרל גדול מ1 או קטן מ 0.
אם האינטגרל על פולס קצר, אז יש סיכוי שהרעש יותר ישפיע (מכיוון שיחס האות לרעש קטן) ויטעה את האינטגרל לצד השלילי שלמעשה הוא אמור להיות חיובי.
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

23. Shannon Example – Noisy Channel [LG&W p. 110]
Telephone channel (3400 Hz) at 40 dB SNR
C = H log 2 (1+SNR) b/s
SNR =40 dB ; 40 =10 log 10 (SNR) ;
4 = log 10 (SNR) ; SNR =10,000
C = 3400 log 2 (10001) = 44.8 kbps
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

24. Signals [DCC 6th Ed. W.Stallings]
Means by which data are propagated
Analog
Continuously variable
Various media
wire, fiber optic, space
Speech bandwidth 100Hz to 7kHz
Telephone bandwidth 300Hz to 3400Hz
Video bandwidth 4MHz
Digital
Use two DC components
לאות אנאלוגי יש תחומים.
לאות דיבור זה בין 100 Hz ל 7 KHz.
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

25. Analog and Digital Signaling
Digital data can be represented by analog signals using a modem (modulator/demodulator).
The digital data is encoded on a carrier frequency.
Analog data can be represented by digital signals using a codec (coder-decoder).
Coder/encoder – דוחס.
Decoder – פורס.
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

26. Analog Signals Carrying Analog and Digital Data [DCC 6th Ed. W
Analog Signals Carrying Analog and Digital Data [DCC 6th Ed. W.Stallings]
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

27. Digital Signals Carrying Analog and Digital Data [DCC 6th Ed. W
Digital Signals Carrying Analog and Digital Data [DCC 6th Ed. W.Stallings]
יש גם רכיב שנקרא repiter שתפקידו לקחת סיגנל שהתחלש ולחזק אותו שוב.
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

28. Analog and Digital Signaling Comparison
Digital signaling is:
Cheaper
Less susceptible to noise interference
Suffers more attenuation.
אות דיגיטלי יותר זול, פחות רגיש לרעש וטעויות.
אבל, סובל מהנחתה – יש שינויים חדים באות עצמו מכיוון שיש לו רוחב פס אינסופי.
ההנחתה גדלה ככל שעולים בתדר, כלומר פוגעת יותר בתדרים הגדולים.
ההנחתה גורמת לסיגנל להתקבל במקלט כאות לא ריבועי מדוייק
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

29. Attenuation
attenuation of a signal:: the reduction or loss of signal strength (power) as it transferred across a system.
Attenuation is an increasing function of frequency.
The strength of the received signal must be strong enough for detection and must be higher than the noise to be received without error.
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

30. דוגמת ההנחתה על תדרים קטנים וגדולים יותר.
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

31. 26 gauge 30 24 gauge 27 24 22 gauge 21 18 Attenuation (dB/mi) 19 gauge15 12 9 6
דוגמאות להנחתה של כל מיני ערוצים. 3
f (kHz) 1 10
100
1000
Copyright ©2000 The McGraw Hill Companies
Leon-Garcia & Widjaja: Communication Networks
Figure 3.37
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

32. Analog and Digital Transmissions
{Stalling’s third context}
Transmissions :: communication of data by the propagation and processing of signals.
Both analog and digital signals may be transmitted on suitable transmission media.
[Stalling’s argument] The way the signals are “treated” is a a function of the transmission system and here lies the crux of the distinction between transmission types.
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

33. e.g digital telephone, CD Audio
(a) Analog transmission: all details must be reproduced accurately
Received
Sent
e.g. AM, FM, TV transmission
(b) Digital transmission: only discrete levels need to be reproduced
Sent
Received
בדיגיטלי יותר קל לשחזר.
e.g digital telephone, CD Audio
Copyright ©2000 The McGraw Hill Companies
Leon-Garcia & Widjaja: Communication Networks
Figure 3.6
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

34. Analog Transmissions
Analog transmission :: a means of transmitting analog signals without regard to their content (i.e., the signals may represent analog data or digital data).
transmissions are attenuated over distance.
Analog signal – the analog transmission system uses amplifiers to boost the energy in the signal.
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

35. Analog Transmissions Amps boost the energy 
amplifies the signal and amplifies the noise.
The cascading of amplifiers distorts the signal.
Note – voice (analog data) can tolerate much distortion but with digital data distortion introduces errors.
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

36. Digital Transmissions
Digital transmissions are concerned with the content of the signal. Attenuation is overcome without amplifying the noise.
Analog signals {assumes digital data}:
With retransmission devices [analog repeater] at appropriate points the device recovers the digital data from the analog signal and generates a new clean analog signal.
the noise is not cumulative!!
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

37. Digital Transmissions
Digital signals – digital repeaters are used to attain greater distances.
The digital repeater receives the digital signal, recovers the patterns of 0’s and 1’s and retransmits a new digital signal.
The treatment is the same for analog and digital data.
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

38. Analog Transmission Digital Transmission Source Destination Source
Amplifier
Amplifier
Destination
Digital Transmission
Source
Repeater
Repeater
Destination
הבדל עקרוני בשידור בין דיגיטלי לאנאלוגי.
יש מגבר באות אנאלוגי שמגביר את כל האות ולא מפריד בין האות המקורי לרעש.
בשידור דיגיטלי ה repiter מוציא אות נקי מרעש ומשדר אותו מחדש מרוענן.
Copyright ©2000 The McGraw Hill Companies
Leon-Garcia & Widjaja: Communication Networks
Figure 3.7
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

39. Analog Transmission Attenuated & distorted signal Recovered signal + +
noise
Recovered signal +
residual noise
Amp.
Equalizer
Amplifier
Copyright ©2000 The McGraw Hill Companies
Leon-Garcia & Widjaja: Communication Networks
Figure 3.8
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

40. Digital Transmission Repeater (digital signal) Decision Circuit.
Regenerator
Amplifier
Equalizer
Timing
Recovery
Repeater (digital signal)
יש מעגל החלטה שצריך להחליט בכל מרווח זמן קבוע האם זה 0 או 1.
Copyright ©2000 The McGraw Hill Companies
Leon-Garcia & Widjaja: Communication Networks
Figure 3.9
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

41. Digital versus Analog Transmissions [DCC 6th Ed. W.Stallings]
Digital transmission advantages
Superior cost of digital technology
Low cost LSI/VLSI technology
Repeaters versus amplifiers costs
Superior quality {Data integrity}
Longer distances over lines with lower error rates
Capacity utilization
Economical to build high bandwidth links
High degree of multiplexing easier with digital techniques
TDM (Time Division Multiplexing) is easier and cheaper than FDM (Frequency Division Multiplexing)
דיגיטלי:
1.אלו מעגלים מודפסים ולכן יותר קל לייצר אותם מאשר מגבר שמורכב מהרבה חלקים.
2. יותר איכותי.
3. המרחקים בין repiter אחד לשני יותר גדול מאשר במרחק של מגברים.
4.הניצולת יותר טובה, ניתן לדחוף יותר ערוצים דיגיטליים ברוחב פס מסויים מאשר אנאלוגיים.
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

42. Digital versus Analog Transmissions [DCC 6th Ed. W.Stallings]
Digital transmission advantages
Security & Privacy
Encryption techniques readily applied to digitized data
Integration
Can treat analog and digital data similarly
Economies of scale from integrating voice, video and data
Analog transmission advantages
Digital signaling not as versatile or practical (digital impossible for satellite and microwave systems)
LAN star topology reduces the severity of the noise and attenuation problems.
5. ניתן להצפין.
6. יותר קל לדחוס, לתקן שגיאות.
7. ניתן לרבב 0 ו 1 של דיבור עם 0 ו 1 של טקסט עם 0 ו 1 של וידאו.
אנאלוגי:
יש כל מיני אפליקציות שבהם לא ניתן לשדר דיגיטלי (לא מדוייק לגמרי, אבל יותר קשה ליישם).
ברשתות מקומיות שהם מצומצמות, הרעש לא בעייתי ואז גם בשידור אנאלוגי ניתן להתמודד עם כך.
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

43. Encoding
Goal: send bits from one node to another node on the same physical media
This service is provided by the physical layer
Problem: specify a robust and efficient encoding scheme to achieve this goal
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

44. Assumptions
We use two discrete signals, high and low, to encode 0 and 1
The transmission is synchronous, i.e., there is a clock used to sample the signal
In general, the duration of one bit is equal to one or two clock ticks
If the amplitude and duration of the signals is large enough, the receiver can do a reasonable job of looking at the distorted signal and estimating what was sent.
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

45. Non-Return to Zero (NRZ)
1  high signal; 0  low signal
Disadvantages: when there is a long sequence of 1’s or 0’s
Sensitive to clock skew, i.e., difficult to do clock recovery
Difficult to interpret 0’s and 1’s (baseline wander) 1 1 1 1
NRZ
(non-return to zero)
Clock
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

46. Non-Return to Zero Inverted (NRZI)
1  make transition; 0  stay at the same level
Solve previous problems for long sequences of 1’s, but not for 0’s 1 1 1 1
NRZI
(non-return to zero
intverted)
Clock
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

47. Manchester 1  high-to-low transition; 0  low-to-high transition
Addresses clock recovery and baseline wander problems
Disadvantage: needs a clock that is twice as fast as the transmission rate
Efficiency of 50% 1 1 1 1
Manchester
Clock
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

48. 4-bit/5-bit (100Mb/s Ethernet)
Goal: address inefficiency of Manchester encoding, while avoiding long periods of low signals
Solution:
Use 5 bits to encode every sequence of four bits such that no 5 bit code has more than one leading 0 and two trailing 0’s
Use NRZI to encode the 5 bit codes
Efficiency is 80%
4-bit bit
4-bit bit
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

49. Modulation
The function of transmitting the encoded signal over a link, often by combining it with another (carrier signal)
E.g. Frequency Modulation (FM)
Combine the signal with a carrier signal in such a way that the instantaneous frequency of the received signal contains the information of the carrier
E.g. Frequency Hopping (OFDM)
Signal transmitted over multiple frequencies
Sequence of frequencies is pseudo random
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

50. Framing
Goal: send a block of bits (frames) between nodes connected on the same physical media
This service is provided by the data link layer
Use a special byte (bit sequence) to mark the beginning (and the end) of the frame
Problem: what happens if this sequence appears in the data payload?
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

51. Byte-Oriented Protocols: Sentinel Approach8 8
STX
Text (Data)
ETX
STX – start of text
ETX – end of text
Problem: what if ETX appears in the data portion of the frame?
Solution
If ETX appears in the data, introduce a special character DLE (Data Link Escape) before it
If DLE appears in the text, introduce another DLE character before it
Protocol examples
BISYNC, PPP, DDCMP
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

52. Byte-Oriented Protocols: Byte Counting Approach
Sender: insert the length of the data (in bytes) at the beginning of the frame, i.e., in the frame header
Receiver: extract this length and decrement it every time a byte is read. When this counter becomes zero, we are done
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

53. Bit-Oriented Protocols8 8
Start
sequence
End
sequence
Text (Data)
Both start and end sequence can be the same
E.g., in HDLC (High-level Data Link Protocol)
Sender: inserts a 0 after five consecutive 1s
Receiver: when it sees five 1s makes decision on the next two bits
if next bit 0 (this is a stuffed bit), remove it
if next bit 1, look at the next bit
If 0 this is end-of-frame (receiver has seen )
If 1 this is an error, discard the frame (receiver has seen )
רשתות תקשורת מחשבים - 1 ( ) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב