Transcript Лекція3

Основні визначення
Середовище передавання даних ‒ сукупність ліній передавання даних і блоків взаємодії
(тобто мережевого устаткування, що не входить в станції даних), призначених для
передавання даних між станціями даних. Середовища передавання даних можуть бути
загального користування або виділеними для конкретного користувача.
Лінія передавання даних ‒ засоби, які використовуються в інформаційних мережах для
поширення сигналів у потрібному напрямі. Прикладами ліній передавання даних є
коаксіальний кабель, кручена пара проводів, світлопровід.
Канал зв’язку ‒ засоби одностороннього передавання даних. Прикладом каналу може бути
смуга частот, виділена одному передавачу для радіозв’язку. В одній лінії можна утворити
декілька каналів зв’язку, по кожному з яких передається своя інформація. При цьому лінія
розділяється між декількома каналами. Існують два методи розділення лінії передавання
даних: часове мультиплексування (інакше розділення за часом або TDM ‒ Time Division
Method), за якого кожному каналу виділяється деякий квант часу, і частотне розділення
(FDM ‒ Frequency Division Method), за якого каналу виділяється деяка смуга частот.
Канал передавання даних ‒ це засіб двостороннього обміну даними, який
включаєлінії
зв’язку і апаратуру передавання (приймання) даних. Канали передавання даних зв’язують
між собою джерела інформації і приймачі інформації.
Для опису технічної системи, яка передає інформацію між вузлами мережі, в літературі
застосовують декілька назв: лінія зв’язку, складений канал, канал, ланка. Часто ці терміни
використовують як синоніми, проте є і специфіка їх вживання.
Ланка ‒ це сегмент, що забезпечує передавання даних між двома сусідніми вузлами
мережі. Тобто ланка не містить проміжних пристроїв комутації і мультиплексування.
Каналом найчастіше позначають частину пропускної здатності ланки, використовувану
незалежно для комутації. Наприклад, ланка первинної мережі може складатися з 30
каналів, пропускна здатність кожного з яких становить 64 кбіт/с.
Складений канал ‒ це шлях між двома кінцевими вузлами мережі. Складений канал
утворюється окремими каналами проміжних ланок і внутрішніми з’єднаннями в
комутаторах.
Лінія зв’язку може використовуватися як синонім для будь-якого з трьох останніх термінів.
За природою фізичного середовища передавання даних розрізняють канали передавання
даних на оптичних лініях зв’язку, дротових (мідних) лініях зв’язку і бездротові. У свою
чергу, мідні канали є двох видів: коаксіальні кабелі і кручені пари, а бездротові ‒ радіо- та
інфрачервоні канали.
Залежно від способу подання інформації електричними сигналами розрізняють аналогові
та цифрові канали передавання даних. В аналогових каналах для узгодження параметрів
середовища і сигналів застосовують амплітудну, частотну та фазову модуляцію. У
цифрових каналах для передавання даних використовують самосинхронізувальні коди, а
для передавання аналогових сигналів ‒ кодово-імпульсну модуляцію.
Модуляція/демодуляція ‒ процеси перетворення цифрової інформації в аналогові
сигнали
і навпаки. У разі модуляції інформація є синусоїдальним сигналом тієї частоти, яку добре
передає канал передавання даних. Модуляція (від лат. modulatio ‒ мірність, розмірність) ‒
процес зміни одного або декількох параметрів високочастотного модульованого коливання
за законом інформаційного низькочастотного повідомлення (сигналу).
Основні способи модуляції:
1. Амплітудна модуляція ‒ вид модуляції, за якої змінним параметром несучого сигналу є
його амплітуда.
2. Частотна модуляція ‒ вид аналогової модуляції, за якої інформаційний сигнал керує
частотою несучого коливання. Порівняно з амплітудною модуляцією тут амплітуда
залишається постійною.
3. Фазова модуляція ‒ один з видів модуляції коливань, за якої фаза несучого коливання
керується інформаційним сигналом.
4. Кодово-імпульсна модуляція.
5. Квадратурно-амплітудна модуляція.
Для передавання дискретних сигналів через цифровий канал передавання даних
використовують кодування: потенційне та імпульсне.
Перші мережі передавання даних були аналоговими, оскільки використовували поширені
телефонні технології. Але згодом збільшилася частка цифрових комунікацій (це канали
типу Е1/Т1, ISDN, мережі Frame Relay, виділені цифрові лінії і т. ін.)
Типовим і найбільш поширеним типом аналогових каналів є телефонні канали загального
користування (канали тональної частоти). У каналах тональної частоти смуга пропускання
становить 0,3‒3,4 кГц, що відповідає спектру людської мови.
Виділені канали також поділяють на аналогові і цифрові залежно від того, якого типу
комутаційну апаратуру застосовують для постійної комутації абонентів ‒ FDM або TDM.
На аналогових виділених лініях для апаратури передавання даних фізичний і канальний
протоколи чітко не визначені. Без фізичного протоколу пропускна здатність аналогових
каналів залежатиме від пропускної здатності модемів, які використовує користувач каналу.
Модем власне і встановлює потрібний йому протокол фізичного рівня для каналу.
Виділені аналогові канали надаються користувачу з чотири-дротовим або дво-дротовим
закінченням. На каналах з чотири-дротовим закінченням організація повнодуплексного
зв’язку виконується більш простими способами.
На цифрових виділених лініях протокол фізичного рівня задається стандартом G.703. На
канальному рівні аналогових і цифрових виділених каналів зазвичай використовується
один з протоколів сім’ї HDLC або ж більш пізній протокол РРР, побудований на основі
HDLC для зв’язку багатопротокольних мереж.
Виділені лінії можуть бути розділені на дві групи за такою ознакою ‒ наявністю проміжної
апаратури комутації та підсилення або її відсутністю.
Першу групу становлять навантажені лінії, що проходять через обладнання частотного
ущільнення (FDM-комутатори та мультиплексори), розташоване, наприклад, на АТС.
Друга група виділених ліній ‒ це ненавантажені фізичні провідні лінії. Вони можуть
кросуватися, але при цьому не проходять через апаратуру частотного ущільнення. Часто
такі лінії використовують для зв’язку між близько розташованими будинками.
Оскільки апаратура передавання і приймання даних працює з даними в дискретному
вигляді (тобто одиницям і нулям даних відповідають дискретні електричні сигнали), то для
їх передавання через аналоговий канал потрібно перетворити дискретні дані в аналогові
(модуляція).
Залежно від способів синхронізації канали передавання даних обчислювальних мереж
можна розділити на синхронні та асинхронні. Синхронізація необхідна для того, щоб
передавальний вузол даних міг передати якийсь сигнал приймальному вузлу, щоб
приймальний вузол «знав», коли почати приймання дані, що надходять.
Залежно від напрямку передавання розрізняють канали симплексні (одностороннє
передавання), дуплексні (можливість одночасного передавання в обох напрямках) і
напівдуплексні (можливість поперемінного передавання в двох напрямках).
Засобами передавання інформації є телефонні мережі, обчислювальні мережі передавання
даних, супутникові системи зв’язку, системи стільникового радіозв’язку.
Дротові лінії зв’язку
Дротовими лініями зв’язку є дроти без будь-яких ізолювальних або екрануючих опліток,
прокладені між стовпами. До недавна такі лінії зв’язку були основними для передавання
телефонних або телеграфних сигналів. Натепер дротові лінії зв’язку швидко витісняються
кабельними. Але подекуди вони все ще збереглися і за відсутності інших можливостей
продовжують використовуватися також для передавання комп’ютерних даних. Швидкісні і
завадозахисні характеристики таких ліній не вдовольняють сучасним вимогам до мереж.
Ці лінії зв’язку застосовують як магістральні лінії зв’язку.
По дротових лініях зв’язку можуть бути організовані аналогові й цифрові канали
передавання даних. Швидкість передавання по дротових лініях ‒ швидкість «простої
старої телефонної лінії» (POST ‒ Primitive Old Telephone System) є дуже низькою.
Недоліки
цих ліній: слабка завадостійкість і можливість простого несанкціонованого підключення
до мережі.
Кабельні лінії мають досить складну конструкцію. Кабель складається з провідників,
укритий декількома шарами ізоляції: електричною, електромагнітною, механічною і,
можливо, кліматичною. Крім того, кабель може бути оснащений рознімами, що
дозволяють
швидко приєднувати до нього різне устаткування.
Як середовище передавання інформації в локальних мережах використовують три типи
кабелів: коаксіальний кабель, кручені пари провідників і оптоволоконні середовища.
Коаксіальний кабель.
Коаксіальний кабель є двопровідною лінією зв’язку (рис. 1.10), в якій один провідник ‒
центральний ‒ міститься усередині іншого.
Як центральний провідник можна використовувати як одножильний, так і багатожильний
мідний дріт. Кабель з центральним багатожильним провідником гнучкіший і надійніший,
але вартість його вища. Зовнішній провідник виконано у вигляді циліндра, сплетеного з
мідного дроту. Центральний і зовнішній провідники розділені ізоляцією. Зовнішня
оболонка кабелю виконується з полівінілхлориду або флуорополімера. Оскільки
полівінілхлорид має невисоку вартість і достатню гнучкість, то його часто
використовують. Кабель з полівінілхлоридом застосовують на відкритих або легко
доступних ділянках. Але оскільки продукти його горіння отруйні, то кабель на його основі
не можна прокладати в закритих стельових пазухах, тому для цих цілей використовуєть
флуорополімер. Флуорополімер сертифікований на вогнестійкість і в процессі згорання
виділяє незначну кількість смол. Недолік флуорополімера: менш гнучкий і більш дорогий.
Електричні сигнали, що кодують дані, передаються по жилі. Вона ізоляцією відділяється
від металевого обплетення, яка відіграє роль заземлення і захищає передавані по жилі
сигнали від:
‒ зовнішніх електромагнітних шумів (атмосферних, промислових);
‒ перехресних завад ‒ електричних наведень, спричинених сигналами в сусідніх проводах.
Для досягнення максимального рівня сигналу довжина сегмента коаксіального кабелю
повинна бути кратна довжині хвилі передаваного сигналу. Для можливості визначення
місць підключення робочих станцій коаксіальний кабель маркують по всій довжині через
певні проміжки. Якщо таких міток немає, це є першою ознакою невідповідності кабелю
мережевим стандартам. Крім того, повинно бути чітке маркування, що вказує на тип
кабелю.
Кабель використовуєть для передавання даних на швидкості 10 і 100 Мбіт/с.
Несанкціоноване підключення до коаксіального кабелю складніше, ніж до крученої пари.
Коаксіальний кабель є широкосмуговим засобом зв’язку, що дозволяє передавати
інформацію в досить великому частотному діапазоні. Його можна використовувати як для
одноканального, так і багатоканальнго передавання.
У разі багатоканальної роботи в межах одного фізичного передавального середовища
створюється декілька каналів передавання даних, наприклад, за рахунок розділення
частотного діапазону на окремі піддіапазони.
Розрізняють звичайні та пленумні коаксіальні кабелі. Останні мають кращі механічні і
протипожежні характеристики і допускають прокладку під підлогою, між фальшстелею і
перекриттям. Вибираючи для локальних обчислювальних мереж цей тип кабелю, слід
брати до уваги, що він є середовищем для передавання мови, відео і двійкових даних,
дозволяє передавати дані на великі відстані і є поширеною технологією з достатнім рівенем
захисту даних.
У локальній комп’ютерній мережі використовують два види коаксіального кабелю: з
хвильовим опором 50 Ом ‒ це RG-11 ‒ товстий (жовтий) коаксіальний кабель діаметром 10
мм і RG-58 ‒ тонкий коаксіальний кабель діаметром 5 мм. У товстому коаксіальному
кабелі
загасання сигналу менше, ніж у тонкому. Вартість коаксіального кабелю вища від вартості
крученої пари і виконання монтажу мережі складніше, ніж крученою парою.
Характеристики двох типів кабелів наведено в таблиці 1.2.
Кабель RG-11 характеризується вищою надійністю і завадостійкістю, але його вартість
вища, ніж кабелю RG-58.
Кабель RG-11 дозволяє створювати довші сегменти, ніж RG-58 (сегмент ‒ ділянка мережі
без повтоювача).
Вітчизняним аналогом кабелю RG-11 є РК50-6-11, РК50-6-13, а кабелю RG-58: РК50-3-11.
РК ‒ радіокабель, 50 ‒ його хвильовий опір, 6 або 3 ‒ закруглене значення внутрішнього
діаметра екрана, 11 або 13 ‒ шифр матеріалу зовнішньої оболонки.
У позначенні кабелів за стандартом IEEE 802.3 перші дві цифри ‒ швидкість передавання,
Мбіт/с; base означає, що кабель використовується в мережах з вузькосмуговим
передаванням (baseband network), остання цифра ‒ ефективна довжина сегмента (сотні
метрів), за якої рівень загасання сигналу залишається в допустимих межах.
Характеристики кабелів RG-11 і RG-58
Кручена пара
Кручена пара (twisted pair) ‒ кабель зв’язку, який є крученою парою мідних проводів (або
декілька пар проводів), поміщених в екрановану оболонку. Пари проводів скручуються
між
собою для зменшення наведень. Кручена пара є достатньо завадостійкою. Її часто
використовують замість коаксіального кабелю. Як провідник застосовують мідний
одножильний і багатожильний скручений провідник. Вартість кабелю на базі крученої
пари, якщо використовується одножильний мідний дріт, досить низька. Зовні кабель
схожий на телефонний, але відрізняється від нього наявністю певної кількості скручувань
на один погонний метр. За рівнем екранування кручені пари поділяють на неекрановані
UTP і екрановані STP.
Екрановані кручені пари характеризуються вищими електричними параметрами.
У разі екранованого кабелю застосовують додатковий загальний екран. Неекрановані
дроти
мають хвильовий опір 100 Ом, а екрановані ‒ 150 Ом. Розрізняють декілька категорій
кожного типу кабелю. Наприклад, для неекранованого кабелю з чотирьох кручених пар,
які
найчастіше використовують у ЛОМ, визначені категорії з номерами 3, 4, 5. Основна
відмінність між категоріями полягає в характеристиках. Наприклад, неекранований кабель
категорії 3 є стандартним телефонним кабелем із смугою частот 15 мГц. Кабель четвертої
категорії ‒ 20 мГц, п’ятої ‒ 100 мГц. Залежно від категорії кабелю визначається
Стандартним так само є розподіл контактів і колірне кодове маркування проводів
Розподілення контактів і колірне кодове маркування дротів крученої пари: пара № 1
маркується білим і синім; пара №2 ‒ оранжевим і білим; №3 ‒ зеленим і білим; №4 ‒
коричневим і білим.
Кручену пару найчастіше використовують для зв’язку на відстань не більше
декількох
сотень метрів. Як недолік кабелю можна відзначити можливість простого
несанкціонованого підключення до мережі. Характерною для цього кабелю є
простота
монтажу. Цей кабель найдешевший і найпоширеніший вид зв’язку, який широко
застосовують у найпоширеніших локальних мережах з архітектурою Ethernet,
побудованих
за топологією типу «зірка».
Приєднання робочих станцій до середовища передавання даних на базі витих пар
провідників здійснюється за допомогою розніму RJ-45.
Оптоволоконний кабель
Оптоволоконний кабель (fiber optic) ‒ найперспективніше середовище передавання
даних, яке забезпечує найвищу швидкість у разі передавання даних на великі відстані. Це
кабель у якому для передавання даних використовують оптичне волокно (світлопровід) на
кремнієвій або пластмасовій основі, поміщене в матеріал з низьким коефіцієнтом
заломлення світла, яке закрите зовнішньою оболонкою
Структура оптоволоконного кабелю: 1 ‒ скло, 2 ‒ внутрішня оболонка, 3 ‒ гель, 4 ‒ зовнішня оболонка
Світлопровід є тонкою скляною або пластмасовою ниткою завтовшки від 8,3×100 мкм.
Оптичне волокно передає сигнали тільки в одному напрямку, тому кабель складається
з двох волокон. На кінці оптоволоконного кабелю, здійснюється перетворення
електричного сигналу в світловій, а на приймальному кінці зворотне перетворення.
Світлопровід покритий скляною оболонкою, що має інший коефіцієнт віддзеркалення, ніж
у світлопровода.
Скляна оболонка відображає світло, направляючи його уздовж світлопровода. Між
оболонкою світлопровода і зовнішньою пластиковою оболонкою може знаходитись рідкий
гель або підсилюючі жили.
Внутрішня скляна оболонка забезпечує необхідну жорсткість і стійкість до розривів, а
також до перегріву і переохолодження.
Гель і підсилюючі жили забезпечують додатковий захист від механічної дії і впливу
навколишнього середовища.
Оптоволоконний кабель буває полегшений і посилений. Кабель може містити одне
світлопровідне волокно або декілька. Якщо одне, то це одномодовий кабель, а якщо
декілька, то ‒ багатомодовий. Також розрізняють кабелі по діаметру світлопроводу.
Найбільш поширені наступні типи кабелю:
1) 8,3 мк сердечник і 125 мк оболонка ‒ одномодовий;
2) 50 мк сердечник і 125 мк оболонка ‒ багатомодовий;
3) 62,5 мк сердечник і 125 мк оболонка ‒ багатомодовий;
4) 100 мк сердечник і 125 мк оболонка ‒ багатомодовий.
Основним стандартом є 62,5 мк сердечник і 125 мк оболонка.
Сигнал в одномодовому кабелі генерують за допомогою лазерного джерела світла. В якості
джерела світла використовують лазерний діод, який може перемикатися з частотою в
декілька тисяч мГц, що забезпечує висока швидкість передавання сигналу.
У багатомодовому кабелі як джерело світла використовується світлодіод, що знижує
вартість апаратури пердавання даних. У кабелі всі світлові пучки приймачем сприймаються
як один імпульс. Враховуючи, що кожен пучок світла в багатомодовому кабелі
поширюється по своєму шляху, час одержання їх адресатом різний, в результаті цього
збільшується тривалість імпульсу і знижується швидкість передавання сигналів.
Прозорість оптичного волокна на декілька порядків вища за прозорість звичайного скла,
що дозволяє передавати світловий сигнал на десятки кілометрів без істотного зниження
рівня сигналу. Гнучкість оптоволокна дає можливість прокладати його практично по тих
же каналах, що і коаксіальний кабель.
Вартість оптоволоконного устаткування та його установлення значно вищі вартості інших
видів обладнання, тому використовується в мережах з великою протяжністю при наявності
високого рівня електромагнітних полів.
Основна перевага цього типу кабелю ‒ надмірно високий рівень завадостійкості і
відсутність випромінення. Несанкціоноване підключення до мережі є достатньо складним.
Швидкість передавання даних 3 Гбіт/c. Основні недоліки оптоволоконного кабелю ‒ це
складність його монтажу, низька механічна міцність і чутливість до іонізуючих
випромінювань.