В зависимост от носителя за предаване на данни, комуникационните линии са разделени на следното:

• · Тел (въздушен);
• · Кабел (меден и оптичен);
• Радиоканали на наземни и сателитни комуникации.

Комуникационните линии също се различават във физическия носител, който използват за прехвърляне на информация.

Физическата среда за предаване може да представлява набор от проводници, по които се предават сигнали. Въз основа на такива проводници се изграждат жични (въздушни) или кабелни комуникационни линии (фиг. 2). Земната атмосфера или космическото пространство също се използват като среда, чрез която се разпространяват информационни сигнали. В първия случай те говорят за кабелна среда,а във втория - около безжичен.

В съвременните телекомуникационни системи информацията се предава с помощта електрически токили напрежение, радиосигнали или светлинни сигнали - всички тези физически процеси са колебания на електромагнитното поле с различни честоти.

Ориз. 2. Видове носители за предаване на данни

Кабелни (въздушни) комуникационни линии са проводници без изолационни или екраниращи плитки, поставени между стълбовете и висящи във въздуха. Скоростта и шумоустойчивостта на тези линии оставят много да се желаят. Днес кабелните комуникационни линии бързо се заменят с кабелни. Но на някои места те все още са запазени и при липса на други възможности продължават да се използват за прехвърляне на компютърни данни.

Кабелни линии имат доста сложен дизайн.

Кабелът се състои от проводници, затворени в няколко слоя изолация: електрическа, електромагнитна, механична и евентуално климатична. В допълнение, кабелът може да бъде оборудван с конектори, които ви позволяват бързо да се свържете с различно оборудване. V компютърни мрежиИма три основни типа кабели: Неекранирани усукани двойки (UTP) кабели и екранирани усукана двойка(Екранирана усукана двойка. STP), коаксиални коаксиални кабели и оптични кабели.

Радиоканали за наземна и сателитна комуникациягенерирани от предавател и приемник на радиовълни. Има много различни видове радио канали, различаващи се по начина, по който се използват. честотен диапазони обхвата на каналите. Късите, средните и дългите диапазони на дължините на вълните (KB, MW и LW), наричани още амплитудна модулация (AM) въз основа на вида на модулацията на сигнала, който използват, осигуряват комуникация на дълги разстояния, но с ниска скорост на предаване на данни. Каналите с по-висока скорост са тези, работещи в лентите с ултракъси вълни (VHF), които се характеризират с честотна модулация (Frequency Modulation, FM), както и в микровълновите ленти (микровълни). Ulira високочестотни ленти (UHF) също се използват за предаване на данни. наричани още микровълнови диапазони (над 300 MHz). В микровълновия диапазон (над 4 GHz) сигналите вече не се отразяват от земната йоносфера и за стабилна комуникация е необходима видима линия между предавателя и приемника. Следователно такива честоти използват или сателитни канали, или радиорелейни канали, когато това условие е изпълнено.

И в компютърните мрежи днес се използват почти всички видове физически носители за предаване на данни. Добри възможностиосигуряват оптични кабели с висока честотна лента и ниска чувствителност към смущения. Днес те се използват като магистрали на големи териториални и градски мрежи, както и за високоскоростни локални мрежи. Усуканата двойка също е популярен носител, който се характеризира с отлично съотношение цена -качество и лекота на инсталиране. Безжичните канали се използват най -често в случаите, когато кабелните комуникационни линии не могат да се използват - например, когато каналът преминава през слабо населена зона или за комуникация с потребители на мобилна мрежа.

Оборудване за предаване на данни

Както е показано на фиг. 1. Комуникационните линии се състоят не само от предавателната среда, но и от оборудването. Дори ако комуникационната линия не минава през първичната мрежа, а се основава на кабел, оборудването за предаване на данни е включено.

Оборудване за предаване на данни(ADFили DCE - Оборудване за прекратяване на верига за данни) в компютърните мрежи директно свързва компютри или превключва към комуникационни линии и по този начин е гранично оборудване. Традиционно в комуникационната линия е включено оборудване за предаване на данни. Примери за DCE са модеми (за телефонни линии), терминални адаптери на ISDN мрежи, устройства за свързване към цифрови каналипървични мрежи DSU / CSU (Data Service Unit / Circuit Service Unit).

Потребителското оборудване на комуникационната линия, което генерира данни за предаване по комуникационната линия и е свързано директно към оборудването за предаване на данни, се нарича съвместно терминално оборудване за данни(ООД или DTE - терминално оборудване за данни). Пример за DTE са компютри или рутери. локални мрежи... Този апарат не е включен в комуникационната линия. Има няколко стандартни интерфейса за свързване на DCE устройства към DTE устройства (тоест компютри или комутатори / рутери). Тези устройства работят на къси разстояния едно от друго, обикновено на няколко метра.

Междинен апарат

• · Подобряване на качеството на сигнала;

Vаналогови линии

В цифровите комуникационни линии предаваните сигнали имат ограничен брой състояния. По правило елементарен сигнал, тоест сигнал, предаван в един цикъл на работа на предавателното оборудване, има 2, 3 или 4 състояния, които се възпроизвеждат в комуникационните линии чрез импулси или чрез правоъгълни потенциали. С помощта на такива сигнали се предават както компютърни данни, така и дигитализирана реч и изображения (благодарение на същия начин на представяне на информация от съвременните компютърни, телефонни и телевизионни мрежи е възможно появата на общи първични мрежи). В цифровите комуникационни линии се използва специално междинно оборудване - регенератори, които подобряват формата на импулсите и възстановяват периода им на повторение. Междинното оборудване за мултиплексиране и превключване на първични мрежи работи на принципа на мултиплексиране с разделяне на времето (TDM). кодиращ сигнал на комуникационно оборудване

Характеристики на комуникационната линия

Видове характеристики и как да ги дефинираме

Основните характеристики на комуникационните линии са:

• · Амплитудно-честотна характеристика;
• · Честотна лента;
• Затихване;
• · Шумен имунитет;
• · Кръстосани разговори в близкия край на линията;
• · Пропускателна способност;
• · Надеждност на предаването на данни;
• · Единична цена.

състав на комуникационната линия. Има няколко стандартни интерфейса за свързване на DCE устройства към DTE устройства (тоест компютри или комутатори / рутери). Тези устройства работят на къси разстояния едно от друго, обикновено на няколко метра.

Междинен апаратобикновено се използва на комуникационни линии на дълги разстояния. Междинното оборудване решава две основни задачи:

• · Подобряване на качеството на сигнала;
• · Създаване на постоянен композитен комуникационен канал между двама абонати на мрежата.

В локалните мрежи междинното оборудване може изобщо да не се използва, ако дължината на физическата среда - кабели или радиоефир - позволява на един мрежов адаптер да получава сигнали директно от друг мрежов адаптер, без междинно усилване. В противен случай се използват устройства като повторители.

В глобалните мрежи е необходимо да се осигури висококачествено предаване на сигнал на разстояния от стотици и хиляди километри. Следователно, без усилватели (увеличаване на мощността на сигналите) и регенератори (заедно с увеличаване на силата на възстановяване на формата на импулсни сигнали, изкривени по време на предаване на голямо разстояние), инсталирани на определени разстояния, е невъзможно да се изгради териториална комуникационна линия. Оборудването на глобални мрежи, географски разпределени мрежи, свързани директно към магистралния кабел за дълги разстояния, се нарича мултиплексори - демултиплексори (MUX). Такива мрежи, осигуряващи аналогови и цифрови конкатенирани връзки, се наричат ​​първични мрежи, а техните потребители се наричат ​​вторични мрежи. Те включват както компютърни мрежи, така и обикновени градски телефонни мрежи, базирани на телефонни централи на автоматични телефонни централи.

Използването на мултиплексори - демултиплексори (MUX) позволява предаване на голям брой (няколко хиляди) нискоскоростни телефонни канали в един магистрален кабел.

Vаналогови линии междинното оборудване е предназначено за усилване на аналогови сигнали, тоест сигнали, които имат непрекъснат диапазон от стойности. Аналоговият подход обикновено използва техника за честотно мултиплексиране, честотно деление- (Честотно разделено мултиплексиране, FDM).

В цифровите комуникационни линии предаваните сигнали имат ограничен брой състояния. По правило елементарен сигнал, тоест сигнал, предаван в един цикъл на работа на предавателното оборудване, има 2, 3 или 4 състояния, които се възпроизвеждат в комуникационните линии чрез импулси или чрез правоъгълни потенциали. С помощта на такива сигнали се предават както компютърни данни, така и дигитализирана реч и изображения (благодарение на същия начин на представяне на информация от съвременните компютърни, телефонни и телевизионни мрежи е възможно появата на общи първични мрежи). В цифровите комуникационни линии се използва специално междинно оборудване - регенератори, които подобряват формата на импулсите и възстановяват периода им на повторение. Междинното оборудване за мултиплексиране и превключване на първични мрежи работи на принципа на мултиплексиране с разделяне на времето (TDM).

Спектрален анализ на сигнали по комуникационни линии

От теорията за хармоничния анализ е известно, че всеки периодичен процес може да бъде представен като сума от синусоидални трептения с различни честоти и различни амплитуди (фиг. 3).

Ориз. 3. Представяне на периодичен сигнал като сума от синусоиди

Всеки компонент на синусоида се нарича още хармоник, а множеството на всички хармоници се нарича спектрално разлагане на оригиналния сигнал. Непериодичните сигнали могат да бъдат представени като интеграл от синусоидални сигнали с непрекъснат честотен спектър. Например, спектралното разлагане на идеален импулс (единична мощност и нулева продължителност) има компоненти на целия честотен спектър, от -? до + (фиг. 4).

Ориз. 4. Спектрално разлагане на идеален импулс

Техниката за намиране на спектъра на всеки източник на сигнал е добре известна. За някои сигнали, които са добре описани аналитично (например за последователност от правоъгълни импулси със същата продължителност и амплитуда), спектърът лесно се изчислява въз основа на формулите на Фурие. За произволни форми на вълни, срещани на практика, спектърът може да бъде намерен с помощта на специални инструменти - спектроанализатори, които измерват спектъра на реален сигнал и показват амплитудите на хармоничните компоненти на екрана или ги отпечатват на принтер. Изкривяването на синусоида от всякаква честота от предавателния канал в крайна сметка води до изкривяване на предавания сигнал от всякаква форма, особено ако синусоидите с различни честоти не са еднакво изкривени. Ако това е аналогов сигнал, предаващ реч, тогава тембърът на гласа се променя поради изкривяване на обертонове - странични честоти. При предаване на импулсни сигнали, характерни за компютърните мрежи, нискочестотните и високочестотните хармоници се изкривяват, в резултат на което импулсните фронтове губят правоъгълната си форма (фиг. 5).В резултат на това сигналите в приемащия край на линията може да не бъдат лесно разпознати.

Ориз. 5.

Комуникационната линия изкривява предадените сигнали поради факта, че нейните физически параметри се различават от идеалните. Така например, медните проводници винаги представляват някаква комбинация от активно съпротивление, капацитивен и индуктивен товар, разпределен по дължината. В резултат на това за синусоиди с различни честоти линията ще има различен импеданс, което означава, че те ще се предават по различни начини. Оптичният кабел също има отклонения, които предотвратяват идеалното разпространение на светлината. Ако комуникационната линия включва междинно оборудване, тя може да въведе и допълнителни изкривявания, тъй като е невъзможно да се създадат устройства, които да предават еднакво добре целия спектър от синусоиди, от нула до безкрайност.

В допълнение към изкривяванията на сигнала, въведени от вътрешните физически параметри на комуникационната линия, има и външни смущения, които допринасят за изкривяването на формата на сигнала на линейния изход. Тази намеса се създава от различни електродвигатели, електронни устройства, атмосферни явления и пр. Въпреки защитните мерки, предприети от дизайнерите на кабели и усилвателно-комутационно оборудване, не е възможно напълно да се компенсира ефектът от външни смущения. Следователно сигналите на изхода на комуникационната линия обикновено имат сложна форма, според която понякога е трудно да се разбере каква дискретна информация е подадена към входа на линията.

Средството за предаване на информация са тези комуникационни линии (или комуникационни канали), по които информацията се обменя между компютрите. По -голямата част от компютърните мрежи (особено местните) използват кабелни или кабелни комуникационни канали, въпреки че има безжични мрежи, които сега се използват все по -често, особено в преносимите компютри.

Има 4 вида носители за предаване на данни:

Кабелни базирани усукани двойки

Коаксиални кабели

Оптични кабели

· Безжични комуникационни канали

Усуканите двойки проводници се използват в евтини и днес може би най -популярните кабели. Кабелът с усукана двойка се състои от няколко двойки усукани двойки изолирани медни проводници в една диелектрична (пластмасова) обвивка. Той е доста гъвкав и лесен за полагане. Усукването на проводниците свежда до минимум индуктивното кръстосване между кабелите и намалява ефекта на преходните процеси.

Обикновено кабелът включва две (фиг. 4.1) или четири усукани двойки.

Ориз. 4 ,1.

Неекранираните усукани двойки се характеризират с лош имунитет от външни електромагнитни смущения, както и от подслушване, което може да се извърши с цел например промишлен шпионаж. Нещо повече, прихващането на информация, предавана по мрежата, е възможно както с помощта на контактния метод (например с помощта на две игли, залепени в кабела), така и с безконтактния метод, който намалява до радиоприхващане на електромагнитни полета, излъчвани от кабела. Освен това ефектът на смущения и количеството радиация навън се увеличава с увеличаване на дължината на кабела. За да се отстранят тези недостатъци, се използва екраниране на кабели.

В случай на STP екранирана усукана двойка, всяка от усуканите двойки е поставена в метална оплетка, за да намали излъчването на кабела, да предпази от външни електромагнитни смущения и да намали взаимното влияние на двойките проводници един върху друг (кръстосани връзки - кръстосани връзки) . За да може щитът да предпазва от смущения, той трябва да бъде заземен. Естествено, екранираната усукана двойка е много по -скъпа от неекранираната. Използването му изисква специални екранирани съединители. Следователно, той се среща много по -рядко от неекранираната усукана двойка.

Основните предимства на неекранираните усукани двойки са лекотата на инсталиране на конектори в краищата на кабела, както и отстраняване на всякакви повреди в сравнение с други видове кабели. Всички други характеристики са по -лоши от тези на другите кабели. Например, при дадена скорост на предаване, затихването на сигнала (намаляването на нивото му при преминаване през кабела) е по -голямо за тях, отколкото за коаксиалните кабели. Ако вземем предвид все още ниската устойчивост на шум, тогава е разбираемо защо комуникационните линии, базирани на усукани двойки, обикновено са доста къси (обикновено в рамките на 100 метра). В момента усукана двойка се използва за предаване на информация със скорост до 1000 Mbps технически проблемивъзникващи при такива скорости са изключително сложни.

Коаксиален кабел е електрически кабел, състоящ се от централен меден проводник и метална оплетка (щит), разделени от диелектричен слой (вътрешна изолация) и поставени в обща външна обвивка (фиг. 4.2).

Фигура 4.2

Коаксиалният кабел беше много популярен доскоро поради високата си устойчивост на шум (благодарение на металната оплетка), по -широките честотни ленти (над 1 GHz), отколкото в случая на усукана двойка, а също и големите допустими разстояния на предаване (до километър) . По -трудно е да се свържете механично към него за неоторизирано подслушване на мрежата, той също така дава значително по -малко електромагнитно излъчване навън. Инсталирането и ремонтът на коаксиален кабел обаче е много по -труден от кабела с усукана двойка, а цената му е по -висока (той е около 1,5 - 3 пъти по -скъп). Също така е по -трудно да инсталирате конектори в краищата на кабела. Сега се използва по -рядко от усукана двойка. Стандартът EIA / TIA-568 включва само един тип коаксиален кабел, използван в Ethernet мрежа.

Основното приложение на коаксиалния кабел е в мрежи с топология на шината. В този случай терминаторите трябва да бъдат монтирани в краищата на кабела, за да се предотвратят вътрешни отражения на сигнала, а един (и само един!) От терминаторите трябва да бъде заземен. Без заземяване металната оплетка не предпазва мрежата от външни електромагнитни смущения и не намалява излъчването на информация, предавана през мрежата към външната среда. Но когато плитката е заземена в две или повече точки, може да се повреди не само мрежовото оборудване, но и компютрите, свързани към мрежата. Терминаторите трябва да бъдат съчетани с кабела, необходимо е съпротивлението им да е равно съпротивление на вълнитекабел. Например, ако се използва 50-омов кабел, са подходящи само 50-омови терминатори.

По -рядко коаксиалните кабели се използват в звездни мрежи (например пасивни звезди в мрежа Arcnet). В този случай проблемът за съвпадение е значително опростен, тъй като не се изискват външни терминатори в свободните краища.

Има два основни типа коаксиален кабел:

· Тънък (тънък) кабел с диаметър около 0,5 см, по -гъвкав;

· Дебел (дебел) кабел, с диаметър около 1 см, много по -твърд. Това е класическа версия на коаксиален кабел, който е почти изцяло заменен от модерен тънък кабел.

Тънък кабел се използва за предаване на по -къси разстояния от дебел, тъй като сигналът в него е отслабен повече. Но с тънък кабел е много по -удобно да работите: той може бързо да бъде положен към всеки компютър, а дебелият изисква твърдо фиксиране на стената на стаята. Свързването към тънък кабел (с помощта на BNC BNC конектори) е по -лесно и не изисква допълнителен хардуер. И за да се свържете с дебел кабел, трябва да използвате специални доста скъпи устройства, които пробиват черупките му и установяват контакт както с централното ядро, така и с екрана. Дебелият кабел е около два пъти по -скъп от тънкия кабел, така че тънкият кабел се използва много по -често.

Както при усуканите двойки, видът на външната обвивка е важен параметър на коаксиалния кабел. По същия начин в този случай се използват както кабели без плънка (PVC), така и кабели. Естествено, тефлоновият кабел е по -скъп от PVC кабела. Обикновено типът на обвивката може да се различава по цвят (например, Belden използва жълто за PVC и оранжево за тефлон).

Типичните закъснения на разпространение в коаксиален кабел са около 5 ns / m за тънък кабел и около 4,5 ns / m за дебел.

Има варианти на коаксиалния кабел с двоен щит (единият щит е разположен вътре в другия и отделен от него с допълнителен слой изолация). Тези кабели имат по -добра устойчивост на шум и защита от подслушване, но са малко по -скъпи от конвенционалните кабели.

Днес се смята, че коаксиалният кабел е остарял, в повечето случаи може лесно да бъде заменен с усукана двойка или оптичен кабел. И новите стандарти за кабелни системи вече не го включват в списъка с типове кабели.

Оптичният кабел (известен още като оптичен кабел) е коренно различен тип кабел в сравнение с двата разглеждани типа електрически или меден кабел. Информацията за него се предава не чрез електрически сигнал, а чрез светлинен сигнал. Основният му елемент е прозрачно фибростъкло, през което светлината се движи на огромни разстояния (до десетки километри) с незначително затихване.

Рисуване. 4.3.

Структурата на оптичен кабел е много проста и подобна на структурата на коаксиален електрически кабел (Фигура 4.3). Само вместо централна медна жица тук се използва тънък (с диаметър около 1-10 микрона) фибростъкло, а вместо вътрешна изолация се използва стъклена или пластмасова обвивка, която не позволява на светлината да излиза извън стъклото. В този случай говорим за т. Нар. Пълно вътрешно отражение на светлината от границата на две вещества с различни показатели на пречупване (коефициентът на пречупване на стъклената обвивка е много по-нисък от този на централното влакно). Металната обвивка на кабела обикновено отсъства, тъй като тук не се изисква екраниране от външни електромагнитни смущения. Понякога обаче все още се използва за механична защита от околната среда (такъв кабел понякога се нарича брониран; той може да комбинира няколко оптични кабела под една обвивка).

Оптично-оптичният кабел има изключителни характеристики по отношение на шумоизолация и секретност на предаваната информация. По принцип никакви външни електромагнитни смущения не са в състояние да изкривят светлинния сигнал, а самият сигнал не генерира външно електромагнитно излъчване. Почти невъзможно е да се свържете с този тип кабел за неоторизирано подслушване на мрежата, тъй като това нарушава целостта на кабела. Теоретично възможната честотна лента на такъв кабел достига 1012 Hz, тоест 1000 GHz, което е несравнимо по -високо от това на електрическите кабели. Цената на оптичния кабел постоянно намалява и сега е приблизително равна на цената на тънкия коаксиален кабел.

Оптичният кабел обаче има и някои недостатъци.

Най -важният от тях е високата сложност на монтажа (при инсталиране на съединители се изисква точност на микрона, затихването в конектора силно зависи от точността на разцепването на фибростъкло и степента на неговото полиране). За инсталиране на съединителите се използва заваряване или лепене с помощта на специален гел, който има същия показател на пречупване на светлината като фибростъкло. Във всеки случай това изисква висококвалифициран персонал и специални инструменти. Ето защо най-често оптичният кабел се продава под формата на предварително нарязани парчета с различна дължина, в двата края на които вече са инсталирани конекторите от необходимия тип. Трябва да се помни, че лошо инсталираният конектор драстично намалява допустимата дължина на кабела, която се определя от затихването.

Трябва също така да се помни, че използването на оптичен кабел изисква специални оптични приемници и предаватели, които преобразуват светлинните сигнали в електрически сигнали и обратно, което понякога значително увеличава цената на мрежата като цяло.

Оптичните кабели позволяват разделяне на сигнала (за тази цел се произвеждат специални пасивни съединители за 2-8 канала), но като правило те се използват за прехвърляне на данни само в една посока между един предавател и един приемник. В крайна сметка всяко разклонение неизбежно силно отслабва светлинния сигнал и ако има много разклонения, тогава светлината може просто да не достигне края на мрежата. Освен това в сплитера има вътрешна загуба, така че общата мощност на сигнала на изхода е по -малка от входната мощност.

Оптичният кабел е по -малко издръжлив и гъвкав от електрическия кабел. Типичните радиуси на огъване са около 10 - 20 cm, с по -малки радиуси на огъване централното влакно може да се счупи. Лошо понася кабела и механичното разтягане, както и смачкване.

Оптично-оптичният кабел също е чувствителен към йонизиращо лъчение, поради което прозрачността на стъклените влакна намалява, тоест отслабването на сигнала се увеличава. Внезапните промени в температурата също се отразяват негативно, фибростъклото може да се напука.

Оптичният кабел се използва само в мрежи с топология звезда и пръстен. В този случай няма проблеми със съвпадението и заземяването. Кабелът осигурява перфектна галванична изолация на мрежовите компютри. В бъдеще този тип кабели вероятно ще изместят електрическите кабели или поне силно ще ги потиснат. Запасите от мед на планетата се изчерпват и има повече от достатъчно суровини за производството на стъкло.

с изключение кабелни каналибезжичните канали понякога се използват и в компютърни мрежи. Основното им предимство е, че не се изисква окабеляване (няма нужда да се правят дупки в стените, да се фиксира кабелът в тръби и улуци, да се полага под повдигнати подове, над окачени тавани или във вентилационни шахти, да се търсят и отстраняват повреди). Освен това компютрите в мрежата могат лесно да се преместват в стая или сграда, тъй като те не са обвързани с нищо.

Радиоканалът използва предаването на информация по радиовълни, така че теоретично може да осигури комуникация за много десетки, стотици и дори хиляди километри. Скоростта на предаване достига десетки мегабита в секунда (тук много зависи от избраната дължина на вълната и метода на кодиране).

Особеността на радиоканала е, че сигналът се излъчва свободно в ефир, не е затворен в кабел, така че възникват проблеми със съвместимостта с други източници на радиовълни (радио и телевизионни радиостанции, радари, радиолюбителски и професионални предаватели и др.). Радиоканалът използва предаване в тесен честотен диапазон и модулация с информационен сигнал на носещия честотен сигнал.

Основният недостатък на радиоканала е неговата лоша защита срещу подслушване, тъй като радиовълните се разпространяват неконтролируемо. Друг голям недостатък на радиоканала е слабата му устойчивост на шум.

За местни безжични мрежи(WLAN-Безжична LAN), използвани понастоящем радиоканални връзки на къси разстояния (обикновено до 100 метра) и в рамките на видимостта. Двете най -често използвани честотни ленти са 2,4 GHz и 5 GHz. Скоростта на предаване е до 54 Mbps. Разпространена версия със скорост 11 Mbit / s.

WLAN ви позволяват да установите безжична връзка интернет връзкав ограничена зона (обикновено в офис или университетска сграда или на обществени места като летища). Те могат да се използват във временни офиси или други места, където окабеляването не е възможно, или като добавка към съществуваща кабелна LAN мрежа, за да се даде възможност на потребителите да работят, докато се движат из сградата.

Популярната Wi-Fi (Wireless Fidelity) технология позволява комуникация между 2 до 15 компютъра с помощта на хъб (наречен точка за достъп, точка на достъп) или множество хъбове, ако има 10 до 50 компютъра. Възможност за свързване на две локални мрежи от разстояние до 25 километра, използвайки мощни безжични мостове. Например, на фиг. 4.4 показва комбинацията от компютри, използващи една точка за достъп. Важно е много мобилни компютри(лаптопи) вече имат вграден Wi-Fi контролер, което значително опростява връзката им с безжична мрежа.

Фигура 4.4

Радиоканалът се използва широко в глобалните мрежи както за наземна, така и за сателитна комуникация. В това приложение радиоканалът няма конкуренти, тъй като радиовълните могат да достигнат до всяка точка на света.

Ако говорим за възможни топологии, тогава най -естествено всички безжични комуникационни канали са подходящи за топология на шината, при която информацията се предава едновременно на всички абонати. Но когато се използва предаване с тесен лъч и / или честотно разделяне по канали, всяка топология (пръстен, звезда, комбинирани топологии) може да бъде реализирана както по радиоканала, така и по инфрачервения канал.

Страница 27 от 27 Физически основи на предаването на данни(Комуникационни линии,)

Физически основи на предаването на данни

Всяка мрежова технология трябва да осигурява надеждна и бърз трансфердискретни данни по комуникационни линии. И въпреки че има големи разлики между технологиите, те се основават на общите принципи за прехвърляне на дискретни данни. Тези принципи са въплътени в методи за представяне на двоични единици и нули, използващи импулсни или синусоидални сигнали в комуникационни линии с различно физическо естество, методи за откриване и коригиране на грешки, методи за компресиране и превключване.

Линиивръзки

Първични мрежи, линии и комуникационни канали

Когато описвате техническа система, който прехвърля информация между мрежови възли, в литературата могат да се намерят няколко имена: комуникационна линия, сложен канал, канал, връзка.Често тези термини се използват взаимозаменяемо и в много случаи това не е проблем. Същевременно има и специфичност в използването им.

Връзка(връзка) е сегмент, който осигурява трансфер на данни между два съседни мрежови възела. Тоест връзката не съдържа междинни комутационни и мултиплексиращи устройства.

Канал(канал) най -често означават частта от честотната лента на връзката, използвана независимо по време на превключване. Например, връзка в първичната мрежа може да се състои от 30 канала, всеки от които има пропускателна способност 64 kbps.

Композитен канал(верига) е път между два крайни възела в мрежа. Свързаната връзка се формира от отделни междинни връзки и взаимовръзки в превключватели. Често епитетът "композитен" се пропуска и терминът "канал" се използва за обозначаване както на композитен канал, така и на канал между съседни възли, тоест в рамките на връзка.

Комуникационна линияможе да се използва като синоним за някой от другите три термина.

На фиг. са показани две версии на комуникационната линия. В първия случай ( а) линията се състои от кабелен сегмент с дължина няколко десетки метра и представлява връзка. Във втория случай (б) комуникационната връзка е свързан канал, разгърнат в мрежа с комутация на верига. Такава мрежа може да бъде първична мрежаили телефонната мрежа.

За компютърна мрежа обаче този ред е връзка, тъй като свързва два съседни възела и цялото комутиращо междинно оборудване е прозрачно за тези възли. Причината за взаимно неразбиране на ниво термини на компютърни специалисти и специалисти от първични мрежи е очевидна тук.

Първичните мрежи са специално създадени, за да предоставят услуги за канали за предаване на данни за компютър и телефонни мрежи, за които в такива случаи казват, че работят "отгоре" на първичните мрежи и са насложени мрежи.

Класификация на комуникационните линии

Комуникационна линия В общия случай той се състои от физически носител, през който се предават електрически информационни сигнали, оборудване за предаване на данни и междинно оборудване. Физическата среда за предаване на данни (физически носители) може да бъде кабел, тоест набор от проводници, изолационни и защитни обвивки и съединители, както и земната атмосфера или космическото пространство, през които се разпространяват електромагнитни вълни.

В първия случай те говорят за кабелна среда,а във втория - около безжичен.

В съвременните телекомуникационни системи информацията се предава с помощта електрически ток или напрежение, радиосигнали или светлинни сигнали- всички тези физични процеси са колебания на електромагнитното поле с различни честоти.

Жични (въздушни) линиивръзките са жици без изолационни или екраниращи плитки, поставени между стълбовете и висящи във въздуха. Дори в близкото минало такива комуникационни линии бяха основните за предаване на телефонни или телеграфни сигнали. Днес кабелните комуникационни линии бързо се заменят с кабелни. Но на някои места те все още са запазени и при липса на други възможности продължават да се използват за прехвърляне на компютърни данни. Скоростта и устойчивостта на шум на тези линии оставят много да се желаят.

Кабелни линииимат доста сложен дизайн. Кабелът се състои от проводници, затворени в няколко слоя изолация: електрическа, електромагнитна, механична и евентуално климатична. В допълнение, кабелът може да бъде оборудван с конектори, които ви позволяват бързо да се свържете с различно оборудване. В компютърните (и телекомуникационните) мрежи се използват три основни типа кабели: кабели, базирани на усукани двойки медни проводници - неекранирана усукана двойка(Неекранирана усукана двойка, UTP) и екранирана усукана двойка(Екранирана усукана двойка, STP), коаксиални кабелимедни, оптични кабели. Първите два вида кабели също се наричат медни кабели.

Радио каналиназемните и сателитните комуникации се формират с помощта на предавател и приемник на радиовълни. Съществува голямо разнообразие от видове радиоканали, които се различават както в честотния диапазон, така и в обхвата на каналите. Излъчване на радио ленти(дълги, средни и къси вълни), наричани още AM ленти,или чрез диапазони на амплитудна модулация (Amplitude Modulation, AM), осигуряват комуникация на дълги разстояния, но с ниска скорост на предаване на данни. По -бързите канали са тези, които използват много високочестотни ленти(Много висока честота, VHF), за която се прилага честотна модулация (Frequency Modulation, FM). Използва се и за предаване на данни свръхвисоки честотни ленти(Ultra High Frequency, UHF), наричан още микровълнови диапазони(над 300 MHz). Над 30 MHz, сигналите вече не се отразяват от земната йоносфера, а за стабилна комуникация е необходима видима линия между предавателя и приемника. Следователно такива честоти използват или сателитни канали, или радиорелейни канали, или локални или мобилни мрежикогато това условие е изпълнено.

Въпрос Еволюция изчислителни системи

1) Системи за пакетна обработка:

1950 - появяват се първите компютри.

Системите за пакетна обработка са изградени на базата на мейнфрейм - мощен и надежден универсален компютър. Потребителите са пробивали карти, съдържащи данни и команди на програми, операторите са въвели тези карти в компютър и отпечатаните резултати са получени на следващия ден.

Максимизиране на ефективността на изчислителната мощ

Пренебрегване на интересите на потребителите

2)Много терминална система

Разпределени данни вход-изход.

Централизирана обработка.

60-те години на миналия век появата на мултитерминални системи за споделяне на време.

LAN прототип.

Компютърът беше предоставен на разположение на няколко потребители едновременно, всеки с терминал, времето за реакция на самолета е доста кратко.

Изчислителни мрежи

BC е колекция от компютри, свързани чрез комуникационни линии (кабели, мрежови адаптери, телекомуникационно оборудване).

Класификация на мрежите на териториална основа

LAN - MAN - WAN

Глобални мрежи- Широкообхватни мрежи (WAN).

Предаване на данни на стотици и хиляди километри

Хронологично се появяват първите (50-60-те години)

Разработено от телефонни мрежи

Първоначално бавно и ненадеждно

Днес WAN:

Дали са пръстени или гръбнак

Основна скорост 2.5 Gbit / s

10-Gbit / s, 40-Gbit / s решения са широко разпространени

Прилагат се сложни процедури за контрол и възстановяване на данни

Локални мрежи - локални мрежи (LAN).

Концентриран на територията на 1-2 км.

Скорост до 10 Gbps

Широк спектър от услуги

Най -важният етап от развитието е формирането на стандартни LAN технологии: Ethernet, Token Ring, FDDI.

Метрополитен район (MAN)

Разстояния от няколко десетки километри

По -евтино от WAN

Скорости на връзка 1-40 Gbit / s

Използва се за свързване на съществуващи LAN мрежи и свързване към WAN

Съвременни тенденции

Глобалните мрежи са тясно съчетани по качество с местните

2) LAN започна да използва комутатори, рутери, шлюзове => възможността за изграждане на сложни мрежи

Въпрос. Седемстепенен модел OSI.

Физически слой

Физическият слой определя електрическите, механичните, процедурните и

функционални характеристики на активиране, поддръжка и деактивиране на физически канал между крайни системи. Спецификациите на физическия слой определят характеристики като нива на напрежение, време на промяна на напрежението, скорост на предаване на физическа информация, максимални комуникационни разстояния, физически съединители и други подобни характеристики. Единица данни:Бит (бит)

Свързващ слой

Слоят за връзка за данни осигурява надежден транзит на данни по физическия канал. При изпълнението на тази задача слоят на връзката решава въпросите за физическото адресиране, топологията на мрежата, линейната дисциплина (как крайната система използва мрежовата връзка), известяването на грешки, подредената доставка на блокове данни и контрола на информационния поток. Единица данни:Кадър

Мрежов слой

Мрежовият слой е сложен слой, който осигурява свързаност и избор на маршрут между две крайни системи, свързани към различни „подмрежи“, които могат да бъдат разположени на различни географски местоположения.

В този случай "подмрежа" по същество е независим мрежов кабел (понякога наричан сегмент).

Защото две крайни системи, желаещи да комуникират, могат да бъдат разделени със значително географско разстояние и много подмрежи, мрежовият слой е домейнът за маршрутизиране. Протоколите за маршрутизиране избират оптимални маршрути чрез поредица от взаимосвързани подмрежи. Традиционните протоколи на мрежовия слой пренасят информация по тях

Маршрути. Единица данни:Пакет

Транспортен слой

Транспортният слой се занимава с проблеми, като например извършване на надежден транспорт на данни в мрежата. Предоставяйки надеждни услуги, транспортният слой осигурява механизми за установяване, поддържане и подреждане на виртуални вериги, системи за отстраняване на транспортни проблеми и управление на трафика (за да се предотврати наводняването на системата с данни от друга система). Единица данни:Дейтаграма / блок от данни (датаграмм)

Ниво на сесия

Както показва името му, слоят сесия установява, управлява и прекратява комуникационни сесии между приложения. Сесиите се състоят от разговор между два или повече обекта на презентация. Нивото на сесията синхронизира диалога между обектите на представителното ниво и управлява обмена на информация между тях. Слоят на сесията осигурява средство за изпращане на информация, клас на услуга и известие за изключения за проблеми със сесията, прокси и приложението. Единица данни:Съобщение

Представително ниво

Слоят за представяне е отговорен за това, че информацията, изпратена от приложния слой на една система, може да се чете до слоя на приложение на друга система. Ако е необходимо, представителният слой се превежда между множество формати за представяне на информация, използвайки общ формат за представяне на информация.

Единица данни:Съобщение

Ниво на приложение

Приложният слой е най -близкият до потребителя OSI слой. Тя се различава от другите слоеве по това, че не предоставя услуги на никой от другите слоеве на OSI; той обаче ги предоставя за приложни процеси извън обхвата на модела OSI. Примери за такива приложни процеси са програми за обработка на мащабни таблици, програми за обработка на думи, програми за банкови терминали и др.

Единица данни:Съобщение

Тъй като пакетът от данни се движи отгоре надолу, всяко ново ниво добавя своя собствена служебна информация към пакета под формата на заглавка и евентуално ремарке (информация, поставена в края на съобщението). Тази операция се нарича капсулиранеданни от първо ниво в пакет от по-ниско ниво

въпрос. Класификация на носители за предаване на данни.

Под носител за предаване на данните разбират физическото вещество, чрез което се осъществява предаването на електрически сигнали, използвани за предаване на една или друга информация, представена в цифров вид.

Естествената среда е средата, която съществува в природата - Не е естествена. - специално проектирани (кабели и др.)

Естествена среда

- АтмосфераЕлектромагнитните вълни се използват най -широко като носители на данни в атмосферата.

- Радио вълни -електромагнитни вълни с честота по -малка от 6000 GHz (с дължина на вълната над 100 микрона).

- Инфрачервена и видима светлина (лазер)

Изкуствена средаОсновните видове кабели са оптични (влакна), коаксиални (коаксиални) и усукана двойка (усукана двойка). В този случай както коаксиалната, така и усуканата двойка използват метален проводник за предаване на сигнали, а оптичният кабел използва светловод от стъкло или пластмаса.

Коаксиален кабел

Важно предимство е способността му да предава множество сигнали едновременно. Всеки такъв сигнал се нарича канал. Всички канали са организирани на различни честоти, така че не пречат един на друг. Той има широка честотна лента; това означава, че може да организира предаването на трафик при високи скорости. Той също е имунизиран срещу електромагнитни смущения и е способен да предава сигнали на дълги разстояния.

Усукана двойка

Кабел, в който изолирана двойка проводници е усукана с няколко завъртания на единица дължина. Извършва се усукване, за да се намалят външните смущения.

Предимства: По -тънък, по -гъвкав, по -лесен за инсталиране, евтин.

Недостатъци: силно влияние на външни електромагнитни смущения, възможност за изтичане на информация,

силно затихване на сигнала.

Неекранирана усукана двойка (UTP)

CAT5 (честотна лента 100 MHz) - 4 двойки, до 100 Mbps при използване на 2 двойки и до 1000 Mbps при използване на 4 двойки, е най -често срещаният мрежов оператор, използван досега в компютърните мрежи.

Екранирана усукана двойка (STP)

Фолио усукана двойка (FTP)

Екранирана усукана двойка (SFTP)

Подобна информация.

Комуникационната линия обикновено се състои от физическа среда, през която се предават електрически информационни сигнали, оборудване за предаване на данни и междинно оборудване. Синоним на термина комуникационна линияе терминът канал.

Физическиносител за предаване на данни (средно)може да бъде кабел, тоест набор от проводници, изолационни и защитни кожухи и съединители, както и земната атмосфера или космическото пространство, през които се разпространяват електромагнитни вълни.

В зависимост от носителя за предаване на данни, комуникационните линии са разделени на следното:

тел (въздух);

кабел (меден и оптичен);

радиоканали за наземна и сателитна комуникация.

Кабелни (въздушни) комуникационни линииса проводници без изолационни или екраниращи плитки, поставени между стълбовете и висящи във въздуха. Такива комуникационни линии традиционно носят телефонни или телеграфни сигнали, но при липса на други възможности тези линии се използват и за прехвърляне на компютърни данни. Скоростта и устойчивостта на шум на тези линии оставят много да се желаят. Днес кабелните комуникационни линии бързо се заменят с кабелни.

Кабелни линиипредставляват доста сложен дизайн. Кабелът се състои от проводници, затворени в няколко слоя изолация: електрическа, електромагнитна, механична и евентуално климатична. В допълнение, кабелът може да бъде оборудван с конектори, които ви позволяват бързо да се свържете с различно оборудване. В компютърните мрежи се използват три основни типа кабели: медни кабели с усукана двойка, медни коаксиални кабели и оптични кабели.

Извива се двойка усукани проводници усукана двойка... Усукана двойка се предлага в екранирана версия (Екранирана усукана пара, STP),когато двойка медни проводници е увита в изолационен щит и неекранирана (Неекранирана усукана двойка, UTP)когато изолационната обвивка липсва. Усукването на проводниците намалява ефекта на външния шум върху желаните сигнали, предавани по кабела. Коаксиален кабелима асиметрична структура и се състои от вътрешна медна сърцевина и оплетка, отделени от сърцевината със слой изолация. Има няколко вида коаксиални кабели, които се различават по характеристики и области на приложение - за локални мрежи, за широкообхватни мрежи, за кабелна телевизияи т.н. Оптични влакнасе състои от тънки (5-60 микрона) влакна, през които се разпространяват светлинните сигнали. Това е най -висококачественият тип кабел - той осигурява предаване на данни с много висока скорост (до 10 Gbit / s и по -висока) и освен това, по -добър от другите видове носители, осигурява защита на данните от външни смущения.

Радиоканали за наземна и сателитна комуникациягенерирани от предавател и приемник на радиовълни. Има голям брой различни видове радио канали, различаващи се както в честотния диапазон, така и в обхвата на каналите. Късите, средните и дългите диапазони на дължините на вълните (KB, MW и LW), наричани още амплитудна модулация (AM) въз основа на вида на модулацията на сигнала, който използват, осигуряват комуникация на дълги разстояния, но с ниска скорост на предаване на данни. Каналите с по-висока скорост са тези, работещи в лентите с ултракъси вълни (VHF), които се характеризират с честотна модулация (Frequency Modulation, FM), както и в микровълновите ленти (микровълни). В микровълновия диапазон (над 4 GHz) сигналите вече не се отразяват от земната йоносфера и за стабилна комуникация е необходима видима линия между предавателя и приемника. Следователно такива честоти използват или сателитни канали, или радиорелейни канали, когато това условие е изпълнено.

Почти всички описани видове физически носители за предаване на данни се използват днес в компютърните мрежи, но най-обещаващите са оптични. Днес те се използват като основа за изграждане на магистрали от големи териториални мрежи, както и високоскоростни комуникационни линии на локални мрежи. Усуканата двойка също е популярна среда, която се характеризира с отлично съотношение качество / цена и лекота на инсталиране. Кабелите с усукана двойка обикновено се използват за свързване на крайни потребители на мрежи на разстояния до 100 метра от хъба. Сателитните канали и радиокомуникациите се използват най -често в случаите, когато кабелната комуникация не може да се използва - например при преминаване на канал през слабо населена зона или за комуникация с потребител на мобилна мрежа, като шофьор на камион, лекар, който обикаля и т.н.