V závislosti na médiu pro přenos dat se komunikační linky dělí na následující:

• Drátové (vzduch);
• kabel (měděný a optický);
• pozemní a satelitní komunikace.

Komunikační linky se také liší fyzickým médiem, které používají k přenosu informací.

Fyzické přenosové médium může představovat sadu vodičů, přes které jsou přenášeny signály. Na základě takových vodičů jsou budována drátová (nadzemní) nebo kabelová komunikační vedení (obr. 2). Zemská atmosféra nebo vesmír je také využíván jako médium, jímž se šíří informační signály. V prvním případě se mluví o drátové prostředí, a ve druhém - asi bezdrátový.

V moderních telekomunikačních systémech se informace přenášejí pomocí elektrický proud nebo napětí, rádiové signály nebo světelné signály - všechny tyto fyzikální procesy jsou oscilacemi elektromagnetického pole různých frekvencí.

Rýže. 2. Typy médií

Kabelové (nadzemní) komunikační linky jsou to dráty bez jakýchkoliv izolačních nebo stínících opletení, položené mezi sloupy a zavěšené ve vzduchu.Rychlostní vlastnosti a odolnost proti hluku těchto vedení ponechává mnoho přání. Kabelové komunikační linky jsou dnes rychle nahrazovány kabelovými. Někde jsou ale stále zachovány a při absenci jiných možností se nadále používají pro přenos počítačových dat.

kabelové vedení mají poměrně složitou strukturu.

Kabel se skládá z vodičů uzavřených v několika vrstvách izolace: elektrické, elektromagnetické, mechanické, případně i klimatické. Kromě toho může být kabel vybaven konektory, které vám umožní rychle k němu připojit různá zařízení. PROTI počítačové sítě Používají se tři hlavní typy kabelů: kabely založené na kroucených párech měděných drátů (Unshielded Twisted Pair, UTP) a stíněné kroucený pár(Shielded Twisted Pair. STP), koaxiální kabely s měděným jádrem a také kabely z optických vláken.

Rozhlasové kanály pozemní a satelitní komunikace generované vysílačem a přijímačem rádiových vln. Existuje velké množství různých typů rádiových kanálů, které se liší způsobem použití rozsah frekvencí a rozsah kanálů. Rozsahy krátkých, středních a dlouhých vln (KB, SV a DV), nazývané také rozsahy amplitudové modulace (Amplitude Modulation, AM) podle typu metody modulace signálu v nich používané, poskytují komunikaci na dlouhé vzdálenosti, ale při nízkém objemu dat. hodnotit. Vysokorychlostní kanály jsou ty, které pracují v rozsahu ultrakrátkých vln (VHF), které se vyznačují frekvenční modulací (Frequency Modulation, FM), stejně jako ultravysokými frekvenčními rozsahy (mikrovlny nebo mikrovlny). Pro přenos dat se také používají ultravysoká frekvenční pásma (Ulira High Frequency. UHF). nazývaná také mikrovlnná pásma (nad 300 MHz). V mikrovlnném rozsahu (nad 4 GHz) se signály již neodrážejí od zemské ionosféry a stabilní komunikace vyžaduje přímou viditelnost mezi vysílačem a přijímačem. Proto takové frekvence využívají buď satelitní kanály, nebo radioreléové kanály, pokud je tato podmínka splněna.

A počítačové sítě dnes pro přenos dat využívají téměř všechny popsané druhy fyzických médií. dobré příležitosti poskytují kabely z optických vláken s velkou šířkou pásma a nízkou citlivostí na rušení. Dnes jsou využívány jako páteře velkých územních a městských sítí i vysokorychlostních lokálních sítí. Oblíbeným médiem je také kroucená dvoulinka, která se vyznačuje výborným poměrem kvality k ceně a také snadnou instalací. Bezdrátové kanály se používají nejčastěji v případech, kdy nelze použít kabelové komunikační linky - například když kanál prochází řídce osídlenou oblastí nebo pro komunikaci s uživateli mobilní sítě.

Zařízení pro datovou komunikaci

Jak je znázorněno na Obr. 1. komunikační linky sestávají nejen z přenosového média, ale také ze zařízení. I v případě, kdy komunikační linka neprochází primární sítí, ale je založena na kabelu, je součástí zařízení pro přenos dat.

Zařízení pro datovou komunikaci(APD nebo DCE - Zařízení pro ukončení datového okruhu) v počítačových sítích přímo připojuje počítače nebo přepínače ke komunikačním linkám a je tak hraničním zařízením. Tradičně je součástí komunikační linky zařízení pro přenos dat. Příklady DCE jsou modemy (pro telefonní linky), ISDN terminálové adaptéry, zařízení k připojení digitální kanály primární sítě DSU/CSU (Data Service Unit / Circuit Service Unit).

Uživatelské zařízení komunikační linky, které generuje data pro přenos po komunikační lince a je připojeno přímo k datovému komunikačnímu zařízení, se obecně nazývá datová koncová zařízení(OOD nebo DTE - Data Terminal Equipment). Příkladem DTE mohou být počítače nebo směrovače. lokální sítě. Toto zařízení není součástí komunikační linky. Existuje několik standardních rozhraní pro připojení zařízení DCE k zařízením DTE (tj. počítačům nebo přepínačům/směrovačům). Tato zařízení fungují na krátké vzdálenosti od sebe, obvykle několik metrů.

Střední vybavení

• Zlepšení kvality signálu;

PROTIanalogové linky

V digitálních komunikačních linkách mají přenášené signály konečný počet stavů. Elementární signál, to znamená signál vysílaný v jednom pracovním cyklu vysílacího zařízení, má zpravidla 2, 3 nebo 4 stavy, které jsou v komunikačních linkách reprodukovány impulsy nebo pravoúhlými potenciály. Pomocí těchto signálů se přenášejí jak počítačová data, tak digitalizovaná řeč a obrazy (právě díky stejnému způsobu prezentace informací moderními počítačovými, telefonními a televizními sítěmi je možný vznik primárních sítí společných všem). V digitálních komunikačních linkách se používá speciální mezizařízení - regenerátory, které zlepšují tvar pulsů a obnovují dobu jejich opakování. Zprostředkující zařízení pro multiplexování a přepojování primárních sítí pracuje na principu časového multiplexu (TDM). komunikační zařízení kódovací signál

Charakteristika komunikační linky

Typy charakteristik a jak je definovat

Mezi hlavní vlastnosti komunikačních linek patří:

• amplitudově-frekvenční charakteristika;
• · šířka pásma;
• útlum
• · odolnost proti hluku;
• přeslech na blízkém konci linky;
• propustnost;
• Spolehlivost přenosu dat;
• jednotková cena.

složení linky. Existuje několik standardních rozhraní pro připojení zařízení DCE k zařízením DTE (tj. počítačům nebo přepínačům/směrovačům). Tato zařízení fungují na krátké vzdálenosti od sebe, obvykle několik metrů.

Střední vybavení obvykle používané na dálkových komunikačních linkách. Mezilehlé zařízení řeší dva hlavní úkoly:

• Zlepšení kvality signálu;
• vytvoření trvalého kompozitního komunikačního kanálu mezi dvěma účastníky sítě.

V lokálních sítích nemusí být zprostředkující zařízení vůbec použito, pokud délka fyzického média - kabelů nebo rádia - umožňuje jednomu síťovému adaptéru přijímat signály přímo z jiného síťového adaptéru, bez přechodného zesílení. Jinak se používají zařízení, jako jsou opakovače.

V globálních sítích je nutné zajistit kvalitní přenos signálu na vzdálenosti stovek a tisíců kilometrů. Proto bez zesilovačů (zvýšení výkonu signálů) a regenerátorů (spolu se zvýšením výkonu obnovy tvaru pulzních signálů zkreslených při přenosu na velkou vzdálenost), instalovaných na určité vzdálenosti, není možné vybudovat územní komunikaci čára. Zařízení globálních sítí, geograficky distribuovaných sítí, připojených přímo k hlavnímu dálkovému kabelu se nazývá multiplexery - demultiplexery (MUX). Takové sítě poskytující analogové a digitální kompozitní kanály se nazývají primární sítě a jejich spotřebitelé se nazývají sekundární sítě. Patří sem jak počítačové sítě, tak běžné městské telefonní sítě založené na telefonních ústřednách PBX.

Použití multiplexerů - demultiplexorů (MUX) umožňuje přenášet velké množství (několik tisíc) nízkorychlostních telefonních kanálů v jednom hlavním kabelu.

PROTIanalogové linky mezilehlé zařízení je navrženo tak, aby zesilovalo analogové signály, to znamená signály, které mají spojitý rozsah hodnot. Analogový přístup obvykle využívá techniku ​​frekvenčního multiplexování, frekvenční dělení- (Multiplexování s frekvenčním dělením, FDM).

V digitálních komunikačních linkách mají přenášené signály konečný počet stavů. Elementární signál, to znamená signál vysílaný v jednom pracovním cyklu vysílacího zařízení, má zpravidla 2, 3 nebo 4 stavy, které jsou v komunikačních linkách reprodukovány impulsy nebo pravoúhlými potenciály. Pomocí těchto signálů se přenášejí jak počítačová data, tak digitalizovaná řeč a obrazy (právě díky stejnému způsobu prezentace informací moderními počítačovými, telefonními a televizními sítěmi je možný vznik primárních sítí společných všem). V digitálních komunikačních linkách se používá speciální mezizařízení - regenerátory, které zlepšují tvar pulsů a obnovují dobu jejich opakování. Zprostředkující zařízení pro multiplexování a přepojování primárních sítí pracuje na principu časového multiplexu (TDM).

Spektrální analýza signálů na komunikačních linkách

Z teorie harmonické analýzy je známo, že jakýkoli periodický proces může být reprezentován jako součet sinusových oscilací různých frekvencí a různých amplitud. (obr. 3).

Rýže. 3. Reprezentace periodického signálu jako součet sinusoid

Každá složka sinusoidy se také nazývá harmonická a soubor všech harmonických se nazývá spektrální rozklad původního signálu. Neperiodické signály mohou být reprezentovány jako integrál sinusových signálů se spojitým frekvenčním spektrem. Například spektrální rozklad ideálního pulzu (jednotkového výkonu a nulového trvání) má složky celého frekvenčního spektra, od -? na + (obr. 4).

Rýže. 4. Spektrální rozklad ideální hybnosti

Technika pro nalezení spektra jakéhokoli zdrojového signálu je dobře známá. Pro některé signály, které jsou dobře analyticky popsány (například pro sekvenci pravoúhlých pulzů stejné doby trvání a amplitudy), lze spektrum snadno vypočítat na základě Fourierových vzorců. Pro libovolné průběhy, se kterými se v praxi setkáváme, lze spektrum najít pomocí speciálních přístrojů - spektrálních analyzátorů, které měří spektrum reálného signálu a zobrazují amplitudy harmonických složek na obrazovce nebo je tisknou na tiskárně. Zkreslení sinusoidy libovolné frekvence vysílacím kanálem nakonec vede ke zkreslení přenášeného signálu libovolného tvaru, zejména pokud jsou sinusoidy různých frekvencí zkresleny odlišně. Pokud se jedná o analogový signál, který přenáší řeč, pak se barva hlasu mění v důsledku zkreslení podtónů - vedlejších frekvencí. Při přenosu pulzních signálů charakteristických pro počítačové sítě dochází ke zkreslení nízkofrekvenčních a vysokofrekvenčních harmonických, následkem čehož čela pulzů ztrácejí svůj obdélníkový tvar. (obr. 5). V důsledku toho mohou být signály na přijímacím konci linky špatně rozpoznány.

Rýže. 5.

Komunikační linka zkresluje přenášené signály vzhledem k tomu, že její fyzikální parametry se liší od ideálních. Takže například měděné dráty vždy představují nějakou kombinaci aktivního odporu, kapacitní a indukční zátěže rozložené po délce. V důsledku toho pro sinusoidy různých frekvencí bude mít vedení různou impedanci, což znamená, že budou přenášeny různými způsoby. Optický kabel má také odchylky, které brání ideálnímu šíření světla. Pokud komunikační linka obsahuje mezizařízení, pak může také způsobit další zkreslení, protože není možné vytvořit zařízení, která by stejně dobře přenášela celé spektrum sinusoid, od nuly do nekonečna.

Kromě zkreslení signálu způsobených vnitřními fyzickými parametry komunikační linky existují také vnější interference, které přispívají ke zkreslení průběhu na výstupu linky. Tato rušení jsou vytvářena různými elektromotory, elektronickými zařízeními, atmosférickými jevy atd. Přes ochranná opatření ze strany vývojářů kabelů a zesilovacích-spínacích zařízení není možné zcela kompenzovat vliv vnějšího rušení. Proto mají signály na výstupu komunikační linky obvykle složitý tvar, díky kterému je někdy obtížné pochopit, jaká diskrétní informace byla přivedena na vstup linky.

Prostředkem pro přenos informací jsou komunikační linky (nebo komunikační kanály), jejichž prostřednictvím dochází k výměně informací mezi počítači. Naprostá většina počítačových sítí (zejména lokálních) využívá kabelové nebo kabelové komunikační kanály, i když existují i ​​bezdrátové sítě, které jsou nyní stále více využívány, zejména v přenosných počítačích.

Existují 4 typy komunikačních médií:

Na bázi kabelu kroucený pár

· Koaxiální kabely

kabely z optických vláken

· Bezdrátové komunikační kanály

Kroucené páry vodičů se používají v levných a dnes snad nejoblíbenějších kabelech. Kroucená dvoulinka se skládá z několika párů kroucených párů izolovaných měděných drátů v jediném dielektrickém (plastovém) plášti. Je poměrně flexibilní a snadno se nasazuje. Kroucení vodičů minimalizuje indukční nabírání kabelů na sobě a snižuje vliv přechodových jevů.

Kabel obvykle obsahuje dva (obr. 4.1) nebo čtyři kroucené páry.

Rýže. 4 ,1.

Nestíněné kroucené páry se vyznačují špatnou ochranou před vnějším elektromagnetickým rušením a také před odposlechy, které mohou být prováděny například za účelem průmyslové špionáže. Kromě toho je odposlech informací přenášených po síti možný jak kontaktní metodou (například pomocí dvou jehel zapíchnutých do kabelu), tak i bezkontaktní metodou, která se scvrkává na rádiové odposlechy vyzařovaných elektromagnetických polí. kabelem. Kromě toho se účinek rušení a množství záření směrem ven zvyšuje s délkou kabelu. K odstranění těchto nedostatků se používá stínění kabelů.

V případě stíněné kroucené dvoulinky STP je každý z kroucených párů umístěn v kovovém plášti-stínění pro snížení vyzařování kabelu, ochranu před vnějšími elektromagnetickými interferencemi a snížení vzájemného ovlivňování párů vodičů na sebe (přeslechy - přeslechy) . Aby stínění chránilo před rušením, musí být uzemněno. Stíněná kroucená dvoulinka je přirozeně znatelně dražší než nestíněná. Jeho použití vyžaduje speciální stíněné konektory. Proto je mnohem méně běžný než nestíněný kroucený pár.

Hlavními výhodami nestíněných kroucených párů je snadná montáž konektorů na koncích kabelu a také oprava případného poškození oproti jiným typům kabelů. Všechny ostatní vlastnosti jsou horší než ostatní kabely. Například při dané přenosové rychlosti je útlum signálu (pokles jeho úrovně při průchodu kabelem) větší než u koaxiálních kabelů. Vzhledem k stále nízké odolnosti proti rušení je jasné, proč jsou komunikační linky kroucené dvoulinky obvykle poměrně krátké (obvykle do 100 metrů). V současné době se však kroucená dvoulinka používá k přenosu informací rychlostí až 1000 Mbps technické problémy vznikající při takových rychlostech jsou extrémně složité.

Koaxiální kabel je elektrický kabel sestávající z centrálního měděného drátu a kovového opletu (stínění), vzájemně oddělených dielektrickou vrstvou (vnitřní izolace) a uložených ve společném vnějším plášti (obr. 4.2).

Obrázek 4.2

Až donedávna byl koaxiální kabel velmi oblíbený díky vysoké odolnosti vůči rušení (díky kovovému opletení), širším šířkám pásma než v případě kroucené dvoulinky (přes 1 GHz) a také velkým povoleným přenosovým vzdálenostem (až kilometr ). Je obtížnější se k němu mechanicky připojit pro neoprávněný odposlech do sítě, také dává znatelně méně elektromagnetického záření navenek. Instalace a oprava koaxiálního kabelu je však mnohem obtížnější než kroucená dvoulinka a její cena je vyšší (je asi 1,5 - 3x dražší). Obtížnější je také instalace konektorů na koncích kabelu. Nyní se používá méně často než kroucený pár. Standard EIA/TIA-568 zahrnuje pouze jeden typ koaxiálního kabelu používaného v síti Ethernet.

Hlavní použití koaxiálního kabelu se nachází v sítích se sběrnicovou topologií. Současně musí být na koncích kabelu instalovány terminátory, aby nedocházelo k vnitřním odrazům signálu, a jeden (a pouze jeden!) ze zakončení musí být uzemněn. Bez uzemnění kovové opletení nechrání síť před vnějším elektromagnetickým rušením a nesnižuje vyzařování informací přenášených sítí do vnějšího prostředí. Ale když je oplet uzemněn ve dvou nebo více bodech, může selhat nejen síťové zařízení, ale také počítače připojené k síti. Terminátory musí být slícovány s kabelem, je nutné, aby jejich odpor byl shodný vlnový odpor kabel. Pokud je například použit 50 ohmový kabel, jsou pro něj vhodné pouze 50 ohmové zakončení.

Méně často se koaxiální kabely používají v sítích s hvězdicovou topologií (například pasivní hvězda v síti Arcnet). V tomto případě je problém párování značně zjednodušen, protože nejsou vyžadovány externí terminátory na volných koncích.

Existují dva hlavní typy koaxiálních kabelů:

tenký (tenký) kabel o průměru asi 0,5 cm, pružnější;

tlustý (tlustý) kabel, asi 1 cm v průměru, mnohem tužší. Jde o klasickou verzi koaxiálního kabelu, který byl téměř kompletně nahrazen moderním tenkým kabelem.

Tenký kabel se používá pro přenos na kratší vzdálenosti než tlustý, protože signál v něm je více utlumený. Je však mnohem pohodlnější pracovat s tenkým kabelem: lze jej rychle položit ke každému počítači a silný kabel vyžaduje pevnou fixaci na stěně místnosti. Připojení na tenký kabel (pomocí konektorů BNC bajonetového typu) je jednodušší a nevyžaduje další vybavení. A pro připojení k tlustému kabelu musíte použít speciální poměrně drahá zařízení, která propíchnou jeho pláště a vytvoří kontakt jak s centrálním jádrem, tak s obrazovkou. Tlustý kabel je asi dvakrát dražší než tenký kabel, takže tenký kabel se používá mnohem častěji.

Stejně jako v případě kroucených párů je důležitým parametrem koaxiálního kabelu typ jeho vnějšího pláště. Podobně se v tomto případě používají jak kabely bez přetlakové komory (PVC), tak kabely s přetlakovou komorou. Teflonový kabel je samozřejmě dražší než PVC. Typ pláště lze obvykle rozlišit podle barvy (např. Belden používá žlutou pro PVC a oranžovou pro teflon).

Typické zpoždění šíření v koaxiálním kabelu je asi 5 ns/m pro tenký kabel a asi 4,5 ns/m pro silný kabel.

Existují možnosti pro koaxiální kabel s dvojitým stíněním (jedno stínění je umístěno uvnitř druhého a je od něj odděleno další vrstvou izolace). Tyto kabely mají lepší odolnost proti rušení a ochranu proti odposlechu, ale jsou o něco dražší než běžné.

V současné době je koaxiální kabel považován za zastaralý, ve většině případů může být nahrazen krouceným párem nebo kabelem z optických vláken. A nové standardy pro kabelové systémy ji již nezahrnují do seznamu typů kabelů.

Kabel s optickým vláknem (neboli optický kabel) je zásadně odlišný typ kabelu ve srovnání se dvěma typy uvažovaných elektrických nebo měděných kabelů. Informace se přes něj přenášejí nikoli elektrickým signálem, ale světlem. Jeho hlavním prvkem je průhledné sklolaminát, kterým se světlo šíří na velké vzdálenosti (až desítky kilometrů) s malým útlumem.

Výkres. 4.3.

Struktura kabelu z optických vláken je velmi jednoduchá a podobná jako u koaxiálního elektrického kabelu (obrázek 4.3). Pouze místo středového měděného drátu je zde použito tenké (asi 1 - 10 mikronů v průměru) sklolaminát a místo vnitřní izolace je použit skleněný nebo plastový plášť, který nepropustí světlo za sklolaminát. V tomto případě hovoříme o režimu tzv. totálního vnitřního odrazu světla od rozhraní dvou látek s různými indexy lomu (index lomu skleněného pláště je mnohem nižší než u centrálního vlákna). Kovový plášť kabelu obvykle chybí, protože zde není vyžadováno stínění před vnějším elektromagnetickým rušením. Někdy se však stále používá pro mechanickou ochranu před okolím (takový kabel se někdy nazývá pancéřový, může kombinovat několik optických kabelů pod jedním pláštěm).

Kabel z optických vláken má výjimečné vlastnosti z hlediska odolnosti vůči rušení a utajení přenášených informací. Žádné vnější elektromagnetické rušení není v zásadě schopné zkreslit světelný signál a samotný signál negeneruje vnější elektromagnetické záření. Připojení k tomuto typu kabelu pro neoprávněný poslech v síti je téměř nemožné, protože to narušuje integritu kabelu. Teoreticky možná šířka pásma takového kabelu dosahuje 1012 Hz, tedy 1000 GHz, což je nesrovnatelně více než u elektrických kabelů. Cena optického kabelu se neustále snižuje a nyní je přibližně stejná jako cena tenkého koaxiálního kabelu.

Kabel z optických vláken má však také některé nevýhody.

Nejdůležitější z nich je vysoká náročnost instalace (při instalaci konektorů je vyžadována mikronová přesnost, útlum v konektoru silně závisí na přesnosti štěpení sklolaminátu a stupni jeho vyleštění). K instalaci konektorů se používá svařování nebo lepení pomocí speciálního gelu, který má stejný index lomu světla jako sklolaminát. V každém případě to vyžaduje vysoce kvalifikovaný personál a speciální nástroje. Proto se optický kabel nejčastěji prodává ve formě předem nařezaných kusů různých délek, na jejichž obou koncích jsou již nainstalovány konektory požadovaného typu. Je třeba mít na paměti, že nekvalitní instalace konektoru drasticky snižuje povolenou délku kabelu, určenou útlumem.

Je třeba také pamatovat na to, že použití kabelu z optických vláken vyžaduje speciální optické přijímače a vysílače, které převádějí světelné signály na elektrické signály a naopak, což někdy výrazně zvyšuje náklady na síť jako celek.

Optické kabely umožňují dělení signálu (vyrábějí se k tomu speciální pasivní rozbočovače (spojky) pro 2-8 kanálů), ale zpravidla se používají k přenosu dat pouze jedním směrem mezi jedním vysílačem a přijímačem. Jakékoli větvení totiž nevyhnutelně velmi zeslabuje světelný signál, a pokud je větví mnoho, pak se světlo prostě nemusí dostat na konec sítě. Navíc jsou v rozbočovači vnitřní ztráty, takže celkový výkon signálu na výstupu je menší než příkon.

Kabel z optických vláken je méně odolný a flexibilní než elektrický kabel. Typický povolený poloměr ohybu je asi 10 - 20 cm, při menších poloměrech ohybu se může středové vlákno zlomit. Špatně snáší kabel a mechanické natahování, stejně jako drtící účinky.

Optický kabel je také citlivý na ionizující záření, díky kterému se snižuje průhlednost skelného vlákna, to znamená, že se zvyšuje útlum signálu. Nepříznivě to ovlivňují i ​​náhlé změny teplot, sklolaminát může prasknout.

Kabel z optických vláken používejte pouze v sítích s hvězdicovou a kruhovou topologií. V tomto případě nejsou žádné problémy s přizpůsobením a uzemněním. Kabel poskytuje ideální galvanické oddělení síťových počítačů. V budoucnu tento typ kabelu pravděpodobně nahradí elektrické kabely, nebo je v každém případě značně vytlačí. Zásoby mědi na planetě jsou vyčerpané a surovin pro výrobu skla je víc než dost.

kromě kabelové kanály v počítačových sítích se někdy používají i bezdrátové kanály. Jejich hlavní výhodou je, že nevyžadují žádnou elektroinstalaci (není třeba dělat díry do stěn, fixovat kabel v potrubí a okapových žlabech, vést ho pod zdvojenými podlahami, přes podhledy nebo ve větracích šachtách, hledat a opravovat poškození). Síťové počítače lze navíc snadno přesouvat v rámci místnosti nebo budovy, protože nejsou na nic vázány.

Rádiový kanál využívá přenosu informací rádiovými vlnami, takže teoreticky může zajistit komunikaci na mnoho desítek, stovek i tisíců kilometrů. Přenosová rychlost dosahuje desítek megabitů za sekundu (zde hodně záleží na zvolené vlnové délce a metodě kódování).

Zvláštností rádiového kanálu je, že signál je volně vyzařován do vzduchu, není uzavřen v kabelu, proto jsou problémy s kompatibilitou s jinými zdroji rádiových vln (rozhlasové a televizní vysílací stanice, radary, amatérské a profesionální rádiové vysílače). , atd.). Rádiový kanál využívá vysílání v úzkém frekvenčním rozsahu a modulaci signálu nosné frekvence informačním signálem.

Hlavní nevýhodou rádiového kanálu je jeho špatná ochrana proti odposlechu, protože rádiové vlny se šíří nekontrolovatelně. Další velkou nevýhodou rádiového kanálu je špatná odolnost proti šumu.

Pro místní bezdrátové sítě(WLAN - Wireless LAN) se v současnosti používají pro rádiová spojení na krátké vzdálenosti (obvykle do 100 metrů) a v přímé viditelnosti. Dvě nejpoužívanější frekvenční pásma jsou 2,4 GHz a 5 GHz. Přenosová rychlost - až 54 Mbps. Rozšířená je varianta s rychlostí 11 Mbps.

Sítě WLAN umožňují nastavit bezdrátové připojení síťová připojení v omezeném prostoru (obvykle uvnitř budovy úřadu nebo univerzity nebo na veřejných místech, jako jsou letiště). Mohou být použity v dočasných kancelářích nebo na jiných místech, kde kabeláž není proveditelná, nebo jako doplněk ke stávající kabelové LAN, aby uživatelé mohli pracovat při pohybu po budově.

Populární wifi technologie(Wireless Fidelity) umožňuje organizovat komunikaci mezi počítači od 2 do 15 pomocí rozbočovače (tzv. přístupového bodu, přístupového bodu, AP), nebo několika rozbočovačů, pokud je počítačů od 10 do 50. Tato technologie navíc umožňuje k propojení dvou lokálních sítí až do vzdálenosti 25 kilometrů pomocí výkonných bezdrátových mostů. Pro příklad na Obr. 4.4 ukazuje kombinaci počítačů používajících jeden přístupový bod. Je důležité, že mnoho mobilní počítače(notebooky) již mají vestavěný Wi-Fi ovladač, který výrazně zjednodušuje jejich připojení k bezdrátové síti.

Obrázek 4.4

Rádiový kanál je široce používán v globálních sítích pro pozemní i satelitní komunikaci. V této aplikaci nemá rádiový kanál žádné konkurenty, protože rádiové vlny mohou dosáhnout kdekoli na světě.

Pokud mluvíme o možných topologiích, pak jsou přirozeně všechny bezdrátové komunikační kanály vhodné pro topologii sběrnicového typu, ve které jsou informace přenášeny současně ke všem účastníkům. Ale při použití úzkého přenosu paprsku a/nebo frekvenčního dělení podle kanálů lze implementovat libovolné topologie (kruhové, hvězdicové, kombinované topologie) jak na rádiovém kanálu, tak na infračerveném kanálu.

Strana 27 z 27 Fyzický základ přenosu dat(Komunikační linky,)

Fyzický základ přenosu dat

Jakákoli síťová technologie musí poskytovat spolehlivé a rychlý přenos diskrétní data přes komunikační linky. A přestože mezi technologiemi existují velké rozdíly, jsou založeny na obecných principech diskrétního přenosu dat. Tyto principy jsou začleněny do metod pro reprezentaci binárních jedniček a nul pomocí pulzních nebo sinusových signálů v komunikačních linkách různé fyzikální povahy, metody detekce a korekce chyb, kompresní metody a přepínací metody.

linkyspojení

Primární sítě, linky a komunikační kanály

Při popisu technický systém, který přenáší informace mezi uzly sítě, lze v literatuře nalézt několik názvů: komunikační linka, kompozitní kanál, kanál, odkaz. Tyto termíny se často používají zaměnitelně a v mnoha případech to nezpůsobuje problémy. V jejich použití jsou přitom specifika.

Odkaz(link) je segment, který zajišťuje přenos dat mezi dvěma sousedními uzly sítě. To znamená, že spoj neobsahuje mezilehlá spínací a multiplexní zařízení.

kanál(kanál) nejčastěji označuje část šířky pásma spoje používanou nezávisle při přepínání. Například primární síťový spoj může sestávat z 30 kanálů, z nichž každý má šířku pásma 64 Kbps.

Kompozitní kanál(obvod) je cesta mezi dvěma koncovými uzly sítě. Složený spoj je tvořen jednotlivými mezičlánky a vnitřními spoji ve spínačích. Často se vynechává epiteton „kompozitní" a výraz „kanál" se používá k označení jak složeného kanálu, tak kanálu mezi sousedními uzly, to znamená v rámci spojnice.

Komunikační linka lze použít jako synonymum pro kterýkoli z dalších tří termínů.

Na Obr. jsou znázorněny dvě varianty komunikační linky. V prvním případě ( A) vedení se skládá z kabelového segmentu o délce několika desítek metrů a je spojkou. Ve druhém případě (b) je spoj složený spoj nasazený v síti s přepojováním okruhů. Taková síť by mohla být primární síť nebo telefonní sítě.

Pro počítačovou síť je však tato linka spojnicí, protože spojuje dva sousední uzly a všechna spínací mezizařízení jsou pro tyto uzly transparentní. Důvod vzájemného nedorozumění na úrovni počítačových specialistů a specialistů primárních sítí je zde zřejmý.

Primární sítě jsou speciálně navrženy tak, aby poskytovaly služby datového spoje pro počítače a telefonní sítě, o kterých v takových případech říkají, že fungují „navrch“ primárních sítí a jsou překryvné sítě.

Klasifikace komunikačních linek

Komunikační linka se obecně skládá z fyzického média, jehož prostřednictvím jsou přenášeny elektrické informační signály, zařízení pro přenos dat a mezizařízení. Fyzickým médiem pro přenos dat (fyzickým médiem) může být kabel, tedy soubor vodičů, izolačních a ochranných plášťů a konektorů, ale i zemská atmosféra nebo vesmír, kterým se šíří elektromagnetické vlny.

V prvním případě se mluví o drátové prostředí, a ve druhém - bezdrátový.

V moderních telekomunikačních systémech se informace přenášejí pomocí elektrický proud nebo napětí, rádiové signály nebo světelné signály- všechny tyto fyzikální procesy jsou oscilacemi elektromagnetického pole různých frekvencí.

Drátové (nadzemní) vedení vázanky jsou dráty bez jakýchkoliv izolačních nebo stínících opletení, položené mezi sloupy a visící ve vzduchu. Ještě v nedávné minulosti byly takové komunikační linky hlavními pro přenos telefonních nebo telegrafních signálů. Kabelové komunikační linky jsou dnes rychle nahrazovány kabelovými. Někde jsou ale stále zachovány a při absenci jiných možností se nadále používají pro přenos počítačových dat. Rychlostní vlastnosti a odolnost proti hluku těchto linek zanechávají mnoho požadavků.

kabelové vedení mají poměrně složitou strukturu. Kabel se skládá z vodičů uzavřených v několika vrstvách izolace: elektrické, elektromagnetické, mechanické a případně klimatické. Kromě toho může být kabel vybaven konektory, které vám umožní rychle k němu připojit různá zařízení. V počítačových (a telekomunikačních) sítích se používají tři hlavní typy kabelů: kabely založené na kroucených párech měděných drátů - nestíněný kroucený pár(Unshielded Twisted Pair, UTP) a stíněný kroucený pár(stíněný kroucený pár, STP), koaxiální kabely s měděným jádrem, kabely z optických vláken. První dva typy kabelů se také nazývají měděné kabely.

rozhlasové kanály pozemní a satelitní komunikace jsou tvořeny pomocí vysílače a přijímače rádiových vln. Existuje široká škála typů rádiových kanálů, které se liší jak použitým frekvenčním rozsahem, tak rozsahem kanálů. Vysílání rozhlasových pásem(dlouhé, střední a krátké vlny), také tzv AM kapely, nebo rozsahy amplitudové modulace (Amplitude Modulation, AM), poskytují komunikaci na dlouhé vzdálenosti, ale při nízké rychlosti přenosu dat. Rychlejší kanály jsou ty, které používají velmi vysoké frekvenční rozsahy(Very High Frequency, VHF), která využívá frekvenční modulaci (Frequency Modulation, FM). Používá se také pro přenos dat. ultravysoká frekvenční pásma(Ultra High Frequency, UHF), také nazývané mikrovlnné rozsahy(přes 300 MHz). Při frekvencích nad 30 MHz již nejsou signály odráženy zemskou ionosférou a stabilní komunikace vyžaduje přímou viditelnost mezi vysílačem a přijímačem. Proto takové frekvence využívají buď satelitní kanály, nebo mikrovlnné kanály, nebo místní nebo mobilní sítě kde je tato podmínka splněna.

Otázka Evoluce výpočetní systémy

1) Systémy dávkového zpracování:

50. léta - vzhled prvních počítačů.

Systémy pro dávkové zpracování byly postaveny na základě mainframu - výkonného a spolehlivého univerzálního počítače. Uživatelům děrných štítků obsahujících data a programové příkazy vložili operátoři tyto štítky do počítače a vytištěné výsledky obdrželi druhý den.

Maximalizace účinnosti výpočetního výkonu

Ignorování zájmů uživatelů

2)Vícekoncový systém

Distribuovaný datový vstup-výstup.

Centralizované zpracování.

60. léta 20. století vznik multiterminálních systémů sdílení času.

Prototyp LAN.

Počítač byl k dispozici více uživatelům najednou, každý terminál, reakční doba letadla je poměrně krátká.

Výpočetní sítě

VS je soubor počítačů propojených komunikačními linkami (kabely, síťové adaptéry, telekomunikační zařízení).

Klasifikace sítí na územním základě

LAN - MAN - WAN

globální sítě- Wide Area Networks (WAN).

Přenos dat na stovky a tisíce kilometrů

Chronologicky první (50.–60. léta)

Vyvinulo se z telefonních sítí

Zpočátku pomalé a nespolehlivé

WAN dnes:

Představují kroužky nebo páteř

Primární rychlost 2,5 Gb/s

Běžná jsou řešení 10-Gbit/s, 40-Gbit/s

Uplatňují se komplexní postupy kontroly a obnovy dat

Místní sítě - Local Area Networks (LAN).

Soustředěno na území 1-2 km.

Rychlost až 10 Gbps

Široká nabídka služeb

Nejdůležitější fází vývoje je zavedení standardních LAN technologií: Ethernet, Token Ring, FDDI.

Metropolitan Area Networks (MAN)

Vzdálenosti několik desítek kilometrů

Levnější než WAN

Rychlosti připojení 1-40 Gbit/s

Používá se ke kombinaci stávajících sítí LAN a přístupu k WAN

Moderní tendence

Globální sítě se kvalitou blíží místním

2) V LAN se začaly používat switche, routery, brány => možnost budovat složité sítě

Otázka. Sedmivrstvý model OSI.

Fyzická vrstva

Fyzická vrstva definuje elektrickou, mechanickou, procedurální a

funkční charakteristiky aktivace, údržby a deaktivace fyzického kanálu mezi koncovými systémy. Specifikace fyzické vrstvy definují charakteristiky, jako jsou úrovně napětí, časování změn napětí, rychlost přenosu fyzické informace, maximální vzdálenosti přenosu informací, fyzické konektory a další podobné charakteristiky. Jednotka dat: bit (bit)

Linková vrstva

Linková vrstva zajišťuje spolehlivý přenos dat fyzickým kanálem. Při plnění tohoto úkolu odkazová vrstvařeší otázky fyzického adresování, topologie sítě, disciplíny linky (jak koncový systém využívá síťové spojení), upozornění na chyby, doručování datových bloků v pořadí a řízení toku informací. Jednotka dat: Rám (rám)

síťová vrstva

Síťová vrstva je vrstva typu end-to-end, která zajišťuje konektivitu a výběr trasy mezi dvěma koncovými systémy připojenými k různým "podsítím", které mohou být umístěny v různých geografických lokalitách.

V tomto případě je "podsíť" v podstatě nezávislá síťový kabel(někdy nazývaný segment).

Protože dva koncové systémy, které chtějí komunikovat, mohou být odděleny významnou geografickou vzdáleností a mnoha podsítěmi, přičemž síťovou vrstvou je směrovací doména. Směrovací protokoly vybírají nejlepší trasy přes řadu vzájemně propojených podsítí. Tradiční protokoly síťové vrstvy přenášejí informace podél nich

Trasy. Jednotka dat: balík

transportní vrstva

Zájmem transportní vrstvy je řešit problémy, jako je provádění spolehlivého přenosu dat přes síť. Poskytováním spolehlivých služeb poskytuje transportní vrstva mechanismy pro vytváření, udržování a řádné ukončování virtuálních okruhů, systémy pro detekci a řešení dopravních poruch a řízení toku informací (aby se zabránilo zahlcení systému daty z jiného systému). Jednotka dat: Datagram/Datový blok (datagramm)

vrstva relace

Jak naznačuje její název, vrstva relace vytváří, spravuje a ukončuje interakční relace mezi aplikačními úlohami. Relace se skládají z dialogu mezi dvěma nebo více objekty zobrazení. Vrstva relace synchronizuje dialog mezi objekty prezentační vrstvy a řídí výměnu informací mezi nimi. Vrstva relace poskytuje prostředky k odesílání informací, třídy služby a upozornění na problémy ve vrstvě relace, prezentace a aplikace. Jednotka dat: zpráva

Reprezentativní úroveň

Prezentační vrstva je zodpovědná za zajištění toho, aby informace odeslané z aplikační vrstvy jednoho systému byly čitelné aplikační vrstvou jiného systému. Pokud je to nutné, prezentační vrstva překládá mezi množstvím formátů prezentace informací pomocí společného formátu prezentace informací.

Jednotka dat: zpráva

Aplikační vrstva

Aplikační vrstva je vrstva OSI nejblíže uživateli. Od ostatních vrstev se liší tím, že neposkytuje služby žádné z ostatních vrstev OSI; poskytuje je však aplikačním procesům, které jsou mimo rozsah modelu OSI. Příklady takových aplikačních procesů jsou tabulkové procesory, programy pro zpracování textu, programy bankovních terminálů a tak dále.

Jednotka dat: zpráva

Když je datový paket povýšen na úrovně shora dolů, každá nová úroveň přidá do paketu vlastní servisní informace ve formě hlavičky a případně přívěsu (informace umístěné na konci zprávy). Tato operace se nazývá zapouzdření data nejvyšší úrovně v paketu nejnižší úrovně

otázka. Klasifikace médií pro přenos dat.

Pod médium pro přenos dat rozumět fyzické látce, jejímž prostřednictvím se přenos elektrických signálů používá k přenosu té či oné informace prezentované v digitální podobě.

Přírodní prostředí je prostředí, které existuje v přírodě - Ne přirozené. – speciálně navržené (kabely atd.)

přírodní prostředí

- Atmosféra Elektromagnetické vlny jsou jako nosiče dat v atmosféře nejrozšířenější.

- rádiové vlny - elektromagnetické vlny s frekvencí menší než 6000 GHz (s vlnovou délkou větší než 100 mikronů).

- Infračervené záření a viditelné světlo (laser)

Vybudovaná prostředí Hlavními typy kabelů jsou optické kabely (vlákno), koaxiální (koaxiální) a kroucené dvoulinky (twisted pair). Přitom koaxiální i kroucené dvoulinky využívají k přenosu signálů kovový vodič a optický kabel zase světlovod vyrobený ze skla nebo plastu.

Koaxiál

Důležitou výhodou je jeho schopnost přenášet mnoho signálů současně. Každý takový signál se nazývá kanál. Všechny kanály jsou organizovány na různých frekvencích, takže se navzájem neruší. Má širokou šířku pásma; to znamená, že může organizovat přenos provozu vysokou rychlostí. Je také odolný vůči elektromagnetickému rušení a je schopen přenášet signály na velkou vzdálenost.

kroucený pár

Kabel, ve kterém je izolovaný pár vodičů zkroucený s malým počtem závitů na jednotku délky. Zkroucení se provádí za účelem snížení vnějšího rušení.

Výhody: tenčí, flexibilnější, snadnější instalace, levný.

Nevýhody: silný vliv vnějšího elektromagnetického rušení, možnost úniku informací,

silný útlum signálů.

Nestíněný kroucený pár (UTP)

CAT5 (frekvenční pásmo 100 MHz) - 4 páry, až 100 Mbps při použití 2 párů a až 1000 Mbps při použití 4 párů, je zatím nejběžnější síťový nosič používaný v počítačových sítích.

Shielded Twisted Pair (STP)

Twisted Pair (FTP)

Fóliový stíněný kroucený pár (SFTP)

Podobné informace.

Komunikační linka se obecně skládá z fyzického média, přes které jsou přenášeny elektrické informační signály, zařízení pro přenos dat a zprostředkujícího zařízení. Synonymum s pojmem komunikační linka (linka) je termín komunikační kanál.

Fyzickýkomunikační médium (střední) může být kabel, tedy soubor vodičů, izolačních a ochranných plášťů a konektorů, stejně jako zemská atmosféra nebo vesmír, kterým se šíří elektromagnetické vlny.

V závislosti na médiu pro přenos dat se komunikační linky dělí na následující:

drátové (vzduch);

kabel (měděný a optický);

rádiové kanály pozemní a satelitní komunikace.

Kabelové (nadzemní) komunikační linky jsou dráty bez jakýchkoliv izolačních nebo stínících opletení, položené mezi sloupy a visící ve vzduchu. Takové komunikační linky tradičně přenášejí telefonní nebo telegrafní signály, ale při absenci jiných možností se tyto linky používají také k přenosu počítačových dat. Rychlostní vlastnosti a odolnost proti hluku těchto linek zanechávají mnoho požadavků. Kabelové komunikační linky jsou dnes rychle nahrazovány kabelovými.

kabelové vedení jsou poměrně složité struktury. Kabel se skládá z vodičů uzavřených v několika vrstvách izolace: elektrické, elektromagnetické, mechanické, případně i klimatické. Kromě toho může být kabel vybaven konektory, které vám umožní rychle k němu připojit různá zařízení. V počítačových sítích se používají tři hlavní typy kabelů: měděné kabely s kroucenými páry, koaxiální kabely s měděným jádrem a kabely z optických vláken.

Nazývá se kroucený pár drátů kroucený pár. Twisted pair existuje ve stíněné verzi (stíněný kroucený pár, STP), když je pár měděných drátů zabalen do izolační clony a nestíněn (Nestíněný kroucený pár, UTP) když není izolační obal. Kroucení vodičů snižuje vliv vnějšího rušení na užitečné signály přenášené přes kabel. Koaxiální kabel (koaxiální) má asymetrický design a skládá se z vnitřního měděného jádra a opletení odděleného od jádra vrstvou izolace. Existuje několik typů koaxiálních kabelů, které se liší vlastnostmi a aplikacemi - pro místní sítě, pro globální sítě, pro kabelová televize atd. Optický kabel (optické vlákno) sestává z tenkých (5-60 mikronů) vláken, kterými se šíří světelné signály. Jedná se o nejkvalitnější typ kabelu - poskytuje přenos dat velmi vysokou rychlostí (až 10 Gb/s a vyšší) a navíc lépe než jiné typy přenosových médií poskytuje ochranu dat před vnějším rušením.

Rozhlasové kanály pozemní a satelitní komunikace generované vysílačem a přijímačem rádiových vln. Existuje velké množství různých typů rádiových kanálů, které se liší jak použitým frekvenčním rozsahem, tak rozsahem kanálů. Rozsahy krátkých, středních a dlouhých vln (KB, SV a DV), nazývané také rozsahy amplitudové modulace (Amplitude Modulation, AM) podle typu metody modulace signálu v nich používané, poskytují komunikaci na dlouhé vzdálenosti, ale při nízkém objemu dat. hodnotit. Vysokorychlostní kanály jsou ty, které pracují v rozsahu ultrakrátkých vln (VHF), které se vyznačují frekvenční modulací (Frequency Modulation, FM), stejně jako ultravysokými frekvenčními rozsahy (mikrovlny nebo mikrovlny). V mikrovlnném rozsahu (nad 4 GHz) se signály již neodrážejí od zemské ionosféry a stabilní komunikace vyžaduje přímou viditelnost mezi vysílačem a přijímačem. Proto takové frekvence využívají buď satelitní kanály, nebo radioreléové kanály, pokud je tato podmínka splněna.

V počítačových sítích se dnes používají téměř všechny popsané typy fyzických médií pro přenos dat, nejperspektivnější jsou však média z optických vláken. Dnes se na nich budují jak páteře velkých územních sítí, tak vysokorychlostní komunikační linky místních sítí. Oblíbeným médiem je také kroucená dvoulinka, která se vyznačuje výborným poměrem kvality k ceně a také snadnou instalací. Pomocí kroucené dvoulinky se koncoví účastníci sítí připojují obvykle na vzdálenost do 100 metrů od rozbočovače. Satelitní kanály a rádiová komunikace se používají nejčastěji v případech, kdy nelze použít kabelovou komunikaci - například při průchodu kanálem řídce osídlenou oblastí nebo pro komunikaci s uživatelem mobilní sítě, jako je řidič kamionu, lékař na obhlídce atd. .