Odvisno od nosilca prenosa podatkov so komunikacijske linije razdeljene na naslednje:

• · Žica (zrak);
• · Kabel (baker in optična vlakna);
• Radijski kanali prizemnih in satelitske komunikacije.

Komunikacijske linije se razlikujejo tudi po fizičnem mediju, ki ga uporabljajo za prenos informacij.

Fizični prenosni medij lahko predstavlja niz vodnikov, po katerih se prenašajo signali. Na podlagi takšnih vodnikov se zgradijo žične (zračne) ali kabelske komunikacijske linije (slika 2). Zemljino ozračje ali vesolje se uporablja tudi kot medij, skozi katerega se širijo informacijski signali. V prvem primeru govorijo o žično okolje, in v drugem - približno brezžično.

V sodobnih telekomunikacijskih sistemih se informacije prenašajo z uporabo električni tok ali napetost, radijski signali ali svetlobni signali - vsi ti fizični procesi so nihanja elektromagnetnega polja različnih frekvenc.

Riž. 2. Vrste medijev za prenos podatkov

Žične (nadzemne) komunikacijske linije so žice brez izolacijskih ali zaslonskih pletenic, položene med stebre in viseče v zraku. Hitrost in odpornost proti hrupu teh vodov puščata veliko želenega. Danes se žične komunikacijske linije hitro nadomeščajo s kabelskimi. Ponekod so še vedno ohranjeni in se, če ni drugih možnosti, še naprej uporabljajo za prenos računalniških podatkov.

Kabelske linije imajo precej zapleteno zasnovo.

Kabel je sestavljen iz vodnikov, zaprtih v več plasteh izolacije: električno, elektromagnetno, mehansko in po možnosti podnebno. Poleg tega je kabel lahko opremljen s priključki, ki omogočajo hitro povezavo z različno opremo. V računalniška omrežja Obstajajo tri glavne vrste kablov: neoklopljeni kabli z zvitim parom (UTP) in zaščiteni zvit par(Zaščiteni zviti par. STP), bakreni koaksialni kabli in optični kabli.

Radijski kanali za prizemno in satelitsko komunikacijo ustvarja oddajnik in sprejemnik radijskih valov. Obstaja veliko različnih vrst radijskih kanalov, ki se razlikujejo po načinu uporabe. Frekvenčni razpon in obseg kanala. Kratki, srednji in dolgi valovni pasovi (KB, MW in LW), imenovani tudi amplitudna modulacija (AM) po metodi modulacije signala, ki jo uporabljajo, zagotavljajo komunikacijo na dolge razdalje, vendar z nizko hitrostjo prenosa podatkov. Najhitrejši kanali so tisti, ki delujejo v pasovih ultrakratkih valov (VHF), za katere je značilna frekvenčna modulacija (frekvenčna modulacija, FM), pa tudi v mikrovalovnih pasovih (mikrovalovi). Za prenos podatkov se uporabljajo tudi pasovi Ulif High Frequency (UHF). imenovani tudi mikrovalovni razponi (nad 300 MHz). V mikrovalovnem območju (nad 4 GHz) zemeljska ionosfera ne odraža več signalov in za stabilno komunikacijo je potrebna odsek vidnosti med oddajnikom in sprejemnikom. Zato te frekvence uporabljajo bodisi satelitske kanale bodisi radijske relejne kanale, če je ta pogoj izpolnjen.

V računalniških omrežjih se danes uporabljajo skoraj vse opisane vrste fizičnih medijev za prenos podatkov. Dobre priložnosti zagotavljajo optične kable z visoko pasovno širino in nizko občutljivostjo na motnje. Danes se uporabljajo kot avtoceste velikih teritorialnih in mestnih omrežij ter hitra lokalna omrežja. Zvit par je tudi priljubljen medij, za katerega je značilna odlična vrednost za denar in enostavnost namestitve. Brezžični kanali se najpogosteje uporabljajo v primerih, ko kabelskih komunikacijskih linij ni mogoče uporabiti - na primer, ko kanal prehaja skozi redko poseljeno območje ali za komunikacijo z uporabniki mobilnega omrežja.

Oprema za prenos podatkov

Kot je prikazano na sl. 1. Komunikacijske linije niso sestavljene samo iz prenosnega medija, ampak tudi iz opreme. Tudi če komunikacijska linija ne gre skozi primarno omrežje, ampak temelji na kablu, je vključena oprema za prenos podatkov.

Oprema za prenos podatkov(ADF ali DCE - oprema za zaključevanje podatkovnega vezja) v računalniških omrežjih neposredno povezuje računalnike ali preklopi na komunikacijske linije in je tako obmejna oprema. Tradicionalno je v komunikacijsko linijo vključena oprema za prenos podatkov. Primeri DCE so modemi (za telefonske linije), terminalski adapterji omrežij ISDN, naprave za povezavo digitalnih kanalov primarna omrežja DSU / CSU (Data Service Unit / Circuit Service Unit).

Uporabniška oprema komunikacijske linije, ki ustvarja podatke za prenos po komunikacijski liniji in je neposredno povezana z opremo za prenos podatkov, se skupaj imenuje podatkovna terminalska oprema(OOD ali DTE - podatkovna terminalska oprema). Primer DTE so računalniki ali usmerjevalniki. lokalna omrežja... Ta naprava ni vključena v komunikacijsko linijo. Obstaja več standardnih vmesnikov za povezovanje naprav DCE z napravami DTE (to so računalniki ali stikala / usmerjevalniki). Te naprave delujejo na kratkih razdaljah med seboj, običajno več metrov.

Vmesni aparati

• · Izboljšanje kakovosti signala;

Vanalogne linije

V digitalnih komunikacijskih linijah imajo oddani signali končno število stanj. Praviloma ima osnovni signal, to je signal, ki se prenaša v enem ciklu delovanja oddajne opreme, 2, 3 ali 4 stanja, ki se v komunikacijskih vodih reproducirajo z impulzi ali s pravokotnimi potenciali. S pomočjo takšnih signalov se prenašajo tako računalniški podatki kot digitalizirani govor in slike (prav zaradi enakega načina predstavljanja informacij v sodobnih računalniških, telefonskih in televizijskih omrežjih je bilo mogoče pojaviti skupna primarna omrežja za vse) . V digitalnih komunikacijskih linijah se uporablja posebna vmesna oprema - regeneratorji, ki izboljšajo obliko impulzov in obnovijo njihovo obdobje ponavljanja. Vmesna oprema za multipleksiranje in preklapljanje primarnih omrežij deluje po principu multipleksiranja s časovno delitvijo (TDM). kodiranje signala komunikacijske opreme

Značilnosti komunikacijske linije

Vrste značilnosti in kako jih opredeliti

Glavne značilnosti komunikacijskih linij so:

• · Amplitudno-frekvenčna karakteristika;
• · Pasovna širina;
• Slabljenje;
• · Odpornost proti hrupu;
• · Dogovori na bližnjem koncu vrstice;
• · Pasovna širina;
• · Zanesljivost prenosa podatkov;
• · Cena enote.

sestava komunikacijske linije. Obstaja več standardnih vmesnikov za povezovanje naprav DCE z napravami DTE (to so računalniki ali stikala / usmerjevalniki). Te naprave delujejo na kratkih razdaljah med seboj, običajno več metrov.

Vmesni aparati običajno uporablja na komunikacijskih linijah na dolge razdalje. Vmesna oprema rešuje dve glavni nalogi:

• · Izboljšanje kakovosti signala;
• · Ustvarjanje stalnega sestavljenega komunikacijskega kanala med dvema naročnikoma omrežja.

V lokalnih omrežjih vmesne opreme sploh ni mogoče uporabiti, če dolžina fizičnega medija - kabli ali radijski zrak - omogoča enemu omrežnemu vmesniku, da sprejema signale neposredno iz drugega omrežnega adapterja, brez vmesnega ojačevanja. V nasprotnem primeru se uporabljajo naprave, kot so repetitorji.

V globalnih omrežjih je treba zagotoviti kakovosten prenos signala na razdalje več sto in tisoč kilometrov. Zato brez ojačevalnikov (povečanje moči signalov) in regeneratorjev (skupaj s povečanjem moči obnavljanja oblike impulznih signalov, popačenih med prenosom na dolge razdalje), nameščenih na določenih razdaljah, ni mogoče zgraditi teritorialne komunikacije vrstica. Oprema globalnih omrežij, geografsko porazdeljenih omrežij, ki so neposredno povezana s kablom na dolge razdalje po daljnovodu, se imenuje multiplekserji - demultiplekserji (MUX). Taka omrežja, ki ponujajo analogne in digitalne povezane povezave, se imenujejo primarna omrežja, njihovi porabniki pa sekundarna omrežja. Sem spadajo tako računalniška omrežja kot običajna mestna telefonska omrežja, ki temeljijo na telefonskih centralah avtomatskih telefonskih centrali.

Uporaba multipleksorjev - demultipleksorjev (MUX) omogoča prenos velikega števila (več tisoč) nizkohitrostnih telefonskih kanalov v enem kablu za daljinsko komunikacijo.

Vanalogne linije vmesna oprema je zasnovana za ojačanje analognih signalov, to je signalov, ki imajo neprekinjeno območje vrednosti. Analogni pristop običajno uporablja tehniko frekvenčnega multipleksiranja, frekvenčna delitev- (Frekvenčno razdelitev Multipleksiranje, FDM).

V digitalnih komunikacijskih linijah imajo oddani signali omejeno število stanj. Praviloma ima osnovni signal, to je signal, ki se prenaša v enem ciklu delovanja oddajne opreme, 2, 3 ali 4 stanja, ki se v komunikacijskih vodih reproducirajo z impulzi ali s pravokotnimi potenciali. S pomočjo takšnih signalov se prenašajo tako računalniški podatki kot digitalizirani govor in slike (prav zaradi enakega načina predstavitve informacij v sodobnih računalniških, telefonskih in televizijskih omrežjih je možen nastanek skupnih primarnih omrežij). V digitalnih komunikacijskih linijah se uporablja posebna vmesna oprema - regeneratorji, ki izboljšajo obliko impulzov in obnovijo njihovo obdobje ponavljanja. Vmesna oprema za multipleksiranje in preklapljanje primarnih omrežij deluje po principu multipleksiranja s časovno delitvijo (TDM).

Spektralna analiza signalov na komunikacijskih vodih

Iz teorije harmonične analize je znano, da je vsak periodični proces mogoče predstaviti kot vsoto sinusnih nihanj različnih frekvenc in različnih amplitud (slika 3).

Riž. 3. Predstavljanje periodičnega signala kot vsote sinusoid

Vsaka komponenta sinusoide se imenuje tudi harmonik, niz vseh harmonikov pa se imenuje spektralna razgradnja prvotnega signala. Neperiodične signale lahko predstavimo kot integral sinusnih signalov s kontinuiranim frekvenčnim spektrom. Na primer, spektralna razgradnja idealnega impulza (moč enote in trajanje nič) ima komponente celotnega frekvenčnega spektra, od -? do + (slika 4).

Riž. 4. Spektralna razgradnja idealnega impulza

Tehnika iskanja spektra katerega koli izvornega signala je dobro znana. Za nekatere signale, ki so analitično dobro opisani (na primer za zaporedje pravokotnih impulzov enakega trajanja in amplitude), se spekter zlahka izračuna na podlagi Fourierjevih formul. Za poljubne valovne oblike, s katerimi se srečujemo v praksi, lahko spekter najdemo s posebnimi instrumenti - analizatorji spektra, ki merijo spekter realnega signala in prikažejo amplitude harmoničnih komponent na zaslonu ali jih natisnejo na tiskalniku. Popačenje sinusoide katere koli frekvence po oddajnem kanalu na koncu vodi do popačenja oddanega signala katere koli oblike, še posebej, če sinusoide različnih frekvenc niso enako popačene. Če gre za analogni signal, ki prenaša govor, potem se barva glasu spremeni zaradi popačenja prizvokov - stranskih frekvenc. Pri prenosu impulznih signalov, značilnih za računalniška omrežja, se nizkofrekvenčni in visokofrekvenčni harmoniki popačijo, zaradi česar impulzne fronte izgubijo pravokotno obliko (slika 5). Zaradi tega signali na sprejemnem koncu linije morda ne bodo zlahka prepoznani.

Riž. 5.

Komunikacijska linija izkrivlja oddane signale zaradi dejstva, da se njeni fizikalni parametri razlikujejo od idealnih. Tako na primer bakrene žice vedno predstavljajo neko kombinacijo aktivnega upora, kapacitivne in induktivne obremenitve, porazdeljene po dolžini. Posledično bodo imele za sinusoide različnih frekvenc različne impedance, kar pomeni, da se bodo prenašale na različne načine. Optični kabel ima tudi pristranskosti, ki preprečujejo popolno širjenje svetlobe. Če komunikacijska linija vključuje vmesno opremo, lahko vnese tudi dodatna popačenja, saj je nemogoče ustvariti naprave, ki bi enako dobro prenašale celoten spekter sinusoid, od nič do neskončnosti.

Poleg popačenj signala, ki jih povzročajo notranji fizični parametri komunikacijske linije, obstajajo tudi zunanje motnje, ki prispevajo k popačenju oblike signala na linijskem izhodu. Te motnje povzročajo različni elektromotorji, elektronske naprave, atmosferski pojavi itd. Kljub zaščitnim ukrepom, ki so jih sprejeli oblikovalci kablov in ojačevalno-stikalne opreme, učinka zunanjih motenj ni mogoče v celoti kompenzirati. Zato imajo signali na izhodu komunikacijske linije običajno zapleteno obliko, po kateri je včasih težko razumeti, katere diskretne informacije so bile vnesene na vhod linije.

Medij za prenos informacij so tiste komunikacijske linije (ali komunikacijski kanali), po katerih se informacije izmenjujejo med računalniki. Velika večina računalniških omrežij (zlasti lokalnih) uporablja žične ali kabelske komunikacijske kanale, čeprav obstajajo tudi brezžična omrežja, ki se zdaj vse pogosteje uporabljajo, zlasti v prenosnih računalnikih.

Obstajajo 4 vrste medijev za prenos podatkov:

Na osnovi kablov zviti pari

Koaksialni kabli

Optični kabli

· Brezžični komunikacijski kanali

Zviti pari žic se uporabljajo v poceni in danes morda najbolj priljubljenih kablih. Kabel z zvitim parom je sestavljen iz več parov sukanih parov izoliranih bakrenih žic v enem dielektričnem (plastičnem) plašču. Je precej prilagodljiv in enostaven za polaganje. Zvijanje žic zmanjša induktivne presluhe med kabli in zmanjša učinek prehodnih procesov.

Običajno kabel vključuje dva (slika 4.1) ali štiri zvite pare.

Riž. 4 ,1.

Za nezaščitene zvite pare je značilna slaba odpornost na zunanje elektromagnetne motnje, pa tudi na prisluškovanje, ki ga je mogoče izvesti na primer v primeru industrijskega vohunjenja. Poleg tega je prestrezanje informacij, ki se prenašajo po omrežju, možno tako z uporabo kontaktne metode (na primer z dvema iglama, vtaknjenimi v kabel) kot z brezkontaktno metodo, ki se zmanjša na radijsko prestrezanje elektromagnetnih polj, ki jih oddaja kabel. Poleg tega se učinek motenj in količina zunanjega sevanja povečujeta s povečanjem dolžine kabla. Za odpravo teh pomanjkljivosti se uporablja zaščita kablov.

V primeru STP zaščitenega zvitega para je vsak od zvitih parov postavljen v kovinski ščit za pletenice, da se zmanjša sevanje kabla, zaščiti pred zunanjimi elektromagnetnimi motnjami in zmanjša medsebojni vpliv parov žic drug na drugega (preslušanje - preslušanje) . Da bi ščit ščitil pred motnjami, mora biti ozemljen. Seveda je oklopljeni zviti par veliko dražji od nezaščitenega. Za njegovo uporabo so potrebni posebni oklopljeni konektorji. Zato ga najdemo veliko manj pogosto kot nezaščiten zvit par.

Glavne prednosti nezaščitenih zvitih parov so enostavnost namestitve priključkov na koncih kabla, pa tudi popravilo morebitnih poškodb v primerjavi z drugimi vrstami kablov. Vse druge lastnosti so slabše od drugih kablov. Na primer, pri določeni hitrosti prenosa je pri njih slabljenje signala (zmanjšanje njegove ravni pri prehodu skozi kabel) večje kot pri koaksialnih kablih. Ob upoštevanju še vedno nizke odpornosti na hrup je razumljivo, zakaj so komunikacijske linije, ki temeljijo na zvitih parih, običajno precej kratke (običajno znotraj 100 metrov). Trenutno se zvit par uporablja za prenos informacij s hitrostjo do 1000 Mbps tehnične težave ki nastajajo pri takih hitrostih, so zelo zapletene.

Koaksialni kabel je električni kabel, sestavljen iz osrednje bakrene žice in kovinske pletenice (zaslona), ločene z dielektrično plastjo (notranja izolacija) in nameščene v skupni zunanji ovoj (slika 4.2).

Slika 4.2

Do nedavnega je bil koaksialni kabel zelo priljubljen zaradi visoke odpornosti proti hrupu (zahvaljujoč kovinski pletenici), širših pasovnih širin (nad 1 GHz) kot pri kablih iz zvitih parov, pa tudi zaradi velikih dovoljenih prenosnih razdalj (do enega kilometra) . Težje se je mehansko povezati z njim zaradi nepooblaščenega prisluškovanja v omrežju, zunaj pa daje opazno manj elektromagnetnega sevanja. Vendar pa je namestitev in popravilo koaksialnega kabla veliko težje kot kabel z zvitim parom, njegovi stroški pa so višji (približno 1,5 - 3 -krat dražji). Prav tako je težje namestiti priključke na koncih kabla. Zdaj se uporablja manj pogosto kot zvit par. Standard EIA / TIA-568 vključuje samo eno vrsto koaksialnega kabla, ki se uporablja v omrežju Ethernet.

Glavna uporaba koaksialnega kabla je v omrežjih s topologijo vodila. V tem primeru morajo biti terminali nameščeni na koncih kabla, da se prepreči notranji odsev signala, in eden (in samo eden!) Od terminatorjev mora biti ozemljen. Brez ozemljitve kovinska pletenica ne ščiti omrežja pred zunanjimi elektromagnetnimi motnjami in ne zmanjšuje sevanja informacij, ki se po omrežju prenašajo v zunanje okolje. Ko pa je pletenica ozemljena na dveh ali več točkah, lahko odpove le omrežna oprema, ampak tudi računalniki, povezani v omrežje. Terminatorje je treba ujemati s kablom, nujno je, da je njihov upor enak valovni upor kabel. Na primer, če uporabljate 50-ohmski kabel, so primerni le 50-ohmski terminali.

Manj pogosto se koaksialni kabli uporabljajo v zvezdnih omrežjih (na primer pasivna zvezda v omrežju Arcnet). V tem primeru je problem ujemanja zelo poenostavljen, saj na prostih koncih niso potrebni zunanji končniki.

Obstajata dve glavni vrsti koaksialnega kabla:

· Tanek (tanek) kabel s premerom približno 0,5 cm, bolj prilagodljiv;

· Debel (debel) kabel s premerom približno 1 cm, veliko bolj tog. Gre za klasično različico koaksialnega kabla, ki ga skoraj v celoti nadomesti sodoben tanek kabel.

Tanek kabel se uporablja za prenos na krajše razdalje kot debel, saj se signal v njem bolj oslabi. Toda s tankim kablom je veliko bolj priročno delati: hitro ga lahko položite na vsak računalnik, debel pa zahteva trdno pritrditev na steno prostora. Priključitev na tanek kabel (z uporabo priključkov BNC BNC) je enostavnejša in ne zahteva dodatne strojne opreme. Za povezavo z debelim kablom morate uporabiti posebne precej drage naprave, ki preluknjajo njegove lupine in vzpostavijo stik tako z osrednjim jedrom kot z zaslonom. Debel kabel je približno dvakrat dražji od tankega, zato se tanek kabel uporablja veliko pogosteje.

Tako kot pri zvitih parih je vrsta zunanjega plašča pomemben parameter koaksialnega kabla. Podobno se v tem primeru uporabljajo tako neplenumski (PVC) kot plenumski kabli. Seveda je teflonski kabel dražji od PVC kabla. Običajno je mogoče razlikovati vrsto plašča po barvi (na primer Belden uporablja rumeno za PVC in oranžno za teflon).

Tipične zamude pri širjenju signala v koaksialnem kablu so približno 5 ns / m za tanek kabel in približno 4,5 ns / m za debel.

Obstajajo različice koaksialnega kabla z dvojnim oklopom (en ščit se nahaja znotraj drugega in je od njega ločen z dodatno plastjo izolacije). Ti kabli imajo boljšo odpornost proti hrupu in zaščito pred prisluškovanjem, vendar so nekoliko dražji od običajnih kablov.

Dandanes velja, da je koaksialni kabel zastarel, v večini primerov ga je mogoče enostavno zamenjati z zvitim parom ali optičnim kablom. Novi standardi za kabelske sisteme pa ga ne vključujejo več na seznam tipov kablov.

Optični kabel (znan tudi kot optični vlakni) je bistveno drugačna vrsta kabla v primerjavi z dvema obravnavanima vrstama električnega ali bakrenega kabla. Informacije o njem se ne prenašajo z električnim signalom, ampak s svetlobnim signalom. Njegov glavni element je prozorno stekleno vlakno, skozi katerega svetloba potuje na velike razdalje (do deset kilometrov) z neznatnim slabljenjem.

Risba. 4.3.

Struktura optičnega kabla je zelo preprosta in podobna strukturi koaksialnega električnega kabla (slika 4.3). Le namesto osrednje bakrene žice se tu uporablja tanka (s premerom približno 1-10 mikronov) steklena vlakna, namesto notranje izolacije pa steklena ali plastična obloga, ki ne dovoljuje svetlobi, da bi šla izven steklenih vlaken. V tem primeru govorimo o režimu tako imenovanega popolnega notranjega odboja svetlobe od meje dveh snovi z različnimi koeficienti loma (indeks loma steklene lupine je precej nižji kot pri centralnem vlaknu). Na kablu običajno ni kovinske pletenice, saj zaščita pred zunanjimi elektromagnetnimi motnjami tukaj ni potrebna. Vendar se včasih še vedno uporablja za mehansko zaščito pred okoljem (tak kabel včasih imenujemo oklepni; lahko združuje več optičnih kablov pod enim plaščem).

Optični kabel ima izjemne lastnosti v smislu odpornosti proti hrupu in tajnosti prenašanih informacij. Načeloma nobena zunanja elektromagnetna motnja ne more izkriviti svetlobnega signala, sam signal pa ne ustvarja zunanjega elektromagnetnega sevanja. Priključitev na to vrsto kabla za nepooblaščeno prisluškovanje v omrežju je skoraj nemogoča, saj s tem krši celovitost kabla. Teoretično možna pasovna širina takega kabla doseže 1012 Hz, to je 1000 GHz, kar je neprimerljivo višje od električnih kablov. Stroški optičnega kabla se nenehno znižujejo in so zdaj približno enaki stroškom tankega koaksialnega kabla.

Optični kabel pa ima tudi nekaj pomanjkljivosti.

Najpomembnejši med njimi je velika zapletenost vgradnje (pri nameščanju konektorjev je potrebna mikronska natančnost, slabljenje v konektorju je močno odvisno od natančnosti razcepa steklenih vlaken in stopnje njegovega poliranja). Za namestitev priključkov se varjenje ali lepljenje uporablja s posebnim gelom, ki ima enak koeficient loma svetlobe kot steklena vlakna. Vsekakor to zahteva visoko usposobljeno osebje in posebna orodja. Zato se najpogosteje optični kabel prodaja v obliki vnaprej odrezanih kosov različnih dolžin, na obeh koncih katerih so že nameščeni konektorji zahtevanega tipa. Ne pozabite, da slabo nameščen konektor dramatično zmanjša dovoljeno dolžino kabla, ki je določena z dušenjem.

Prav tako je treba spomniti, da uporaba optičnega kabla zahteva posebne optične sprejemnike in oddajnike, ki pretvarjajo svetlobne signale v električne signale in obratno, kar včasih znatno poveča stroške omrežja kot celote.

Optični kabli omogočajo ločitev signala (za to so izdelani posebni pasivni spenjači za 2-8 kanalov), praviloma pa se uporabljajo za prenos podatkov samo v eno smer med enim oddajnikom in enim sprejemnikom. Navsezadnje vsako razvejanje neizogibno močno oslabi svetlobni signal, in če je vej veliko, potem svetloba morda preprosto ne doseže konca omrežja. Poleg tega je v razdelilniku notranja izguba, zato je skupna moč signala na izhodu manjša od vhodne moči.

Optični kabel je manj trpežen in prilagodljiv kot električni kabel. Tipični polmeri upogibanja so okoli 10 - 20 cm, pri manjših polmerah upogiba pa se lahko osrednje vlakno zlomi. Slabo prenaša kabel in mehansko raztezanje ter drobljenje.

Optični kabel je občutljiv tudi na ionizirajoče sevanje, zaradi česar se prozornost steklenih vlaken zmanjša, to pomeni, da se slabljenje signala poveča. Nenadne spremembe temperature negativno vplivajo tudi nanjo, steklena vlakna lahko počijo.

Optični kabel se uporablja samo v omrežjih s topologijo zvezde in obroča. V tem primeru ni težav pri usklajevanju in ozemljitvi. Kabel zagotavlja popolno galvansko izolacijo omrežnih računalnikov. V prihodnosti bo tovrstni kabel verjetno nadomestil električne kable ali jih vsaj močno potisnil. Zaloge bakra na planetu se izčrpavajo, surovin za proizvodnjo stekla pa je več kot dovolj.

razen kabelske kanale brezžični kanali se včasih uporabljajo tudi v računalniških omrežjih. Njihova glavna prednost je, da ožičenje ni potrebno (ni treba narediti lukenj v stenah, popraviti kabla v ceveh in žlebovih, ga položiti pod dvignjena tla, nad spuščenimi stropi ali v prezračevalnih jaških, poiskati in popraviti poškodbe). Poleg tega lahko računalnike v omrežju enostavno premikate znotraj sobe ali stavbe, saj niso vezani na nič.

Radijski kanal uporablja prenos informacij po radijskih valovih, zato lahko teoretično zagotavlja komunikacijo za več deset, sto in celo tisoč kilometrov. Hitrost prenosa doseže več deset megabitov na sekundo (tukaj je veliko odvisno od izbrane valovne dolžine in načina kodiranja).

Posebnost radijskega kanala je v tem, da se signal prosto oddaja v zraku, ni zaprt v kabel, zato obstajajo težave z združljivostjo z drugimi viri radijskih valov (radijske in televizijske postaje, radarji, radioamaterski in profesionalni oddajniki itd.). Radijski kanal uporablja prenos v ozkem frekvenčnem območju in modulacijo nosilnega frekvenčnega signala z informacijskim signalom.

Glavna pomanjkljivost radijskega kanala je njegova slaba zaščita pred prisluškovanjem, saj se radijski valovi nenadzorovano širijo. Druga velika pomanjkljivost radijskega kanala je njegova šibka odpornost proti hrupu.

Za lokalno brezžična omrežja(WLAN-brezžični LAN) trenutno uporabljajo radijske kanale na kratkih razdaljah (običajno do 100 metrov) in v vidnem polju. Najpogosteje uporabljena frekvenčna pasova sta 2,4 GHz in 5 GHz. Hitrost prenosa je do 54 Mbps. Razširjena različica s hitrostjo 11 Mbit / s.

WLAN vam omogočajo vzpostavitev brezžične povezave omrežne povezave na omejenem območju (običajno v pisarni ali univerzitetni zgradbi ali na javnih mestih, kot so letališča). Uporabljajo se lahko v začasnih pisarnah ali na drugih lokacijah, kjer kabli niso izvedljivi, ali pa kot dodatek k obstoječemu žičnemu omrežju LAN, ki uporabnikom omogoča delo med premikanjem po stavbi.

Priljubljena tehnologija Wi-Fi (Wireless Fidelity) omogoča komunikacijo med 2 do 15 računalniki z uporabo vozlišča (imenovanega Access Point, AP) ali več vozlišč, če je od 10 do 50 računalnikov. Možnost povezovanja dveh lokalnih omrežij na daljavo do 25 kilometrov z močnimi brezžičnimi mostovi. Na primer, na sl. 4.4 prikazuje kombinacijo računalnikov z eno samo dostopno točko. Pomembno je, da jih je veliko mobilnih računalnikov(prenosni računalniki) že imajo vgrajen krmilnik Wi-Fi, kar močno poenostavi njihovo povezavo z brezžičnim omrežjem.

Slika 4.4

Radijski kanal se v svetovnih omrežjih pogosto uporablja za prizemno in satelitsko komunikacijo. V tej aplikaciji radijski kanal nima konkurentov, saj radijski valovi lahko dosežejo kjer koli na svetu.

Če govorimo o možnih topologijah, potem so najbolj naravno vsi brezžični komunikacijski kanali primerni za topologijo vodila, pri kateri se informacije hkrati prenašajo na vse naročnike. Toda pri uporabi prenosa ozkega snopa in / ali frekvenčne delitve po kanalih se lahko na radijskem kanalu in v infrardečem kanalu izvajajo vse topologije (obročeve, zvezdaste, kombinirane topologije).

Stran 27 od 27 Fizične osnove prenosa podatkov(Komunikacijske linije,)

Fizične osnove prenosa podatkov

Vsaka omrežna tehnologija mora zagotavljati zanesljivo in hiter prenos ločeni podatki po komunikacijskih vodih. Čeprav obstajajo velike razlike med tehnologijami, temeljijo na splošnih načelih prenosa ločenih podatkov. Ta načela so utelešena v metodah predstavljanja binarnih in ničel z uporabo impulznih ali sinusoidnih signalov v komunikacijskih vodih različne fizične narave, metodah odkrivanja in popravljanja napak, metodah stiskanja in preklopnih metod.

Linijepovezave

Primarna omrežja, linije in komunikacijski kanali

Pri opisovanju tehnični sistem, ki prenaša informacije med omrežnimi vozlišči, v literaturi najdete več imen: komunikacijska linija, sestavljeni kanal, kanal, povezava. Pogosto se ti izrazi uporabljajo zamenljivo in v mnogih primerih to ne povzroča težav. Hkrati pa obstaja tudi posebnost njihove uporabe.

Povezava(link) je segment, ki omogoča prenos podatkov med dvema sosednjima omrežnima vozliščema. To pomeni, da povezava ne vsebuje vmesnih preklopnih in multipleksnih naprav.

Kanal(kanal) najpogosteje označuje del pasovne širine povezave, ki se med preklopom uporablja neodvisno. Na primer, povezava v primarnem omrežju je lahko sestavljena iz 30 kanalov, od katerih ima vsak povezavo prepustnost 64 kb / s.

Sestavljeni kanal(vezje) je pot med dvema končnima vozliščema v omrežju. Spojeno povezavo tvorijo ločeni vmesni členi in medsebojni povezavi v stikalih. Pogosto je epitet "kompozitni" izpuščen, izraz "kanal" pa se nanaša tako na sestavljeni kanal kot na kanal med sosednjimi vozlišči, torej znotraj povezave.

Komunikacijska linija se lahko uporablja sinonimno za katerega koli od preostalih treh izrazov.

Na sl. prikazani sta dve različici komunikacijske linije. V prvem primeru ( a) linija je sestavljena iz odseka kabla, dolgega več deset metrov, in je člen. V drugem primeru (b) je povezava združeni kanal, razporejen v omrežje s stikalom vezja. Takšno omrežje je lahko primarno omrežje ali telefonsko omrežje.

Vendar je za računalniško omrežje ta vrstica povezava, saj povezuje dve sosednji vozlišči in vsa vmesna vmesna oprema je pregledna za ta vozlišča. Razlog za medsebojno nerazumevanje na ravni izračunov računalniških strokovnjakov in specialistov primarnih omrežij je tu očiten.

Primarna omrežja so posebej ustvarjena za opravljanje storitev kanalov za prenos podatkov za računalnike in telefonska omrežja, o katerem v takih primerih pravijo, da delujejo "na vrhu" primarnih omrežij in so prekrivana omrežja.

Razvrstitev komunikacijskih vodov

Komunikacijska linija V splošnem je sestavljen iz fizičnega medija, po katerem se prenašajo električni informacijski signali, opreme za prenos podatkov in vmesne opreme. Fizični medij prenosa podatkov (fizični mediji) je lahko kabel, to je niz žic, izolacijskih in zaščitnih lupin in priključkov, pa tudi zemeljsko ozračje ali vesolje, po katerem se širijo elektromagnetni valovi.

V prvem primeru govorijo o žično okolje, in v drugem - približno brezžično.

V sodobnih telekomunikacijskih sistemih se informacije prenašajo z uporabo električni tok ali napetost, radijski signali ali svetlobni signali- vsi ti fizikalni procesi so nihanja elektromagnetnega polja različnih frekvenc.

Žični (nadzemni) vodi vezi so žice brez izolacijskih ali zaslonskih pletenic, položene med stebričke in viseče v zraku. Tudi v bližnji preteklosti so bile takšne komunikacijske linije glavne za prenos telefonskih ali telegrafskih signalov. Danes se žične komunikacijske linije hitro nadomeščajo s kabelskimi. Ponekod so še vedno ohranjeni in se, če ni drugih možnosti, še naprej uporabljajo za prenos računalniških podatkov. Hitrost in odpornost proti hrupu teh linij puščata veliko želenega.

Kabelske linije imajo precej zapleteno zasnovo. Kabel je sestavljen iz vodnikov, zaprtih v več plasteh izolacije: električno, elektromagnetno, mehansko in po možnosti podnebno. Poleg tega je kabel lahko opremljen s priključki, ki omogočajo hitro povezavo z različno opremo. V računalniških (in telekomunikacijskih) omrežjih se uporabljajo tri glavne vrste kablov: kabli na osnovi zvitih parov bakrenih žic - nezaščiten zvit par(Neoklopljen zvit par, UTP) in oklopljen zvit par(Zaščiten zvit par, STP), koaksialni kabli bakreni, optični kabli. Imenujejo se tudi prvi dve vrsti kablov bakreni kabli.

Radijski kanali zemeljske in satelitske komunikacije se oblikujejo z oddajnikom in sprejemnikom radijskih valov. Obstaja veliko različnih vrst radijskih kanalov, ki se razlikujejo tako v uporabljenem frekvenčnem območju kot v razponu kanalov. Oddajanje radijskih pasov(dolgi, srednji in kratki valovi), imenovani tudi AM pasovi, ali z obsegi amplitudne modulacije (Amplitude Modulation, AM) zagotavljajo komunikacijo na dolge razdalje, vendar pri nizki hitrosti prenosa podatkov. Hitrejši kanali so tisti, ki uporabljajo zelo visoki frekvenčni pasovi(Zelo visoke frekvence, VHF), za katerega se uporablja frekvenčna modulacija (frekvenčna modulacija, FM). Uporablja se tudi za prenos podatkov ultra visokofrekvenčni pasovi(Ultra High Frequency, UHF), imenovano tudi mikrovalovni domet(več kot 300 MHz). Iosnosfera Zemlje nad 30 MHz signalov ne odraža več, za stabilno komunikacijo pa je potrebna vidna linija med oddajnikom in sprejemnikom. Zato takšne frekvence uporabljajo bodisi satelitske kanale ali radijske relejne kanale, bodisi lokalne oz mobilnih omrežij kjer je ta pogoj izpolnjen.

Evolucija vprašanj računalniški sistemi

1) Sistemi paketne obdelave:

Petdeseta leta - pojavijo se prvi računalniki.

Sistemi za paketno obdelavo so bili zgrajeni na osnovi glavnega računalnika - zmogljivega in zanesljivega univerzalnega računalnika. Uporabniki so prebili kartice, ki vsebujejo podatke in ukaze programa, operaterji so te kartice vnesli v računalnik, natisnjene rezultate pa so prejeli naslednji dan.

Največja učinkovitost računalniške moči

Neupoštevanje interesov uporabnikov

2)Več terminalni sistem

Porazdeljeni vnos-izhod podatkov.

Centralizirana obdelava.

V šestdesetih letih 20. stoletja se je pojavil sistem za večkratno deljenje časa.

Prototip LAN.

Računalnik je bil na voljo več uporabnikom hkrati, vsak s terminalom, odzivni čas letala je precej kratek.

Računalniška omrežja

BC je zbirka računalnikov, povezanih s komunikacijskimi linijami (kabli, omrežni adapterji, telekomunikacijska oprema).

Razvrstitev omrežij na teritorialni podlagi

LAN - MAN - WAN

Globalna omrežja- širokopasovna omrežja (WAN).

Prenos podatkov na stotine in tisoče kilometrov

Kronološko so se pojavili prvi (50-60 let)

Izvira iz telefonskih omrežij

Sprva počasen in nezanesljiv

Danes WAN:

So obroči ali hrbtenica

Glavna hitrost 2,5 Gbit / s

Rešitve 10-Gbit / s, 40-Gbit / s so zelo razširjene

Uporabljajo se zapleteni postopki nadzora in obnovitve podatkov

Lokalna omrežja - lokalna omrežja (LAN).

Koncentrirano na ozemlju 1-2 km.

Hitrost do 10 Gbps

Širok nabor storitev

Najpomembnejša stopnja razvoja je oblikovanje standardnih LAN tehnologij: Ethernet, Token Ring, FDDI.

Metropolitansko omrežje (MAN)

Razdalje več deset kilometrov

Cenejše kot WAN

Hitrosti povezave 1-40 Gbit / s

Uporablja se za povezavo obstoječih omrežij LAN in povezavo z omrežjem WAN

Sodobne težnje

Globalna omrežja se po kakovosti tesno ujemajo z lokalnimi

2) LAN je začel uporabljati stikala, usmerjevalnike, prehode => možnost gradnje zapletenih omrežij

Vprašanje. Sedemstopenjski model OSI.

Fizični sloj

Fizična plast opredeljuje električne, mehanske, postopkovne in

funkcionalne značilnosti aktiviranja, vzdrževanja in deaktiviranja fizičnega kanala med končnimi sistemi. Specifikacije fizične plasti opredeljujejo značilnosti, kot so napetostne ravni, časovni razponi sprememb napetosti, hitrosti prenosa fizičnih informacij, največje komunikacijske razdalje, fizični konektorji in druge podobne značilnosti. Podatkovna enota: Bit (bit)

Povezavni sloj

Plast podatkovne povezave zagotavlja zanesljiv prenos podatkov po fizičnem kanalu. Pri izvajanju te naloge plast povezave rešuje vprašanja fizičnega naslavljanja, topologije omrežja, linearne discipline (kako končni sistem uporablja omrežno povezavo), obveščanja o napakah, urejene dostave podatkovnih blokov in nadzora pretoka informacij. Podatkovna enota: Okvir

Omrežni sloj

Omrežna plast je zapletena plast, ki omogoča povezljivost in izbiro poti med dvema končnima sistemoma, povezanima v različna "podomrežja", ki se lahko nahajajo na različnih geografskih lokacijah.

V tem primeru je "podomrežje" v bistvu neodvisen omrežni kabel (včasih imenovan tudi segment).

Ker dva končna sistema, ki želita komunicirati, sta lahko ločena s precejšnjo geografsko razdaljo in številnimi podomrežji, omrežna plast je usmerjevalna domena. Protokoli usmerjanja izberejo optimalne poti skozi vrsto medsebojno povezanih podomrežij. Tradicionalni protokoli omrežne plasti prenašajo informacije po teh

Poti. Podatkovna enota: Paket

Transportni sloj

Prometni sloj se ukvarja z vprašanji, kot je zanesljiv prenos podatkov po celotnem omrežju. Transportna plast z zagotavljanjem zanesljivih storitev zagotavlja mehanizme za vzpostavitev, vzdrževanje in urejeno prekinitev navideznih vezij, sisteme za odpravljanje težav pri transportu in upravljanje prometa (da sistem ne bi preplavljen s podatki iz drugega sistema). Podatkovna enota: Datagram / podatkovni blok (datagramm)

Raven seje

Kot že ime pove, plast seje vzpostavi, upravlja in prekine komunikacijske seje med aplikacijami. Seje so sestavljene iz pogovora med dvema ali več predstavitvenimi objekti. Raven seje sinhronizira dialog med objekti reprezentativne ravni in upravlja izmenjavo informacij med njimi. Plast seje omogoča pošiljanje informacij, razreda storitev in obvestil o izjemah glede težav seje, strežnika proxy in aplikacije. Podatkovna enota: Sporočilo

Reprezentativna raven

Predstavitvena plast je odgovorna za to, da so informacije, poslane z aplikacijske plasti enega sistema, berljive na aplikacijski plasti drugega sistema. Če je potrebno, reprezentativna plast prevaja med več formatov predstavitve informacij z uporabo skupne oblike predstavitve informacij.

Podatkovna enota: Sporočilo

Raven aplikacije

Aplikacijska plast je plast OSI, ki je uporabniku najbližja. Od drugih plasti se razlikuje po tem, da ne nudi storitev nobeni od drugih slojev OSI; zagotavlja pa jih za aplikacijske procese, ki niso vključeni v model OSI. Primeri takšnih aplikacijskih procesov so programi za obdelavo obsežnih tabel, programi za obdelavo besed, programi za bančne terminale itd.

Podatkovna enota: Sporočilo

Ko se podatkovni paket premika od zgoraj navzdol, vsaka nova raven v paket doda svoje podatke o storitvi v obliki glave in po možnosti napovednika (informacije na koncu sporočila). Ta operacija se imenuje inkapsulacija podatkov najvišje ravni v paketu nižje ravni

vprašanje. Razvrstitev medijev za prenos podatkov.

Spodaj medij za prenos podatkov razumejo fizično snov, prek katere poteka prenos električnih signalov, ki se uporabljajo za prenos ene ali druge informacije, predstavljene v digitalni obliki.

Naravno okolje je okolje, ki obstaja v naravi - ne naravno. - posebej zasnovani (kabli itd.)

Naravna okolja

- Vzdušje Elektromagnetni valovi se najpogosteje uporabljajo kot nosilci podatkov v ozračju.

- radijski valovi - elektromagnetni valovi s frekvenco manj kot 6000 GHz (z valovno dolžino več kot 100 mikronov).

- infrardeča in vidna svetloba (laser)

Umetno okolje Glavne vrste kablov so optični vlakni (vlakna), koaksialni (koaksialni) in sukani par (sukan par). Hkrati tako koaksialni kot zviti par uporabljata kovinski vodnik za prenos signalov, optični kabel pa svetlobni vodnik iz stekla ali plastike.

Koaksialni kabel

Pomembna prednost je njegova sposobnost prenosa več signalov hkrati. Vsak tak signal se imenuje kanal. Vsi kanali so organizirani na različnih frekvencah, zato ne motijo ​​drug drugega. Ima široko pasovno širino; to pomeni, da lahko organizira prenos prometa pri velikih hitrostih. Odporen je tudi na elektromagnetne motnje in lahko prenaša signale na velike razdalje.

Zvit par

Kabel, v katerem je izoliran par vodnikov zvit z majhnim številom zavojev na enoto dolžine. Za zmanjšanje zunanjih motenj se izvede zvijanje.

Prednosti: Tanjši, prilagodljivejši, enostavnejši za namestitev, poceni.

Slabosti: močan vpliv zunanjih elektromagnetnih motenj, možnost uhajanja informacij,

močno oslabitev signala.

Neoklopljen zvit par (UTP)

CAT5 (frekvenčni pas 100 MHz) - 4 pari, do 100 Mbps pri uporabi 2 parov in do 1000 Mbps pri uporabi 4 parov, so doslej najpogostejši omrežni mediji, ki se uporabljajo v računalniških omrežjih.

Zaščiten zvit par (STP)

Zvit par iz folije (FTP)

Zvit par, zaščiten s folijo (SFTP)

Podobne informacije.

Komunikacijska linija je na splošno sestavljena iz fizičnega medija, po katerem se prenašajo električni informacijski signali, opreme za prenos podatkov in vmesne opreme. Sinonim za izraz komunikacijska linija je izraz kanal.

Fizičnomedij za prenos podatkov (srednje) lahko kabel, to je niz žic, izolacijskih in zaščitnih plaščev in priključkov, pa tudi zemeljsko ozračje ali vesolje, po katerem se širijo elektromagnetni valovi.

Odvisno od nosilca prenosa podatkov so komunikacijske linije razdeljene na naslednje:

žica (zrak);

kabel (baker in optična vlakna);

radijski kanali za prizemno in satelitsko komunikacijo.

Žične (nadzemne) komunikacijske linije so žice brez izolacijskih ali zaslonskih pletenic, položene med drogove in viseče v zraku. Takšne komunikacijske linije tradicionalno prenašajo telefonske ali telegrafske signale, če pa ni drugih možnosti, se te linije uporabljajo tudi za prenos računalniških podatkov. Hitrost in odpornost na hrup teh linij puščata veliko želenega. Danes se žične komunikacijske linije hitro nadomeščajo s kabelskimi.

Kabelske linije predstavljajo precej zapleteno zasnovo. Kabel je sestavljen iz vodnikov, zaprtih v več plasteh izolacije: električno, elektromagnetno, mehansko in po možnosti podnebno. Poleg tega je kabel lahko opremljen s priključki, ki omogočajo hitro povezavo z različno opremo. V računalniških omrežjih se uporabljajo tri glavne vrste kablov: bakreni kabli z zvitim parom, koaksialni bakreni kabli in optični kabli.

Imenuje se zvit par žic zvit par... Zvit par je na voljo v zaščiteni različici (Shielded Twistedpair, STP), ko je par bakrenih žic zavit v izolacijski ščit in nezaščiten (Nezaščiten zvit par, UTP) ko manjka izolacijski ovoj. Zvijanje žic zmanjša učinek zunanjega hrupa na želene signale, ki se prenašajo po kablu. Koaksialni kabel ima asimetrično strukturo in je sestavljen iz notranjega bakrenega jedra in pletenice, ki je od jedra ločena s plastjo izolacije. Obstaja več vrst koaksialnih kablov, ki se razlikujejo po značilnostih in področjih uporabe - za lokalna omrežja, za širokopasovna omrežja, za kabelska televizija itd. Optična vlakna sestoji iz tankih (5-60 mikronov) vlaken, po katerih se širijo svetlobni signali. To je najkakovostnejša vrsta kabla - zagotavlja prenos podatkov z zelo visoko hitrostjo (do 10 Gbit / s in več), poleg tega pa bolje kot druge vrste prenosnih medijev zagotavlja zaščito podatkov pred zunanjimi motnjami.

Radijski kanali za prizemno in satelitsko komunikacijo ustvarja oddajnik in sprejemnik radijskih valov. Obstaja veliko število različnih vrst radijskih kanalov, ki se razlikujejo tako v uporabljenem frekvenčnem območju kot v razponu kanalov. Kratki, srednji in dolgi valovni pasovi (KB, MW in LW), imenovani tudi amplitudna modulacija (AM) po metodi modulacije signala, ki jo uporabljajo, zagotavljajo komunikacijo na dolge razdalje, vendar z nizko hitrostjo prenosa podatkov. Najhitrejši kanali so tisti, ki delujejo v pasovih ultrakratkih valov (VHF), za katere je značilna frekvenčna modulacija (frekvenčna modulacija, FM), pa tudi v mikrovalovnih pasovih (mikrovalovi). V mikrovalovnem območju (nad 4 GHz) zemeljska ionosfera ne odraža več signalov in za stabilno komunikacijo je potrebna odsek vidnosti med oddajnikom in sprejemnikom. Zato te frekvence uporabljajo bodisi satelitske kanale bodisi radijske relejne kanale, če je ta pogoj izpolnjen.

Skoraj vse opisane vrste fizičnih medijev za prenos podatkov se danes uporabljajo v računalniških omrežjih, najbolj obetavna pa so optična. Danes se uporabljajo kot podlaga za gradnjo avtocest velikih teritorialnih omrežij, pa tudi hitrih komunikacijskih linij lokalnih omrežij. Zvit par je tudi priljubljen medij, za katerega je značilno odlično razmerje med kakovostjo in ceno ter enostavnost namestitve. Kabli z zvitim parom se običajno uporabljajo za povezovanje končnih uporabnikov omrežij na razdaljah do 100 metrov od vozlišča. Satelitski kanali in radijske komunikacije se najpogosteje uporabljajo v primerih, ko kabelske komunikacije ni mogoče uporabiti - na primer pri prehodu kanala skozi redko poseljeno območje ali za komunikacijo z uporabnikom mobilnega omrežja, kot je voznik tovornjaka, zdravnik itd.