Классификация каналов связи.
Могут иметь различную физическую природу, поэтому для их классификации используется несколько признаков.
1) Физическая природа канала связи.
А) Оптические. Передают световой сигнал.
Б) Электромагнитные.
Обе категории могут быть проводными и беспроводными. Проводные используют для передачи сигнала проводниковые линии связи (электрические провода, кабели, световоды). Беспроводные – радиоканалы, инфракрасные каналы, т е использующие для передачи сигналов электромагнитные волны, распространяющиеся по эфиру.
2) Форма передаваемой информации.
А) Аналоговые. Сигналы представлены в непрерывной форме, то есть в виде непрерывного ряда значений какой-то физической величины.
Б) Цифровые. Информация представлена в виде дискретных сигналов той или иной физической природы.
3) Направление передаваемой информации.
А) Дуплексные. Позволяют вести передачу информации в прямом и обратном направлении.
Б) Симплексный. Позволяет передавать информацию только в одном направлении.
В) Полудуплексные каналы связи обеспечивают попеременную передачу данный в одном или другом направлении.
4) Пропускная способность каналов связи.
А) Низкоскоростные. Скорость передачи информации 50-500 бит/сек. Обычно это телеграфные каналы связи.
Б) Среднескоростные. 300 – 56000 бит/сек. Обычно это телефонные аналоговые линии связи.
В) Высокоскоростные. >56000 бит/сек.
5) Наличие коммутации.
А) Коммутируемые. Создаются из отдельных сегментов только на время передачи по ним информации. Только по окончании передачи по ним информации этот канал ликвидируется.
Б) Некоммутируемые. Создаются на длительное время, имеют постоянные характеристики по длине, пропускной способности, помехозащищенности.
Дисперсия сигнала. Длительность информационного сигнала по мере его распространения по линиям связи – увеличивается, поэтому сигналы, посылаемые с высокой частотой имеют тенденцию к слиянию, что приводит к затруднению их селекции. Таким образом дисперсия ограничивает максимальную длину передачи сигналов. Помеха – это непредсказуемое изменение сигнала, поступающего на вход приемника. Источниками помех могут быть например тепловое движение электронов в проводниках и изменение количества фотонов, излучаемых оптическим генератором или электромагнитные волны, которые генерируются другим источником и принимаются приемником. В отсутствии помех передачи информации сигналов возможна практически с той скоростью, которую определяет быстродействие приемопередающей аппаратуры.
Обычно по проводным линиям сигнал распространяется непрерывно вдоль распространяющейся среды. Для передачи электрических сигналов между двумя точками необходимо организовать замкнутую электрическую цепь. Сигналы по проводникам могут передаваться как в потенциальном, так и в токовом представлении. При потенциальном представлении информационным является уровень напряжения сигнала. Подобное представление может быть асимметричным и симметричным. При асимметричной передаче один из проводов назначается общим. Его потенциал относительно земли остается более или менее постоянным. Информационным является потенциал на сигнальном проводе относительно общего. При симметричной передаче (дифференциальной или балансной) оба провода равноправны, а информативна разность потенциалов между ними. Симметрия подразумевает совпадение характеристик цепей для обоих проводов. При токовом представлении информативно наличие или отсутствие тока или импульса в цепи. Все провода, используемые для передачи данных являются длинными линиями со всеми их характерными особенностями. Кабель имеет набор параметров, распределенных по всей его длине. Обычно это емкость и сопротивление изоляции между проводниками, и индуктивность и сопротивление проводников. Эти параметры определяют частотные характеристики кабеля, а также скорость распространения электрического сигнала вдоль линии. Каналы должны иметь нормированные частотные параметры. Волновое сопротивление (характеристический импеданс) зависит от геометрии проводников и диэлектрической проницаемости материала изоляции. С повышением частоты затухание увеличивается. Развитие событий после достижения конца некой линии зависит от импеданса нагрузки приемника. Если импеданс приемника совпадает с импедансом линии, то вся энергия поглотится приемником. При несовпадении импедансов приемника и линии, часть энергии или её часть отразится и вернется к источнику. В теории связи это получило название «линия звенит». Такие же процессы отражения происходят в местах с аномалией импеданса. Аномалии сигнала приводят к искажениям приема. Таким образом, кабель должен быть однородным. К аномалиям импеданса приводят нарушения геометрии проводников.
Лаб р: дана сеть на предприятии, необходимо разбить её на подсети, выделить сегменты для ip адресов + маршрутизаторы.
Первоначально протоколы методов доступа к сетям привязывались исключительно к определенному типу кабеля.
Коаксиальный кабель (co axis) – металл, который окружен изоляцией. Далее идет тонкий металлический экран. Ось кривизны экрана совпадает с осью кривизны внутреннего провода. Снаружи – пластиковое покрытие. Преимущества:
- Относительно высокая помехоустойчивость.
- Способность переносить сигналы на достаточно большое расстояние.
Классификация:
- толстый (1,27) – способен передавать данный на 500 метров; более сложное подключение.
- тонкий (0, 64) – способен передавать данный на 185 метров. Используется чаще. В свое время был стандартом для офисных систем. Скорость 10Мбит.
Стандарты:
RG 58 U – сплошная медная жила
RG 58 А/U – переплетенные проводники
RG 58 С/U – военный стандарт
RG 59, RG 6, RG 62 – телевизионный стандарт.
Витая пара – применялась раньше, чем коаксиальный кабель, однако использовалася только для передачи звуковых сигналов. Скорость – 100Мбит. Преимущества:
- дешевизна.
Неэкранированные витые пары (UTP) – обычно с проводниками из меди.
Подразделяется на 7 категорий (типов):
Категории |
Полоса частот |
1 |
0,1 |
2 |
1 |
3 |
16 |
4 |
20 |
5 |
100 |
5с |
125 |
6* |
200(256) |
7* |
600 |
Применение:
1) Аналоговая телефония – используется только для передачи речи (2 пары).
2) Цифровая телефония (ISDN) – 4 витых пары, скорость до 4 Мбит/с .
3) 10BaseT (Ethernet) – 4 витые пары, 9 витков на метр, скорость до 16 Мбит/с.
4) TokenRing – скорость до 20Мбит/сек (16Мбит/с).
5) 100BaseTX (FastEthernet) – 4 витых пары, скорость до 100Мбит/с.
5c) 1000BaseTX (Gigabit Ethernet).
Экранированные витые пары (STP) – может быть одна или несколько обмоток из фольги.
Типы:
1) Экранированная витая пара для компьютеров и модулей множественного доступа.
2) Витая пара для передачи речи и данных (4 витые пары).
3) Витая пара только для передачи речи (неэкранированные 4 витые пары).
5) Оптоволокно – 2 кабеля размерами 62,5х125мк,что является промышленным стандартом.
6) Коммутационный кабель – 2 витые пары с двойным слоем фольги и оплеткой.
7) Не определен.
8) Ковровый кабель.
9) Пленумный кабель – 2 экранированные пары, огнеупорный.
T4 – Счетверенная витая пара
TX – Сдвоенная витая пара
Скин-эффект – ток протекающий по проводам тяготеет к наружной поверхности этого провода, используя при этом меньшую часть поперечного сечения, что вызывает дополнительное затухание сигналов. На высоких частотах возрастают потери мощности сигналов, вызванные эффектом радиации электронов.
Оптическая передача. В основе лежит эффект полного внутреннего отражения луча, падающего на границу двух сред с различными показателями преломления. Световод представляет собой тонкий двуслойный стеклянный стержень, у которого показатель преломления внутреннего слоя больше, чем наружного, а потому если в торец такого стержня ввести световой луч под углом к оси, не превышающего некоторый критический угол, то луч будет полностью отражаться от поверхности раздела слоев и распространяться вдоль световода. При этом световод можно изгибать в определенных пределах, проходящий световой поток также будет изгибаться. В световодах управляемый источник света и фотодетектор образуют канал оптической передачи данных. В большинстве случаев световод пропускает свет, соответствующий видимому спектру и инфракрасному спектру. Потенциальная возможность достижения скорости передачи информации – 10Террабит/сек.
Оптоволокно в зависимости от траектории распространения света различают:
- одномодовое. Имеет диаметр сердцевины 8 или 9,5 микрометра при диаметре оболочки 125 микрометра.
- многомодовое. Имеет диаметр сердцевины 50 или 62,5 микрометра при таком диаметре оболочки или внутренний диаметр 100 мкм и оболочка 140 мкм.
Для того чтобы луч распространялся вдоль световода он должен входить в него под углом не более некоторого критического, то есть попадать в воображаемый входной конус. Синус этого критического угла есть числовая апертура (отверстие) световода. Многомодовое волокно имеет синус этого угла от 0,2 до 0,3, что соответствует углу 12-18 градусов от ости, а одномодовое – 7 градусов. Чем больше апертура, тем легче ввести луч в волокно, но увеличивается модовая дисперсия и сужается полоса пропускания.
Световоды, источники, приемники должны быть согласованы друг с другом. Световой луч, проходя по волокну, из-за явления дисперсии рассеивется, иными словами, пучок света размазывается.
3 вида дисперсии:
1) Модовая дисперсия. (из-за разности длин путей лучей с различными модами.
2) Спектральная дисперсия (волны с разной длиной распространяются в одной и той же среде с различной скоростью; поскольку источник излучает не одну волну, а спектр, лучи различной длины будет достигать приемника неодновременно).
3) Волноводная дисперсия (обусловлена разностью скоростей распространения волн по сердцевине и оболочке).
Источники излучения:
1) Светодиоды.
2) Полупроводниковые лазеры.
По количеству волокон:
1) Симплексные (одножильные).
2) Дуплексные (2 волокна).
3) Многожильные (от 4 до нескольких сотен).
Обычно применяют кабели наружной, внутренней и универсальной прокладки. Беспроводные линии связи используются в тех случаях. Когда требуется организовать оперативную связь с подвиными абонентами, или необходимо избежать затраты на прокладку кабельных линий. Беспроводные линии связи реализуются на основе наземной и спутниковой связи. Идеи беспроводной среды давно привлекала человечество. Основные компоненты беспроводной связи обеспечивают временное подключение к кабельной сисетме, гарантируют определенный уровень мобильности, позволяют снять ограничения на максимальную протяженность сети, накладываемые медными или оптоволоконными кабелями. Особенно полезна беспроводная связь для людей без постоянного рабочего места в изолированных помещениях и зданиях, в помещениях, где очень часто меняется планировка, и в строениях, где прокладка кабеля невозможна из-за физической окружающей среды.
Способы передачи в безпроводной среде:
1) Инфракрасное излучение.
2) Лазерное излучение.
3) Радиопередача в узком диапазоне (одночастотная передача).
4) Радиопередача в рассеянном спектре (на несеольких частотах).
5) Пакетное радиосоединение (данные делятся на пакеты, передаются на спутник, который транслирует их в широковещательном режиме).
6) Сотовые сети (сотовые цифровые пакеты данных, использует технологию сотовых телефонов).
7) Микроволновые системы.
Аппаратура передачи данных по радиолиниям включает в себя радиопередатчик и радиоприемник, который необходимо настроить на один и тот же радиоволновый диапазон. Часто такую аппаратуру передачи данных наывают просто радиоканалом. Скорости передачи данных по радиоканалу ограничиваюстя исключительно полосой пропускания приемопередающей аппаратуры. Беспроводные каналы обладают плохой помехозащищенностью, но обеспечивают максимальную мобильность.
120-400км |
Космическое пространство |
|
70км |
Ионосфера |
|
50 км |
40 км |
Стратосфера |
10-12 км |
Тропосфера |
|
Земля |
||
Считается, что плотные слои атмосферы заканчиваются на высоте 25 км.
Атмосферные шумы, доминируют на низких частотах вплоть до 2МГЦ. Ученые предложили понятие – галактический шум, т е нечто приходящее из вне.
Иногда необходима направленная антенна или прямая видимость между приемником и источником – канал «точка-точка». Возможно и многоточечное соединение. На аппаратном уровне здесь используется радиорелейное оборудование, радиомодемы.
При проектировании канала на основе радиорелейной связи следует учитывать возможность из взаимного влияния.
А – площадь направленной параболической антенны.
Л – длина несущей волны (лямбда).
G – усиление сигнала.
G = 4PiA/л2
Чем больше радиус угла излучения, тем больше усиление. Предельные расстояния для радиоканалов приводятся поставщиками в предложениях.
При ряде топологий каналов нужно по возможности выполнять требования на минимальное расстояние между принимающими антеннами. Оно должно быть больше определенного значения, зависящего от аппертуры антенны и расстояния между передатчиком и приемником. Это расстояние определяется расходимостью радиолуча и используемой длиной волны. Если это требование невыполнимо, следует в смежных каналах использовать разные длины волн.
Спутники.
Транспондер приема передач. Имеет определенную частоту. В сумме они позволяют сформировать поток данных до 50Мбит/сек. = 1600 высококачественных телефонных канала (по 32 Кбит/сек). Современные спутники используют узкоаппертурную технологию (VSAT). Такие терминалы используют антенны диаметром 1 метр с выходной мощностью около 1 Ватта. При этом канал к спутнику имеет пропускную способность более 19Кб\сек, а со спутника более 512Кбит/сек. Непосредственно такие терминалы не могут работать друг с другом, а только через спутник. Для этого используются наземные антенны с большим усилением, что увеличивает задержку. Для обеспечения постоянной коммуникации используются геостационарные спутники. Якобы, спутники работающие на одной и той же частоте должны быть разнесены как минимум по углу 2 градуса, следовательно число таких спутников не может быть больше 180. Реально орбита переполнена спутники разных частот и разной национальной принадлежности. Обычно спутники помещаются географической долготой, над которой они висят. Угловой размер восьмерки, должен укладываться в рабочую аппертуру антенны, в противном случае антенна должна иметь сервопривод, обеспечивающий автоматическое слежение за спутником. Из-за энергетических проблем телекоммуникационный спутник не может обеспечить высокий уровень сигнала, поэтому наземная антенна должна иметь большой диаметр, а приемная аппаратура – низкий уровень шума. Это особенно важно для северных областей, для которых угловое положение спутника над горизонтом невысока, а сигнал проходит толстый слой атмосферы и заметрно ослабляется. Спутниковые каналы могут быть рентабельны для областей отстоящих друг от друга более, чем на 500км. Правильный выбор спутника и его долготы может заметно снизить стоимость канала. Число позици спутников ограничено. Применяют низколетящие спутники, эти спутники движутся по эллиптическим орбитам и каждый из них не в состоянии гарантировать стационарный канал, но в совокупности эта система обеспечивает весь спектр услуг. Из-за малой высоты полета наземные станции могут иметь небольшие антенны и малую стоимость.
Лаб р 3 Маршрутизация в сетях windows.
<лекц>
Для повышения надежности передачи данных между компьютерами часто используется стандартный прием, который называется подсчет контрольной суммы и передача этой контрольной суммы по линиям связи или после каждого байта или после некоторого блока байтов. Часто в протокол обмена данными включается как обязательный элемент – сигнал-квитанция, который подтверждает или отрицает правильность приема данных и посылается от получателя отправителю. Задача надежного обмена сигналами данных в вычислительных сетях решаются определенным классом оборудования. В локальных сетях – это сетевые адаптеры или сетевые карты, в глобальных сетях – это аппаратура передачи данных, к которой относятся, например, устройства, выполняющие модуляцию и демодуляцию (модемы). Это оборудование кодирует и декодирует каждый информационный бит, проверяет правильность передачи по контрольной сумме. Сетевые адаптеры обычно рассчитываются на работу с определенной средой.
(рис)
Проблемы:
1) Сигнал передается через усилители и другие преобразователи. Передающая функция должна быть линейной насколько это возможно. Линейность означает то, что форма волны, передающей сигнал, сохраняет его характеристики на протяжении всего канала, однако это невозможно. Все дополнительные компоненты, включаемые в процесс передачи данных увеличивают нелинейность сигнала.
2) Шум в канале. Электрический сигнал представляет направленное движение электронов. Тепловой шум создается в проводах случайными движениями электронов. Шумы слышны в телефонных линиях. Особенно хорошо слышны в радиопередачах из-за некоторых атмосферных явлений.
3) Если сигнал записывается в некую запоминающую среду, например, ленту, диск, сама среда становится источником шума, например, шероховатость поверхности диска (размеры магнитных доменов).
4) Все сигналы ослабевают во времени передачи. Это ведет к тому, что приемник перестанет понимать, что за сигналы к нему пришли. Высококачественная среда с большими диаметрами проводников обычно смягчает этот эффект. Якобы цифровые системы передачи преодолевают эти проблемы, давая представление аналогового сигнала в виде двоичных образов. Экономически не выгодно подключать цифровую технику к аналоговым сетям. Необходимо строить дискретные сети связи и к их требованиям приспосабливать передаваемую информацию. В связис этим в мире появилось множество переходников: аналогово-дискретных и дискретно-аналоговых преобразователей.
Преимущества дискретных каналов связи:
1) Высокая помехоустойчивость, связанная с возможностью регенерации передаваемого сигнала и исправления ошибок в нем.
2) Экономичность, связанная с тем, что для передачи 0 или 1 не требуется высокое качество ретрансляторов.
3) Широкие возможности сжатия информации.
(рис)
Этими преобразованиями обычно занимаются импульсно-кодовые модемы. Шаги модулирования: съем значений, оцифровывание, кодирование. (Котельников-Найквист).
Если аналоговый сигнал отображается на регулярном интервале с частотой не менее, чем в 2 раза выше максимальной частоты исходного сигнала в канале, то отражение будет содержать информацию достаточную для восстановления исходного сигнала. Принятая частота – 8000 отображений в секунду. Это позволяет реконструировать канал с частотой 4кгц. Для того, чтобы увеличить надежность нужно увеличивать число отображений, для чего нужно увеличивать мощность ЭВМ и объем памяти.
Основными назначениями для модемов является согласование частотных характеристик данных с частотными характеристиками каналов связи. Дополнительные назначения:
1) Синхронизация
2) Контроль качества сигналов.
3) коррекция формы.
Характеристики возможностей модема:
1) Скорость передачи данных (низко, средне, высокоскоростные).
2) По типу модуляции (амплитудная, частотная, фазовая, комбинированная).
3) По методу передачи сигнала (синхронные и асинхронные).
4) По стыку с каналом связи они бывают последовательными и параллельными.
5) По способу работы (симплексные, полудуплексные, полнодуплексные).
В 1876 году Белл запатентовал телефон вместе с телефонной связью.
Бит-ориентированный метод.
Любой передаваемый кадр может содержать любое количество битов.
Передача с установлением соединением и без установления соединения.
При передаче на канальном уровне используют как дейтаграммные процедуры, так и процедуры с предварительным установлением логического соединения. При дейтограммной передаче кадр посылается в сеть без предупреждения и никакой ответственности за его утерю протокол не несет, но предполагается, что сеть всегда готова принять кадр. Дейтограммный метод работает быстро. Однако при таком методе очень трудно организовать отслеживание факта доставки кадра узлу назначения. Этот метод не гарантирует доставку пакета.
Передача с установлением соединения более надежна, но требует больше времени для передачи данных и вычислительных затрат от конечных узлов.
Этапы:
1) Запрос на установление соединения.
2) Прием запроса на установление соединения. 3) Подтверждение установления соединения.
4) Пересылка данных.
5) Подтверждение или отрицательное подтверждение пересылки файла (на основе контрольной последовательности кадров).
6) Запрос на разрыв соединения.
7) Подтверждение на запрос о разрыве соединения.
Процедура установления соединения может использоваться для различных вцелей, но в большинстве случаев для аутентификации пользователей и оборудования, для согласования протоколов, для обнаружения и коррекции ошибок. Большинство протоколов канального уровня выполняют только обнаружение ошибок, тем самым заставляют корректировать ошибки протоколы верхнего уровня. Но существуют протоколы канального уровня типа ДДС2б LAP-B, которые самостоятельно решают задачу восстановления искаженных и потерянных кадров. Для сетей, в которых искажения и потери кадров являются очень редкими событиями разрабатываются протоколы, в которых не предусматриваются процедуры устранения ошибок, а это требует от конечных узлов дополнительных sddsxbckbntkmys[ затрат. Если же искажения и потери в сети случаются довольно часто, то желательно на канальном уровне использовать протокол коррекции ошибок. Каждый протокол должен работать в тез условиях, для которых он разработан.
Методы обнаружения ошибок:
1) Усовершенствованное управление ошибками, при котором каждый переданный символ или кадр содержит дополнительную информацию, позволяющую приемному устройству не только установить наличие ошибки, но и сделать предположение о том, какой должна быть неискаженная информация.
2) Управление ошибками с обратной связью, при котором каждый символ или кадр содержит дополнительную информацию, достаточную для обнаружения тех случаев, когда поступившая информация содержит ошибку, после чего следует использовать повторную передачу с запросом о посылке ново не содержащей ошибок копии искаженной информации. В настоящее время на практике число дополнительных битов, обеспечивающих надежное управление ошибками, быстро растет.