В зависимост от средата за предаване на данни комуникационните линии се разделят на следните:

• жични (антени);
• кабел (меден и оптичен);
• радиоканали за наземна и сателитна комуникация.

Жични (въздушни) комуникационни линииса проводници без изолационна или екранираща оплетка, положени между стълбове и висящи във въздуха. Такива комуникационни линии традиционно пренасят телефонни или телеграфни сигнали, но при липса на други възможности, тези линии се използват и за предаване на компютърни данни. Качествата на скоростта и устойчивостта на шум на тези линии оставят много да се желае. Днес кабелните комуникационни линии бързо се заменят с кабелни линии.

Кабелни линииса доста сложни структури. Кабелът се състои от проводници, затворени в няколко слоя изолация: електрическа, електромагнитна, механична и също, вероятно, климатична. В допълнение, кабелът може да бъде оборудван с конектори, които ви позволяват бързо да свържете различно оборудване към него. Има три основни вида кабели, използвани в компютърните мрежи: медни кабели с усукана двойка, медни коаксиални кабели и оптични кабели.

Нарича се усукана двойка проводници усукана двойка.Усуканата двойка съществува в екранирана версия (екранирана усукана двойка, STP),когато двойка медни проводници е обвита в изолационен екран и е неекранирана (неекранирана усукана двойка, UTP),когато изолационната обвивка липсва. Усукването на проводниците намалява ефекта от външни смущения върху полезните сигнали, предавани по кабела. Коаксиален кабелима асиметричен дизайн и се състои от вътрешна медна жила и оплетка, отделена от сърцевината със слой изолация. Има няколко вида коаксиален кабел, различаващи се по характеристики и области на приложение - за локални мрежи, за глобални мрежи, за кабелна телевизия и др. Оптичен кабелсе състои от тънки (5-60 микрона) влакна, през които преминават светлинни сигнали. Това е най-висококачественият тип кабел - той осигурява предаване на данни с много висока скорост(до 10 Gbit/s и по-висока) и освен това, по-добре от другите видове медии за предаване, осигурява защита на данните от външни смущения.

Наземни и сателитни радио каналисе образуват с помощта на предавател и приемник на радиовълни. Има голям брой различни видоверадиоканали, които се различават както по използвания честотен обхват, така и по обхвата на канала. Лентите с къси, средни и дълги вълни (KB, CB и LW), наричани още ленти с амплитудна модулация (AM) след вида на използвания в тях метод за модулация на сигнала, осигуряват комуникация на дълги разстояния, но при ниска скорост на трансфер на данни. По-бързите канали са тези, работещи на ленти с ултракъси вълни (VHF), които се характеризират с честотна модулация (FM), както и на ленти с ултракъси вълни. високи честоти(микровълнова или микровълнова). В микровълновия диапазон (над 4 GHz) сигналите вече не се отразяват от йоносферата на Земята и стабилната комуникация изисква директна видимост между предавателя и приемника. Следователно се използват и такива честоти сателитни канали, или радиорелейни канали, където това условие е изпълнено.

В компютърните мрежи днес се използват почти всички описани видове физически медии за предаване на данни, но най-обещаващите са оптичните. Днес върху тях са изградени както опори на големи териториални мрежи, така и високоскоростни комуникационни линии на локални мрежи. Усуканата двойка също е популярна среда, характеризираща се с отлично съотношение качество-цена и лесен монтаж. Използвайки кабели с усукана двойка, крайните потребители на мрежи обикновено се свързват на разстояние до 100 метра от хъба. Сателитните канали и радиокомуникациите най-често се използват в случаите, когато не могат да се използват кабелни комуникации - например, когато каналът минава през слабо населен район или за комуникация с потребител на мобилна мрежа, като шофьор на камион, лекар, който прави обиколка и т.н.

Кабелът е доста сложен продукт, „състоящ се от проводници, слоеве екраниране и изолация. В някои случаи кабелът включва съединители, които свързват кабелите към оборудването. В допълнение, за да се осигури бързо повторно свързване на кабели и оборудване, различни електромеханични устройства, наречени напречни профили, напречни кутии или шкафове.

Компютърните мрежи използват кабели, отговарящи на определени стандарти, което прави възможно изграждането на мрежова кабелна система от кабели и свързващи устройства от различни производители. Днес най-често използваните стандарти в световната практика са следните.

• Американски стандарт EIA/TIA-568A, който е разработен съвместно от няколко организации: ANSI, EIA/TIA и Underwriters Labs (UL). Стандартът EIA/TIA-568 се основава на предишна версиястандарт EIA/TIA-568 и изменения към този стандарт TSB-36 и TSB-40A).
• Международен стандарт ISO/IEC 11801.
• Европейски стандарт EN50173.

Тези стандарти са близки един до друг и в много отношения налагат идентични изисквания към кабелите. Съществуват обаче и разлики между тези стандарти, например международният стандарт 11801 и европейският EN50173 включват някои видове кабели, които не са включени в стандарта EIA/TAI-568A.

Преди появата на стандарта EIA/TIA американският стандарт играеше основна роля кабелни категории системи Underwriters Labs, разработен съвместно с Anixter. По-късно този стандарт става част от стандарта EIA/TIA-568.

В допълнение към тези отворени стандарти много компании по едно време разработиха свои собствени стандарти, от които само един все още има практическо значение - стандартът на IBM.

При стандартизиране на кабелите е възприет независим от протокола подход. Това означава, че стандартът определя електрическите, оптичните и механичните характеристики, които трябва да бъдат удовлетворени от определен тип кабел или свързващ продукт - конектор, кръстосана кутия и т.н. Стандартът обаче не уточнява за какъв протокол е предназначен този кабел. Следователно не можете да закупите кабел за протокола Ethernet или FDDI, просто трябва да знаете какви видове стандартни кабели поддържат протоколите Ethernet и FDDI.

IN по-ранни версиистандартите определят само характеристиките на кабелите, без съединители. IN най-новите версиистандарти се появиха изисквания за свързващи елементи (документи TSB-36 и TSB-40A, които по-късно бяха включени в стандарта 568A), както и за линии (канали),представляващ типичен монтаж на кабелна система, състоящ се от кабел от работната станция до изхода, самия изход, главния кабел (до 90 m дълъг за усукана двойка), преходна точка (например друг изход или твърда кръстосана връзка ) и кабел към активното оборудване, като хъб или превключвател.

Ще се съсредоточим само върху основните изисквания към самите кабели, без да разглеждаме характеристиките на свързващите елементи и сглобените линии.

Кабелните стандарти определят доста характеристики, най-важните от които са изброени по-долу (първите две от тях вече бяха обсъдени в подробности).

Фокусът на съвременните стандарти е върху кабелите с усукана двойка и оптичните кабели.

Въпрос Еволюция на изчислителните системи

1) системи пакетна обработка:

1950 г. – появата на първите компютри.

Системите за пакетна обработка са изградени на базата на мейнфрейм - мощен и надежден универсален компютър. Потребителите разполагат с перфокарти, съдържащи данни и програмни команди, операторите въвеждат тези карти в компютъра и отпечатаните резултати се получават на следващия ден.

Максимизиране на ефективността на изчислителната мощност

Пренебрегване на интересите на потребителите

2)Многотерминална система

Разпределен вход/изход на данни.

Централизирана обработка.

1960 г.: поява на системи за споделяне на време с множество терминали.

LAN прототип.

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

Компютърни мрежи

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

Класификация на мрежите по териториален принцип

LAN - MAN - WAN

Глобални мрежи - Wide Area Networks (WAN).

Пренос на данни на стотици и хиляди километри

Хронологично се появява първи (50-те-60-те години)

Еволюира от телефонните мрежи

Първоначално бяха бавни и ненадеждни

Днес WAN:

Представляват пръстени или гръбнак

Основна скорост 2.5 Gbit/s

10-Gbit/s, 40-Gbit/s решения са често срещани

Прилагат се комплексни процедури за наблюдение и възстановяване на данни

Локални мрежи - Локални мрежи (LAN).

Съсредоточени в площ от 1-2 км.

Скорост до 10 Gbps

Широка гама от услуги

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

Столични мрежи (MAN)

Разстояния от няколко десетки километра

По-евтино в сравнение с WAN

Скорости на връзката 1-40 Gbit/s

Използва се за комбиниране на съществуващи LAN и свързване към WAN

Актуални тенденции

Глобалните мрежи са близки по качество до локалните

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

Въпрос. Седемслоен OSI модел.

Физически слой

Физическият слой определя електрическия, механичния, процедурния и

функционални характеристики на активиране, поддържане и деактивиране на физически канал между крайните системи. Спецификациите на физическия слой определят характеристики като нива на напрежение, синхронизиране на напрежението, скорости на физически трансфер на информация, максимални разстояния за трансфер на информация, физически съединители и други подобни характеристики. Единица данни:малко

Слой за връзка с данни

Слоят на връзката за данни осигурява надежден транзит на данни през физически канал. При изпълнението на тази задача нивото на връзката за данни се занимава с проблемите на физическото адресиране, топологията на мрежата, дисциплината на линията (как крайната система трябва да използва мрежовата връзка), известяване за неизправности, надлежно доставяне на блокове данни и контрол на информационния поток. Единица данни:Рамка

Мрежов слой

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

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

защото две крайни системи, желаещи да комуникират, могат да бъдат разделени от значително географско разстояние и множество подмрежи; мрежовият слой е домейнът за маршрутизиране. Протоколите за маршрутизиране избират оптимални маршрути през поредица от взаимосвързани подмрежи. Традиционните протоколи на мрежовия слой предават информация по тях

Маршрути. Единица данни:Пакет

Транспортен слой

Транспортният слой се занимава с въпроси като извършване на надежден транспорт на данни през мрежата. Като предоставя надеждни услуги, транспортният слой осигурява механизми за установяване, поддържане и надлежно прекратяване на виртуални вериги, откриване на транспортни грешки и системи за управление. информационен поток(за да се предотврати наводняването на системата с данни от друга система). Единица данни:Дейтаграма/блок от данни (дейтаграма)

Сесиен слой

Както показва името му, сесийният слой установява, управлява и прекратява сесии между задачите на приложението. Сесиите се състоят от разговор между два или повече изгледни обекта. Сесийният слой синхронизира диалога между обектите на представителния слой и управлява обмена на информация между тях. Слоят на сесията предоставя средствата за изпращане на информация, клас на обслужване и известия за изключения за проблеми в сесийния, презентационния и приложния слой. Единица данни:Съобщение

Представително ниво

Представителният слой е отговорен за гарантирането, че информацията, изпратена от приложния слой на една система, е четлива от приложния слой на друга система. Ако е необходимо, представителният слой превежда между множество формати за представяне на информация, като използва общ формат за представяне на информация.

Единица данни:Съобщение

Приложен слой

Приложният слой е OSI слой, който е най-близо до потребителя. Той се различава от другите слоеве по това, че не предоставя услуги на никой от другите OSI слоеве; въпреки това, той ги предоставя за приложни процеси, които са извън обхвата на OSI модела. Примери за такива приложни процеси включват програми за електронни таблици, програми за текстообработка, програми за банкови терминали и др.

Единица данни:Съобщение

Когато пакет с данни преминава през нива отгоре надолу, всяко ново ниво добавя свое собствено към пакета. официална информацияпод формата на заглавка и евентуално трейлър (информация, поставена в края на съобщението). Тази операция се нарича капсулиранеданни от най-високо ниво в пакет от по-ниско ниво

въпрос. Класификация на средствата за предаване на данни.

Под среда за предаване на данниразбират физическата субстанция, чрез която се предават електрически сигнали, използвани за прехвърляне на определена информация, представена в цифрова форма.

Естествената среда е средата, съществуваща в природата - Неестествена. – специално създадени (кабели и др.)

Естествени среди

- АтмосфераЕлектромагнитните вълни са най-широко използваните носители на информация в атмосферата.

- Радиовълни -електромагнитни вълни с честота под 6000 GHz (с дължина на вълната над 100 микрона).

- Инфрачервено лъчение и видима светлина (лазер)

Изградена средаОсновните видове кабели са: оптични, коаксиални и усукани двойки. В този случай и коаксиалният, и усуканата двойка използват метален проводник за предаване на сигнали, а оптичният кабел използва светлинен проводник, изработен от стъкло или пластмаса.

Коаксиален кабел

Важно предимство е способността му да предава много сигнали едновременно. Всеки такъв сигнал се нарича канал. Всички канали са организирани на различни честоти, така че не си пречат. Има широка честотна лента; това означава, че може да предава трафик при високи скорости. Освен това е устойчив на електромагнитни смущения и е способен да предава сигнали на големи разстояния.

усукана двойка

Кабел, в който изолирана двойка проводници е усукана с малък брой навивки на единица дължина. Усукването се извършва, за да се намалят външните смущения.

Предимства: по-тънък, по-гъвкав, по-лесен за монтаж, евтин.

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

силно затихване на сигнала.

Неекранирана усукана двойка (UTP)

CAT5 (честотна лента 100 MHz) - 4 двойки, до 100 Mbit/s при използване на 2 двойки и до 1000 Mbit/s при използване на 4 двойки, е най-разпространената мрежова среда, която все още се използва в компютърните мрежи.

Екранирана усукана двойка (STP)

Фолиева усукана двойка (FTP)

Екраниран с фолио усукана двойка (SFTP)

Свързана информация.

Различни критерии, като скорост на данните и цена, помагат да се определи най-подходящата среда за предаване на данни. Типът материал, използван в мрежата за осигуряване на връзки, определя параметри като скорост на трансфер на данни и обем на данните. Друг фактор, влияещ върху избора на тип среда за предаване на данни, е нейната цена.

За да се постигне оптимална производителност, е необходимо да се гарантира, че сигналът отслабва възможно най-малко при преминаване от едно устройство към друго. Затихването на сигнала може да бъде причинено от няколко фактора. Както ще бъде показано по-късно, много медии използват екраниране и технически решения, предотвратявайки затихването на сигнала. Използването на екраниране обаче увеличава цената и диаметъра на кабела, а също така усложнява монтажа му.

В допълнение, различни видове черупки могат да се използват в мрежови среди за пренос на данни. Обвивката, която е външното покритие на кабела, обикновено е изработена от пластмаса, незалепващо покритие или композитен материал. При проектирането на локална мрежа трябва да се помни, че кабел, положен между стени, в асансьорна шахта или преминаващ през въздуховода на вентилационна система, може да се превърне в факла, която допринася за разпространението на огъня от една част на сградата към друг. В допълнение, пластмасовата обвивка може да причини токсичен дим, ако се запали. За да се избегнат подобни ситуации, има съответните строителни норми, правила за пожар и безопасност, които уточняват видовете кабелни обвивки, които могат да се използват. Ето защо, когато се определя вида на средата за предаване на данни, която да се използва при създаване на локална мрежа, тези стандарти също трябва да се вземат предвид (заедно с фактори като диаметър на кабела, неговата цена и сложност на монтажа).

Видът на предавателната среда, използвана за създаване на мрежа, определя обема и скоростта на пренос на данни.

Слой за връзка с данни

Всички данни в мрежата се изпращат от източника и се придвижват към дестинацията. Функцията на физическия слой е да предава данни. След като данните бъдат изпратени, нивото на връзката за данни на референтния модел OSI осигурява достъп до мрежовата среда и физическо предаване в среда, която позволява на данните да намерят местоназначението си в мрежата. Слоят на връзката за данни също е отговорен за издаването на съобщения за грешка, отчитането на топологията на мрежата и контролирането на потока от данни.

В референтния модел OSI връзката за данни и физическите слоеве са съседни. Слоят на връзката за данни осигурява надежден транзит на данни през физическия слой. Това ниво използва адреса контрол на достъпа до медиите (MAC).Както беше посочено по-рано, нивото на връзката за данни се занимава с въпроси на физическо адресиране (за разлика от мрежово или логическо адресиране), мрежова топология, дисциплина на връзката (как крайната система трябва да използва мрежовата връзка), известяване за грешки, подреждане на кадри и информационен поток контрол. В допълнение, нивото на връзката използва MAC адреса като средство за указване на хардуер или адрес на връзка, което позволява на множество станции да споделят една и съща среда за предаване на данни и едновременно с това да се идентифицират уникално една друга. За да могат да се обменят пакети с данни между физически свързани устройства, принадлежащи към една и съща локална мрежа, всяко изпращащо устройство трябва да има MAC адрес, който може да използва като адрес на дестинация.

MAC адреси

Всеки компютър, независимо дали е свързан към мрежа или не, има уникален физически адрес. Няма два еднакви физически адреса. Физическият адрес (или MAC адрес) е твърдо кодиран на платката мрежов адаптер(фиг. 2.7).

Фигура 2.7. Физическият адрес на компютъра е защитен

на платката на мрежовия адаптер

По този начин в една мрежа мрежовата адаптерна карта е тази, която свързва устройството към средата за предаване на данни. Всяка мрежова адаптерна карта, която работи на слоя за връзка за данни на референтния модел на OSI, има свой собствен уникален MAC адрес.

В мрежа, когато едно устройство иска да изпрати данни на друго устройство, то може да установи комуникационен канал с това друго устройство, използвайки своя MAC адрес. Данните, изпратени от източника, съдържат MAC адреса на дестинацията.

Докато пакетът преминава през носителя на данни, мрежовите адаптери на всяко устройство в мрежата сравняват целевия MAC адрес, съдържащ се в пакета с данни, с неговия собствен физически адрес. Ако адресите не съвпадат, мрежовият адаптер игнорира пакета и данните продължават към следващото устройство.

Ако адресите съвпадат, мрежовият адаптер прави копие на пакета с данни и го поставя на ниво връзка за данни на компютъра. След това оригиналният пакет данни продължава да се движи през мрежата и всеки следващ мрежов адаптер извършва подобна процедура за сравнение.

Мрежови адаптери

Мрежовите адаптери преобразуват пакетите данни в сигнали за предаване по мрежата. По време на производството производителят присвоява на всеки мрежов адаптер физически адрес, който се въвежда в специален чип, инсталиран на адаптерната платка. В повечето мрежови адаптери MAC адресът е програмиран в ROM. Когато адаптерът се инициализира, този адрес се копира на RAMкомпютър. Тъй като MAC адресът се определя от мрежовия адаптер, когато адаптерът се смени, физическият адрес на компютъра също ще се промени; той ще съответства на MAC адреса на новия мрежов адаптер.

Например, нека си представим хотел. Нека освен това приемем, че стая 207 има ключалка, която може да се отвори с ключ A, а стая 410 има ключалка, която може да се отвори с ключ F. Взето е решение да се сменят ключалките в стаи 207 и 410. След промяната, ключ A ще отвори стая 410, а ключ F ще отвори стая 207. B В този пример ключалките играят ролята на мрежови адаптери, а ключовете играят ролята на MAC адреси. Ако адаптерите се разменят, MAC адресите също ще се променят.

Резюме

Функцията на физическия слой е да предава данни.

За свързване на компютри могат да се използват няколко типа носители за предаване на данни.

Коаксиален кабел, състоящ се от външен цилиндричен кух проводник, обграждащ единичен вътрешен проводник.

Неекраниран кабел с усукана двойка, използван в много мрежи и състоящ се от четири двойки проводници, усукани заедно.

Екраниран кабел с усукана двойка, който съчетава техники за екраниране, потискане на шума и усукване на проводници.

Оптичният кабел е носител, който може да пренася модулиран светлинен сигнал.

Различни критерии, като скорост на данните и цена, могат да се използват за определяне на най-подходящия тип комуникационна среда.

Слоят на връзката за данни на референтния модел OSI осигурява достъп до средата за предаване на данни и самия физически трансфер на данни, при който данните имат способността да определят местоположението на получателя в мрежата.

Слоят на връзката за данни осигурява надежден транзит на данни през физически комуникационен канал.

Това ниво използва MAC адрес - физически адрес, информацията за който се намира на платката на мрежовия адаптер.

Мрежовите адаптери преобразуват пакетите данни в сигнали, които се изпращат към мрежата.

Всеки адаптер получава физически адрес от производителя.

Въпроси за сигурност

1. Какви са имената на всички материали, които осигуряват физически връзки в мрежа?

A. Приложна среда.

Б. Учебна среда.

4.1.Основни видове кабелни и безжични среди за пренос на данни

Днес повечето от компютърни мрежиизползва се за свързване на проводници и кабели. Те действат като предавателна средасигнали между компютрите. Най-често срещаните: коаксиален кабел, усукана двойка, оптичен кабел. Безжичното предаване на данни обаче постепенно навлиза в живота ни. Терминът "безжична среда" може да бъде подвеждащ, тъй като предполага пълна липса на кабели. В действителност това не е така. Обикновено безжичните компоненти взаимодействат с мрежа, където основната среда за предаване е кабелът. В локалните мрежи те се оказват най-полезни: - в стаи, пълни с хора (приемна и др.);-за хора, които не работят на едно място (лекар, брокер и др.); - в изолирани помещения и сгради (склад, гараж и др.);- в сгради (архитектурни или исторически паметници), където полагането на допълнителни кабелни трасета е неприемливо.

За

безжично предаване

използват се данни: инфрачервено и лазерно лъчение, радиопредаване и телефония. Тези методи за предаване на данни в компютърни мрежи, както локални, така и глобални, са привлекателни, защото: - гарантират

определено ниво

мобилност;

В обозначението на кабелите съгласно стандарта IEEE 802.3 първите две цифри са скоростта на предаване в Mbit/s, base показва, че кабелът се използва в мрежи с теснолентово предаване (baseband network), последната цифра е ефективната дължина на сегмента в стотици метри, при които нивото на затихване на сигнала остава в приемливи граници. Слимът се свързва директно с мрежови карти чрез Т-конектор (фиг. 4.2), дебел - чрез специално устройство - трансивър (фиг. 4.3).

Има обикновени и пленум коаксиални кабели. Последните имат подобрени механични и противопожарни характеристики и могат да се монтират под пода, между окачения таван и тавана. Когато избирате този тип кабел за LAN, трябва да имате предвид, че: 1) това е среда за предаване на реч, видео и двоични данни; 2) ви позволява да предавате данни на дълги разстояния; 3) това е добре позната технология, която предлага достатъчно ниво на защита на данните.

4.1.2.Усукана двойка

Ако използвате обикновена двойка паралелни проводници за предаване на електрически сигнали за предаване на редуващ се списък с висока честота, тогава магнитните потоци, възникващи около един от тях, ще причинят смущения в другия (фиг. 4.4). За да се елиминира това явление, проводниците са усукани заедно (фиг. 4.5).

Най-простият усукана двойка - това са два изолирани проводника, усукани един около друг. Има два вида такъв кабел: - неекранирана усукана двойка (UTP); - екранирана усукана двойка (STP). Често няколко усукани двойки се поставят в една задържане(като телефонен кабел). Най-често срещаният неекраниран кабел с усукана двойка в LAN е стандартът 10 baseT с ефективна дължина на сегмента от 100 m, 5 категории са дефинирани въз основа на UTP (Таблица 4.2). Таблица 4.2

Категории кабелни връзки на неекранирана усукана двойка

4.1.3. Компоненти на кабелната система

При изграждане на разработена LAN кабелна система и за улесняване на работата с нея се използват следните компоненти: ·Концентратори. За свързване на кабел с усукана двойка към компютър се използва телефонен конектор RJ-45, който се различава от използваните в модерни телефонии RJ-11 факсове, тъй като има 8 контакта вместо 4. · Разпределителни стелажи и рафтове, които ви позволяват да организирате много връзки и заемат малко място. · Пач панели. Има различни удължителни панели. Те поддържат до 96 порта и скорост на трансфер до 100 Mbps. · Конектори. Единични или двойни обороти RJ-45 за свързване към разширителен панел или стенни контакти. Осигуряват скорости до 100 Mbit/s. ·Стенни контакти, към които могат да се свържат два или повече конектора. Предимството на използването на компоненти на LAN кабелна система е, че те могат да се използват за изграждане на мрежи с различни топологии. Една от опциите за използване на компоненти на LAN кабелна система може да изглежда подобно на показаното на фиг. 4.6.

Фиг. 4.6. Използване на компоненти на LAN кабелна система.

При разработване на топология и изграждане на специфични локални мрежи се препоръчва да се използва усукана двойкав случаите, когато: - има ограничения на материалните разходи, когато LAN организации; - трябва достатъчно лесен монтаж, при който свързването на компютри е проста операция. Трябва да избягвате използването на усукана двойка, ако искате да сте абсолютно сигурни в целостта на данните, предавани на големи разстояния при високи скорости. В тези случаи използването на оптичен кабел е по-надеждно.

4.1.4. Оптичен кабел

При оптичния кабел цифровите данни се движат по оптичните влакна под формата на модулирани светлинни импулси, а не на електрически сигнали. Следователно той не може да бъде отворен и данните не могат да бъдат прихванати. Предаването по оптичен кабел не е подложено на електрически смущения и се осъществява при изключително високи скорости (до 100 Mbit/s, а теоретично е възможно до 200 Mbit/s). Основата на кабела е оптично влакно - тънък стъклен цилиндър (сърцевина), покрит със слой стъкло, наречен обвивка и имащ индекс на пречупване, различен от този на сърцевината (фиг. 4.7).

Всяко стъклено влакно предава сигнали само в една посока, така че кабелът се състои от две влакна с отделни конектори (фиг. 4.8). Твърдостта се осигурява от пластмасовото покритие, а здравината се осигурява от кевларени влакна. Оптичният кабел се препоръчва да се използва: - при предаване на данни на дълги разстояния с висока скорост по надеждна преносна среда. Не се препоръчва за употреба: - когато е ограничен пари в брой; - при липса на умения за инсталиране и правилно свързване на оптични мрежови устройства.

4.2 Теснолентов и широколентов пренос на сигнал

В съвременните компютърни мрежи най-разпространени са двете най-разпространени технологии за предаване на кодирани сигнали по мрежов кабел: -теснолентов пренос на сигнал; -широколентов пренос на сигнал. Теснолентов (бейсбенд) системите предават данни под формата на цифров сигнал с една честота (фиг. 4.9).

ориз. 4.9. Теснолентово предаване.

Сигналите са дискретни електрически или светлинни импулси. При този метод целият капацитет на комуникационния канал се използва за предаване на един сигнал или, с други думи, цифровият сигнал използва цялата честотна лента на кабела. Ширината на честотната лента е разликата между максималните и минималните честоти, които могат да се предават по кабела. Всяко устройство в такива мрежи изпраща данни в двете посоки, а някои могат да изпращат и получават данни едновременно. Широколентов достъп системите предават данни под формата на аналогов сигнал, който използва определен честотен диапазон (фиг. 4.10). Сигналите са непрекъснати (а не дискретни) електронни или оптични вълни. При този метод сигналите се предават през физическата среда в една посока. Ако е осигурена необходимата честотна лента, множество сигнали (например кабелна телевизия, телефон и данни) могат да се предават едновременно по един мрежов кабел.

ориз. 4.10. Широколентов пренос

На всяка преносна система е разпределена част от честотната лента. Всички устройства (включително компютри) са конфигурирани да работят с частта от честотната лента, разпределена за тях. В широколентова система сигналът се предава само в една посока. За да може да приема и предава, всяко устройство трябва да осигурява два пътя на сигнала. За да направите това можете: - да използвате два кабела; - разделете честотната лента на кабела на два канала, които работят на различни честоти: единият канал за предаване, другият за приемане.

4.3. Кодиране на сигнала

Данните, съхранявани в компютъра и предавани между тях по LAN, се представят в цифров вид (фиг. 4.11). всеки информационно съобщение(пакет) е низ от битове, съдържащи кодирана информация.

Тъй като кабелът съдържа само две проводими жила, само един бит информация може да бъде предаден през него във всеки даден момент (серийно предаване на данни). 1.За широколентово предаванеПреди да бъдат предадени по мрежов кабел, компютърните цифрови данни се преобразуват в аналогов носещ сигнал със синусоидална форма: u = U*sin(wt+w) Това преобразуване се нарича модулация. В зависимост от това кой от параметрите на даден сигнал се променя, се разграничават три вида модулация: амплитудна, честотна и фазова. Нека разгледаме две от тях. Амплитудната модулация (AM) използва носещ сигнал с постоянна честота (W0). За предаване на бит със стойност "1" се предава вълна с носеща честота. Липсата на сигнал означава предаване на бит "0", т.е.

Честотната модулация (FM) използва носещ сигнал с две честоти. В този случай бит "1" е представен от сигнала на носещата честота W1, а бит "0" от честотата W2, т.е.:

Обратният процес - процесът на преобразуване на аналогов сигнал в цифрови данни на компютър, който приема предавания към него модулиран сигнал, се нарича демодулация. 2. За теснолентово предаванеИзползва се биполярен дискретен сигнал. В този случай кодирането на цифрови данни в цифров сигнал в мрежовия адаптер на предаващия компютър се извършва директно. Най-простият и най-често използван е кодирането метод без връщане към нула (NRZ - Non Return to Zero),в който бит "1" е представен от положително напрежение (H - високо ниво), а бит "0" е представен от отрицателно напрежение (L - ниско ниво). Тоест сигналът винаги е над или под нулево напрежение, откъдето идва и името на метода. Илюстрация на описаните методи за кодиране на сигнала е показана на фиг. 4.12.

ориз. 4.12. Опции за кодиране на сигнала.

И при предаването на аналогов, и при цифров сигнал, ако последователните битове са равни (и двата „0“ или и двата „1“), тогава е трудно да се каже кога единият завършва и кога започва другият. За да се реши този проблем, приемникът и предавателят трябва да бъдат синхронизирани, т.е. времевите интервали трябва да се броят еднакво. Това може да стане или чрез въвеждане на допълнителна линия за предаване на тактови импулси (което не винаги е възможно и също е скъпо), или чрез използване на специални методи за предаване на данни: асинхронно или автоматично настройване.

4.4.Асинхронно предаване и автонастройка

При ниски скорости на предаване на сигнала се използва методът на асинхронно предаване, при високи скорости е по-ефективно да се използва методът за автоматична настройка. И предавателят, и приемникът са оборудвани с тактови генератори, работещи на една и съща честота. Невъзможно е обаче те да работят абсолютно синхронно, затова трябва периодично да се настройват. Подобно на обикновен часовник, който трябва периодично да се сверява. За асинхронно предаване Генераторите се синхронизират в началото на предаването на всеки пакет (или байт) данни и се предполага, че през това време няма да има разминаване между генераторите, което да причини грешки при предаването. В този случай се приема, че всички пакети са с еднаква дължина (например байтове). Синхронизацията на тактовия генератор на приемника се постига чрез: -преди всеки пакет (байт) се изпраща допълнителен “стартов бит”, който винаги е равен на “0”; -в края на пакета се изпраща още един допълнителен “стоп бит”, който винаги е равен на “1”. Ако не се предават данни, комуникационната линия е в състояние "1" (неактивно състояние). Началото на предаване предизвиква преход от "1" към "0", което означава началото на "началния бит". Този преход се използва за синхронизиране на осцилатора на приемника. Нека обясним този процес с времева диаграма (фиг. 4.13):

При предаване с автоматична настройка Използва се манчестърският кодиращ метод, при който: - тактовият генератор на приемника се синхронизира при предаване на всеки бит; - и следователно можете да изпращате пакети с всякаква дължина. Синхронизирането на сигнала за данни се постига чрез осигуряване на преход от ниво "H" към ниво "L" или обратно, в средата на всеки бит за данни (фиг. 4.14). Тези преходи служат за синхронизиране на часовника на приемника. Битовете на данните са кодирани: "0" - по време на прехода "L" към "H" и "1" - по време на прехода "H" към "L"

Ако не се предава информация, няма преходи по линията за данни и тактовите генератори на предавателя и приемника не са съгласувани. При този тип кодиране преходите се случват не само в средата на всеки бит данни, но и между битовете, когато два последователни бита имат една и съща стойност. След прекъсване на линията е необходима предварителна синхронизация на генератора, което се постига чрез изпращане фиксирана битова последователност(преамбюл и готови части). Например, можете да използвате осембитов преамбюл: 11111110, където първите 7 бита се използват за първоначална синхронизация, а последният се използва за информиране на приемника, че преамбюлът е приключил, т.е. ще последват битове с данни.

4.5. Платка за мрежов адаптер (CA)

Мрежовата адаптерна карта действа като физически интерфейсили връзка между компютър и мрежов кабел. Картите се поставят в слотовете за разширение на системната шина на всички мрежови компютри и сървъри. Предназначение на мрежовата адаптерна карта: - подготовка на данни, идващи от компютъра, за предаване по мрежов кабел; -прехвърляне (или получаване) на данни към друг компютър; -контрол на потока от данни между компютъра и кабелната система. 1. Подготовка на данни.Платката на мрежовия адаптер получава паралелни данни, циркулиращи по системната шина, и ги организира за серийно (бит по бит) предаване. Този процес завършва с преобразуване на цифровите данни на компютъра в електрически или оптични сигнали, които се предават по мрежови кабели. Трансивърът е отговорен за това преобразуване. 2. Мрежов адрес.В допълнение към преобразуването на данни, платката на CA трябва да предостави своя адрес, така че да може да бъде разграничена от другите платки. На всеки производител на CA се присвоява определен диапазон от адреси от стандарта IEEE. Производителите „флашват“ тези адреси в чипа на платката. Благодарение на това всеки SA и следователно всеки мрежов компютърима уникален адрес в мрежата. Когато се прехвърлят, данните от паметта на компютъра през системната шина влизат в CA. Те обикновено пристигат по-бързо, отколкото CA картата може да ги предаде, така че трябва да има буфер за временно съхранение. Това ви позволява да съпоставите скоростта на трансфер на шина без загуба на производителност или повреда на данните. 3. Трансфер и управление на данни.Преди да изпрати данни по мрежата, CA бордът провежда „електронен диалог“ с приемащия CA, по време на който те „договарят“: - максималния размер на предавания блок данни; - количеството предадени данни без потвърждение за получаване; -интервали между блокови предавания; -количеството данни, които СО може да получи без препълване; - скорост на трансфер на данни. Всеки УО извършва всички тези действия в строго определена последователност в съответствие със строго определени правила, които се наричат ​​протоколи и ще бъдат разгледани подробно по-долу. 4. Мрежови кабели и конектори.Всеки тип кабел има различни мрежови характеристики, с които CA трябва да отговаря. Следователно CA платките са проектирани да работят с определен тип кабел (коаксиален, усукана двойка и др.). Някои CA могат да съдържат множество типове конектори за различни физически среди.

В зависимост от средата за предаване на данни комуникационните линии се разделят на следните:

• · жични (антени);
• · кабел (меден и оптичен);
• · радиоканали за наземна и сателитна комуникация.

Комуникационните линии също се различават по физическата среда, която използват за предаване на информация.

Физическата среда за предаване на данни може да бъде набор от проводници, по които се предават сигнали. На базата на такива проводници се изграждат жични (въздушни) или кабелни комуникационни линии (фиг. 2). Земната атмосфера или космическото пространство също се използва като среда, през която се разпространяват информационните сигнали. В първия случай говорим за кабелна среда,а във втория - около безжичен.

В съвременните телекомуникационни системи информацията се предава с помощта на електрически токили напрежение, радиосигнали или светлинни сигнали - всичко това физически процесипредставляват колебания електромагнитно полеразлични честоти.

ориз. 2. Видове медии за предаване на данни

Жични (въздушни) комуникационни линии Те са проводници без изолационни или екраниращи оплетки, положени между стълбовете и висящи във въздуха. Днес кабелните комуникационни линии бързо се заменят с кабелни линии. Но на места те все още са запазени и при липса на други възможности продължават да се използват за предаване на компютърни данни.

Кабелни линии имат доста сложен дизайн.

Кабелът се състои от проводници, затворени в няколко слоя изолация: електрическа, електромагнитна, механична и също, вероятно, климатична. В допълнение, кабелът може да бъде оборудван с конектори, които ви позволяват бързо да свържете различно оборудване към него. Има три основни вида кабели, използвани в компютърните мрежи: кабели, базирани на усукани двойки медни проводници (Unshielded Twisted Pair, UTP) и екранирани усукани двойки (Shielded Twisted Pair. STP), коаксиални кабели с медна сърцевина и кабели с оптични влакна .

Наземни и сателитни радио каналисе образуват с помощта на предавател и приемник на радиовълни. Има голям брой различни видове радиоканали, които се различават както по използвания честотен диапазон, така и по обхвата на канала. Лентите с къси, средни и дълги вълни (KB, MW и LW), наричани още ленти с амплитудна модулация (AM) въз основа на типа метод на модулация на сигнала, използван в тях, осигуряват комуникация на дълги разстояния, но при ниска скорост на трансфер на данни. Най-бързите канали са тези, работещи в ултракъсовълновия (VHF) диапазон, който се характеризира с честотна модулация (FM), както и в свръхвисокочестотния диапазон (микровълни). Свръхвисокочестотните ленти (Ulira High Frequency. UHF) също се използват за предаване на данни. наричани още микровълнови ленти (над 300 MHz). В микровълновия диапазон (над 4 GHz) сигналите вече не се отразяват от йоносферата на Земята и стабилната комуникация изисква директна видимост между предавателя и приемника. Следователно такива честоти се използват или от сателитни канали, или от радиорелейни канали, където това условие е изпълнено.

И компютърните мрежи днес използват почти всички описани видове физически носители за предаване на данни. Добри възможности предоставят оптичните кабели, които имат широка честотна лента и ниска чувствителност към смущения. Днес те се използват за изграждане както на гръбнаците на големи териториални и градски мрежи, така и на високоскоростни локални мрежи. Усуканата двойка също е популярна среда, характеризираща се с отлично съотношение качество-цена, както и с лекота на инсталиране. Безжичните канали се използват най-често в случаите, когато не могат да се използват кабелни комуникационни линии - например, когато каналът преминава през рядко населен район или за комуникация с потребители на мобилна мрежа.

Оборудване за предаване на данни

Както е показано на фиг. 1. Комуникационните линии се състоят не само от предавателна среда, но и от оборудване. Дори в случай, че комуникационната линия не минава през основната мрежа, а е базирана на кабел, оборудването за предаване на данни е включено.

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

Потребителско оборудване на комуникационна линия, което генерира данни за предаване по комуникационната линия и е свързано директно към оборудването за предаване на данни, се нарича общо терминално оборудване за данни(OOOD или DTE - Терминално оборудване за данни). Пример за DTE са компютри или LAN рутери. Това оборудване не е включено в комуникационната линия. Съществуват няколко стандартни интерфейса за свързване на DCE устройства към DTE устройства (т.е. компютри или комутатори/рутери). Тези устройства работят на малки разстояния едно от друго, обикновено няколко метра.

Междинно оборудване

• · подобряване качеството на сигнала;

INаналогови линии

В цифровите комуникационни линии предаваните сигнали имат краен брой състояния. По правило елементарен сигнал, т.е. сигнал, предаван в един тактов цикъл на предавателното оборудване, има 2, 3 или 4 състояния, които се възпроизвеждат в комуникационните линии чрез импулси или правоъгълни потенциали. С помощта на такива сигнали се предават както компютърни данни, така и цифровизирана реч и изображения (именно благодарение на идентичния начин на представяне на информация от съвременните компютърни, телефонни и телевизионни мрежи стана възможно появата на първични мрежи, общи за всички). Цифровите комуникационни линии използват специално междинно оборудване - регенератори, които подобряват формата на импулсите и възстановяват периода им на повторение. Междинното оборудване за мултиплексиране и комутиране на първични мрежи работи на принципа на мултиплексиране с разделяне по време (TDM). кодиращ сигнал на комуникационно оборудване

Характеристики на комуникационните линии

Видове характеристики и методи за определянето им

Основните характеристики на комуникационните линии включват:

• · амплитудно-честотна характеристика;
• · честотна лента;
• · затихване;
• · шумоустойчивост;
• · преслушване в близкия край на линията;
• · пропускателна способност;
• · надеждност на предаването на данни;
• · цена на единица продукция.

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

Междинно оборудванеобикновено се използва на комуникационни линии на дълги разстояния. Междинното оборудване решава два основни проблема:

• · подобряване качеството на сигнала;
• · създаване на постоянен съставен комуникационен канал между два абоната на мрежата.

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

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

Използването на мултиплексори - демултиплексори (MUX) дава възможност за предаване на голям брой (няколко хиляди) нискоскоростни телефонни канали в един основен кабел.

INаналогови линии междинното оборудване е предназначено да усилва аналогови сигнали, тоест сигнали, които имат непрекъснат диапазон от стойности. Аналоговият подход обикновено използва техники за мултиплексиране с честотно разделяне (FDM).

В цифровите комуникационни линии предаваните сигнали имат краен брой състояния. По правило елементарен сигнал, т.е. сигнал, предаван в един тактов цикъл на предавателното оборудване, има 2, 3 или 4 състояния, които се възпроизвеждат в комуникационните линии чрез импулси или правоъгълни потенциали. С помощта на такива сигнали се предават както компютърни данни, така и цифровизирана реч и изображения (именно благодарение на идентичния начин на представяне на информация от съвременните компютърни, телефонни и телевизионни мрежи стана възможно появата на първични мрежи, общи за всички). Цифровите комуникационни линии използват специално междинно оборудване - регенератори, които подобряват формата на импулсите и възстановяват периода им на повторение. Междинното оборудване за мултиплексиране и комутиране на първични мрежи работи на принципа на мултиплексиране с разделяне по време (TDM).

Спектрален анализ на сигнали по комуникационни линии

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

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

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

ориз. 4. Спектрално разлагане на идеален импулс

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

ориз. 5.

Комуникационната линия изкривява предаваните сигнали поради факта, че нейните физически параметри се различават от идеалните. Например, медните проводници винаги представляват някаква комбинация от активно съпротивление, капацитивен и индуктивен товар, разпределен по дължината. В резултат на това за синусоиди с различни честоти линията ще има различни импеданси, което означава, че те ще се предават по различен начин. Оптичният кабел също има отклонения, които пречат на светлината да се разпространява перфектно. Ако комуникационната линия включва междинно оборудване, тогава тя също може да въведе допълнително изкривяване, тъй като е невъзможно да се създадат устройства, които еднакво добре да предават целия спектър от синусоиди, от нула до безкрайност.

В допълнение към изкривяванията на сигнала, въведени от вътрешните физически параметри на комуникационната линия, има и външни шумове, които допринасят за изкривяване на формата на сигнала на изхода на линията. Тази намеса се създава от различни електродвигатели, електронни устройства, атмосферни явления и др. Въпреки защитните мерки, взети от разработчиците на кабели и усилвателна и превключваща техника, не е възможно напълно да се компенсира влиянието на външните смущения. Следователно сигналите на изхода на комуникационната линия обикновено имат сложна форма, от която понякога е трудно да се разбере каква дискретна информация е била подадена на входа на линията.