ЛОКАЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ ЛЕКЦИЯ 3 АГТУ КАФЕДРА «СВЯЗЬ» Ст. преподаватель ГОЛОВАЧЁВ Д.Н.

Технические средства передачи сигнала (кабели, линии связи, каналы)

3 Канал - channel - средство или путь, по которому передаются сигналы либо данные.

4 Логический канал передачи данных. Современная технология передачи данных обеспечивает по одному физическому каналу одновременное взаимодействие нескольких пар абонентов, которые ведут передачу данных не зависимо друг от друга. Путь, по которому данные передаются от источника к адресату определяется логическим каналом. Логический канал может использовать частотную полосу, либо интервалы времени, выделенные в физическом канале для передачи данных между двумя абонентами.

5 Логический канал передачи данных. Для организации логических каналов связи применяют аппаратуру каналообразования (или уплотнение линии). По каждой электрической цепи, состоящей из двух проводов, обеспечивают связь не одной паре абонентов (или компьютеров), а сотням или тысячам: по одной коаксиальной паре в междугородном кабеле может быть образовано до каналов тональной частоты (0,3 3,4 КГц) или почти столько же цифровых, с пропускной способностью 64 Кбит/с. Обычно в уже построенной линии связи число логических каналов наращивают постепенно, иногда - несколько лет.

6 По способу работы каналов различают: симплексную связь Рисунок 4. Виды каналов по способу передачи. При симплексной связи данные всегда перемещаются в одном направлении, как показано сплошными линиями. При этом не исключается возможность передачи в противоположном направлении подтверждений со стороны приемного конца, которые показаны штриховыми линиями. Симплексная передача широко используется в телевидении, радиовещании и телеметрии. 2-хпроводный канал.

7 По способу работы каналов различают: полудуплексную связь Рисунок 4. Виды каналов по способу передачи. Термин "полудуплексная связь", означает попеременное применение симплексной связи то в одном, то в другом направлении. Он был введен специалистами по вычислительной технике, а затем распространен на системы связи. Такой тип передачи экономически целесообразен при взаимодействии партнеров типа "запрос-ответ", когда перед ответом необходимо время обработки запроса. Например, при работе в системе клиент-сервер, при обращении к базе данных. При полудуплексной связи данные передаются в обоих направлениях, но попеременно. 2-хпроводный канал.

8 По способу работы каналов различают: дуплексную связь Рисунок 4. Виды каналов по способу передачи. При дуплексной связи данные передаются в обоих направлениях одновременно. Кроме того, передаются подтверждения, показанные штриховыми линиями. Дуплексная связь требует четырехпроводного канала. Здесь, одновременно, по одной витой паре сигналы направляются в одну, а по другой паре - в обратную сторону. Дуплексный канал используется в тех случаях, когда требуется высокая пропускная способность. 4-хпроводный канал.

9 Типы каналов В сетях с маршрутизацией данных выделяют два типа каналов: абонентские каналы и магистральные каналы. Первые подключают в сеть абонентские терминалы, а вторые соединяют друг с другом узлы коммутации. В зависимости от использования модуляции различают основоположные каналы, узкополосные каналы и широкополосные каналы. В беспроводных сетях используются радиоканалы и инфракрасные каналы.

10 Линии передачи. Конструкция любой системы передачи в основном определяется свойствами среды распространения сигналов, которой обычно являются различные линии передачи. Причина процентов отказов в системах связи, в том числе и в компьютерных сетях, - неисправности проводки (линий связи). По длине различают два больших класса линий передачи: линии большой протяженности, используемые как тракты передачи в системах связи, линии малой протяженности, используемые для соединения аппаратуры внутри узлов и между узлами.

11 Типы линий передач. В качестве среды передачи, в зависимости от типа сигналов между элементами сети, используются следующие линии: 1. коаксиальный кабель 2. витая пара 3.волоконно-оптический кабель 4. распространение электро- магнитных волн в свободном пространстве.

12 Типы линий передач. 1,2. Подземные кабельные (симметричная - 1, коаксиальная - 2); 3. Подводная кабельная (волоконно- оптическая); 4. Радиорелейная; 5. Спутниковые; 6. Космическая (различный цвет радиолучей означает различные частоты).

13 Линии передачи (среды). Кабель - cable - один либо группа изолированных проводников, заключенных в герметическую оболочку.

14 Линии передачи (среды). Существует два основных вида медных кабелей связи : симметричные и коаксиальные. Название они получили по структуре направляющей, на базе которой сконструированы. Симметричные кабели в своей основе имеют скрученную пару (витую пару), которая в кабелях связи применяется уже более 100 лет. Коаксиальные кабели в качестве базовой направляющей используют коаксиальную пару (иногда говорят - коаксиал), применяемую в кабелях связи с 30-х годов нашего века. С середины 70-х все более широко применяется оптоволокно в виде оптических кабелей.

15 Коаксиальный кабель. В коаксиальном кабеле сигнальному и заземляющему проводам придают форму сплошного центрального проводника, проходящего концентрически (коаксиально-соосно) внутри сплошного (или плетеного) внешнего кругового проводника. В идеале пространство между двумя проводниками должно быть заполнено воздухом, но на практике оно обычно заполняется диэлектрическим изолирующим составом, имеющим сплошную или ячеистую структуру. Благодаря такой структуре внутренний проводник эффективно защищен от внешних помех. Коаксиальный кабель может успешно использоваться в диапазоне скоростей передачи сигналов от 10 до 20 Мбит/с на расстояния в несколько сотен метров.

16 Кабели для систем телеинформатики в зданиях. С развитием компьютерных сетей требования к кабелям связи для помещений резко возросло. Ранее в информационных сетях потоки не превышали десятков-сотен килобит в секунду и легко передавались по достаточно простым кабелям. Последние несколько лет потоки скачкообразно возросли до 100 Мбит/с, и рост продолжается. Для компьютерных сетей в зданиях используют коаксиальные кабели и витую пару.

17 Коаксиал Из коаксиальных для локальных сетей Ethernet используют кабели типа RG-58 (RG-58 A/U, RG 58 C/U), с диаметром по изоляции около 3 мм. Но их применяют все реже. Важнейшие характеристики коаксиала - волновое сопротивление и добротность. Во всех распространенных компьютерных сетях применяются кабели сопротивлением 50 Ом, в отличии от 75 Ом телевизионных антенн. В зависимости от добротности различают тонкий и толстый коаксиал, которые различаются по предельной длине сегмента: для тонкого кабеля она равена 180 метрам, для толстого м.

18 Коаксиал Основной недостаток сегмента компьютерной сети, выполненного на коаксиальном кабеле его линейная топология. Если при таком соединении выходит из строя какой-либо участок в сегменте, то неработоспособным оказывается весь сегмент полностью. Для объединения двух линейных участков (разветвления) сети и усиления (удлинения) используется специальное устройство, называемое репитером (repeater).

19 Витая пара Лучшая защищенность от ложных сигналов (помехоустойчивость), может быть обеспечена в результате скручивания пары проводов. Такие два провода называют витой парой. Всякое внешнее воздействие влияет на оба провода, и поэтому искажение (или изменение) разности сигналов снижается. Если несколько скрученных пар заключены в один кабель, то скручивание каждой пары внутри кабеля еще более ослабляет воздействие, вызванное взаимными наводками. Для горизонтальных проводок чаще всего используют четырехпарный неэкранированный кабель из неэкранированных витых пар - так называемый UTP-кабель. Он выпускается для низкоскоростных приложений (Категории 3) и высокоскоростных (Категории 5).

20 Витая пара Наиболее распространенная витая пара скручена из медных проводников диаметром 0,5 мм. Скручивают пары с различными шагами, обычно от 100 до 10 мм. Чем выше категория пары, тем короче шаги скрутки. В многопарном кабеле длина шага скрутки у разных пар разная. Изоляция из полиэтилена, поливинилхлорида, фторопласта. Волновое сопротивление таких пар, как правило, 100 Ом. Важнейшие характеристики витой пары это помехозащищенность и толщина проводов (затухание). Помехозащищенность выражается в классе, например, кабель класса 3 или 5. Большинство кабелей городской телефонной сети на сегодня относятся к классу 3. При прокладке локальных компьютерных сетей используются преимущественно кабели пятого класса.

21 Витая пара Предельная длина соединения по витой паре 100 метров и при этом оно дуплексное - передача и прием разъединены и идут по отдельным парам. Топология соединения точка-точка, а для разветвления и усиления сигнала используется специальное устройство - хаб (hub) - концентратор. Витая пара оканчивается специальным восьмиконечным разъемом RJ-45. Для его установки требуется специальный зажим. При обжимке его провода зачищать не надо. Витая пара в настоящее время почти полностью вытеснила коаксиальный кабель. Концентратор

22 Телеинформационные подсистемы внутри здания.

23 Оптоволоконный кабель. Есть только два широких класса кабелей для передачи информации электрические и оптические. В начале 70-х годов, после многолетних и трудоемких поисков, было создано волокно с потерями света при передаче менее 20 дБ/км. В последнее десятилетие массово строят морские и океанские межматериковые оптические линии, причем Россия принимает в этом деле достаточно большое участие, чему наилучший пример Транссибирская оптическая магистраль. Оптические кабели используют и для прокладки высокоскоростных компьютерных сетей внутри зданий и на территориях.

24 Оптоволоконный кабель. Типичный световод состоит из сердцевины и оболочки. У сердцевины показатель преломления чуть больше, чем у оболочки, из-за чего световой луч испытывает практически полное внутреннее отражение на границе сердцевина-оболочка. Выполняется и сердцевина, и оболочка из кварцевого стекла. Поверх световода обычно накладывают несколько слоев защитных покрытий, улучшающих его механические и оптические характеристики. Световод со всеми этими покрытиями называют оптическим волокном. Делают световоды из полимерных материалов.

25 Конструкция сложного оптического кабеля. Голый световод плохо переносит внешние воздействия изгибы, растяжения, влагу, и поэтому его покрывают защитными материалами (лаками, пластиками), окружают кевларовыми волокнами. В таком виде оптоволокно уже можно помещать в кабель - теперь оно может противостоять внешним воздействиям. При конструировании кабеля принимают еще дополнительные меры по защите волокон: помещают оптические волокна в толстые пластиковые трубки, рядом укладывают упрочняющие стальные и пластмассовые стержни, а весь внутренний объем кабельной оболочки часто заполняют гидрофобным (водоот- талкивающим) материалом или толстыми и прочными пучками пластиковых волокон.

26 Оптоволоконный кабель. Существует два основных типа оптического волокна: многомодовое, одномодовое. Для связи на короткие расстояния чаще всего используют многомодовые волокна - они проще в монтаже и эксплуатации. На дальние расстояния употребляют одномодовые волокна - они имеют значительно меньшее затухание и уменьшенную дисперсию светового импульса, хотя их сложнее и монтировать, и эксплуатировать.

27 Оптоволоконный кабель многомодовый. Диаметр сердцевины у многомодовых волокон в десятки раз превышает длину волны передаваемого излучения, из-за чего по волокну распространяется несколько типов волн (мод). Окна прозрачности кварца, из которого изготовлены световоды, находятся в области длин волн 0,85; 1,3; 1,55 мкм, а стандартные диаметры сердцевины многомодовых волокн 50 и 62,5 мкм. Для компьютерных сетей в здании используют многомодовые волокна. Оптический кабель для прокладки в зданиях.

28 Оптоволоконный кабель одномодовый. У одномодового волокна диаметр сердцевины мкм (стандарт АТ&Т-8,3 мкм). Одномодовым волокно называют условно. Чтобы по волокну передавалась только одна мода, размер сердцевины должен быть еще меньше. Диаметр оболочки световода мкм. Пример - кабель UD с диэлектрическим армированием используется для внешней прокладки благодаря сочетанию диэлектрической конструкции, малого удельного веса и механической прочности. Наполненная гелем внутренняя трубка позволяет разместить до 20 волокон. Трубка окружена армированным слоем из специальных диэлектрических пластин, которые покрыты общим внешним экраном. UD

29 Параметры сигнала в оптическом волокне. Параметр "затухание" характеризует ослабление мощности светового потока при передаче по оптическому волокну. Он измеряется в дБ/км. Дисперсия импульса - это его "размывание" при распространении по оптоволокну. Вначале высокий и стройный, импульс при передаче оседает и толстеет. Если два импульса расположены рядом, то по мере прохождения по волокну из-за дисперсии они наползают друг на друга и в конце концов перестают различаться. Дисперсия импульса зависит от затухания, микронеоднородностей, микротрещин, от внутренней структуры материала световода и других факторов.

30 Параметры сигнала в оптическом волокне. Световые импульсы образуются при модуляции источника излучения лазера или светодиода. Для передачи от источника к волокну очень важна апертура, т.е. действующий раскрыв на входе световода. Апертура зависит от размера сердцевины волокна и от согласования источника с оптоволокном. При неудачном согласовании лишь небольшая доля мощности от передатчика попадает в световод, а остальная энергия отражается. Наоборот, если апертура хорошо согласована с источником, то такое сочетание очень эффективно: вся энергия попадает в световод.