Тема 5

Рассматриваемые вопросы Сигнал Линии связи Физическая среда передачи данных Сетевое оборудование

Сигнал Для существования и распространения информация должна быть обязательно связана с какой-либо материальной основой Сигнал - изменение характеристики носителя, которое используется для представления информации

Форма представления сигнала Непрерывный (аналоговый) сигнал - параметр сигнала может принимать любое значение в пределах некоторого интервала Дискретный сигнал - параметр сигнала может принимать конечное число значений в пределах некоторого интервала Z t Z(t)Z(t) Z t Z(t)Z(t)

Кодирование сигнала Представление данных в виде электрических или оптических сигналов называется кодированием Модуляция – это метод изменения дискретной информации в аналоговый синусоидальный сигнал определенной частоты 0 Потенциальное кодирование Импульсное кодирование Модуляция 1 11

Любой сигнал неразрывно связан с определенной материальной системой, называемой системой передачи информации Источник сообщение Передатчик сигнал Канал связи сигнал + помехи Приёмник сообщение Получатель Помехи

Линии связи Линия связи – это физическая среда, которая используется для распространения сигналов в нужном направлении Каналом связи называют средства односторонней передачи данных временное мультиплексирование (TDM – Time Division Method) – разделение по времени, при котором каждому каналу выделяется некоторый интервал времени частотное мультиплексирование (FDM – Frequency Division Method) – разделение по частоте, при котором каналу выделяется некоторая полоса частот

Передача данных в информационных системах методы последовательной передачи данных асинхронная передача синхронная передача методы пакетной коммуникации датаграммный виртуальных соединений

Асинхронная передача – каждый символ передаётся отдельной посылкой Преимущества: несложная отработанная система и недорогое интерфейсное оборудование Недостатки: часть пропускной способности теряется на передачу служебных битов; невысокая скорость передачи; при множественной ошибке с помощью бита чётности невозможно определить достоверность полученной информации ## Стартовые биты Передаваемый символ Бит чётности Стоповый бит

Синхронная передача – данные передаются блоками Преимущества: высокая эффективность передачи данных; высокие скорости передачи данных и надёжный встроенный механизм обнаружения ошибок Недостатки: более сложное и более дорогое интерфейсное оборудование #### Биты синхронизации Поле данных (передаваемые символы) Код обнаружения ошибки Символ окончания передачи

Датаграммный метод 3, 2, 1 2, 3, 1 3, 1 2 А В

Виртуальный метод А В 3, 2, 1, ЗВ

Методы модуляции Амплитудная модуляция Частотная модуляция Фазовая модуляция Дифференциально -фазовая модуляция

Характеристики линии связи 1. амплитудно-частотная характеристика 2. полоса пропускания 3. затухание 4. помехоустойчивость 5. пропускная способность 6. достоверность передачи данных 7. удельная стоимость

Представление периодического сигнала суммой синусоид T 2 4 3

При передаче импульсных сигналов искажаются низкочастотные и высокочастотные гармоники, в результате фронты импульсов теряют свою прямоугольную форму Импульс на входе линии связи Импульс на выходе линии связи

Амплитудно-частотная характеристика показывает, как затухает амплитуда синусоиды на выходе линии связи по сравнению с амплитудой на её входе для всех возможных частот передаваемого сигнала. Полоса пропускания – это непрерывный диапазон частот, для которого отношение амплитуды выходного сигнала к входному превышает некоторый заранее заданный предел (обычно 0,5). Затухание определяется как относительное уменьшение амплитуды или мощности сигнала при передаче по линии сигнала определённой частоты Частота, Гц Полоса пропускания Отношение амплитуд А выход /А вход 0 1 0,5

Пропускная способность определяет максимальное количество информации, передаваемое в единицу времени без потерь и искажений. Помехоустойчивость линии определяет её способность уменьшать уровень помех, создаваемых во внешней среде, на внутренних проводниках. Достоверность передачи данных характеризует вероятность искажения для каждого передаваемого бита данных Полоса пропускания Гармоники сигнала

Классификация каналов связи механические акустические оптические электрические По физической природы линий связи проводные беспроводные В вычислительных сетях аналоговые цифровые По форме представления передаваемой информации симплексные полудуплексные дуплексные В зависимости от возможных направлений передачи информации коммутируемые некоммутируемые По способу создания

Физическая среда передачи данных Физическая среда является основой, на которой строятся физические средства соединения: эфир металлы оптическое стекло кварц

Спектр используемых для связи частот Название диапазонаЧастотаДлина волны Высокочастотный (ВЧ) – HF3-30 МГц100-10м Сверхвысокочастотный (СВЧ) – VHF МГц6-3 м Ультравысокочастотный (УВЧ) – UHF МГц75-30 см Микроволновый3* Гц10 см - 3 мм Миллиметровый Гц3 мм - 0,3 мм Инфракрасный *10 14 Гц0,3 мм - 0,5 мкм

Диапазоны часто, используемые различными каналами связи

Кабели коаксиальныйвитая параоптоволоконный

Все виды кабелей можно разделить на несколько классов КлассПрименение AПередача голоса и данных в диапазоне частот до 100 кГц BПередача данных в диапазоне до 1 МГц CПередача данных в диапазоне до 16 МГц DПередача данных в диапазоне до 100 МГц EПередача данных в диапазоне до 200/250 МГц FПередача данных в диапазоне до 600 МГц

Коаксиальный кабель 1. центральный провод (жила) 2. изолятор центрального провода 3. экранирующий проводник (экран) 4. внешний изолятор и защитная оболочка

Соединение тонкого коаксиального кабеля Подсоединение тонкого коаксиального кабеля к сетевой карте Подсоединение согласующего резистора

Витая пара

Виды витой пары Витая пара неэкранированнаяэкранированная с общим экраном из фольги с двойным экраном из оплетки и фольги с индивидуальной экранировкой каждой пары и общим защитным экраном

Неэкранированная витая пара КатегорияПрименение 1Телефонный кабель 2передача данных со скоростью до 4 Мбит/с. Устарел 3передача данных со скоростью до 10 Мбит/с. 4передача данных со скоростью до 16 Мбит/с. 5передача данных со скоростью до 100 Мбит/с 6передача данных со скоростью до 1 Гбит/с. 7передача данных со скоростью до 10 Гбит/с.

Экранированная витая пара

Соединение витой пары с сетевым оборудованием производится при помощи 8-контактных разъема RJ-45

Волоконно-оптический (оптоволоконный) кабель

Типыоптических волокон Мода – это одна из возможных траекторий, по которой может распространяться свет в волокне Одномодовый вид волокна воспринимает меньшую долю света на входе, зато обеспечивает минимальное искажение сигнала и минимальные потери амплитуды Многомодовые вид волокон Одномодовый вид волокон

Свойства оптоволоконного кабеля Обеспечивает очень высокую пропускную способность Обеспечивает передачу на значительные расстояния без промежуточного усиления сигнала Внешнее воздействие помех практически отсутствует Обладает высоким уровнем безопасности Высокая надёжность (вероятность ошибки не превышает )

Соединители для оптических волокон

Мультиплексирование с делением по длине волны в оптическом волокне Общее волокно Волокно 1 Волокно 2 Волокно 4 Волокно 3 λ 1 + λ 2 λ1λ1 λ1λ1 λ2λ2 λ2λ2

Основные характеристики средств проводной связи Показатели Среда передачи данных Витая пара Коаксиальный кабель (тонкий) Оптоволоконный кабель ЦенаНевысокаяОтносительно высокая Высокая НаращиваниеОчень простоеПроблематичноПростое Защита от прослушивания НезначительнаяХорошаяВысокая Проблемы с заземлением НетВозможныНет Восприимчивость к помехам Существует Отсутствует Максимальная длина 100 м185 м (до 500 м)> 50 км Скорость передачи данных до 1000 Мбит/с10 Мбит/с (до 50 Мбит/с) несколько Гбит/с

Беспроводная связь Спутниковые системы Системы мобильной связи Прикладной протокол радиосвязи (Wireless Application Protocol – WAP) Bluetooth Беспроводные локальные сети общего доступа (Public Wi-Fi access) Инфракрасное излучение

Спутниковые системы Современные спутники используют узкоапертурную технологию передачи (VSAT – Very Small Aperure Terminals)

Структура системы спутниковой связи включает следующие составляющие: космический сегмент (нескольких спутников- ретрансляторов) наземный сегмент (центр управления системой, центр запуска космического аппарата, командно- измерительные станции, центр управления связью и шлюзовые станции) Пользовательский сегмент (абонентские спутниковые терминалы) наземные сети связи

Орбитальная группировка глобальной системы спутниковой связи Низкоорбитальная (десятки спутников, высота орбит км) Среднеорбитальная (10-12, высота орбит которых 5-15 тыс. км) Геостационарные спутники (несколько спутников, висящие над экватором на высоте км)

Системы мобильной связи Идея появилась в США в начале 1970-х годах Реализация началась в 1980-е годах в Европе В 1982 году Европейская конференция почтовой и электросвязи (CEPT) сформировала Рабочую группу по проблемам мобильной телефонии (Groupe Special Mobile – GSM), чтобы она разработала общеевропейский стандарт в данной области

В сети GSM выделяются четыре главные компоненты мобильная станция (телефон) базовая станция, которая осуществляет радиосвязь с мобильной станцией сеть и подсистема переключения, который исполняет переключение запросов между мобильным телефоном и другими стационарными или мобильными пользователями сети, так же как управление мобильными услугами система операционной поддержки, которая наблюдает за надлежащим действием и настройками сети

В технологии GSM пользователи должны использовать в телефоне Карту идентификации подписчика (Subscriber Identity Module Cards – SIM- карта)

Пакетная радиослужба общего назначения (General Packet Radio Service – GPRS) представляет собой службу передачи данных, предназначенную для сетей GSM даёт почти мгновенную установку IP- соединения и позволяет при этом проводить расчеты за услуги на основе количества переданных данных, а не времени связи

Прикладной протокол радиосвязи (Wireless Application Protocol – WAP) представляет собой глобальный стандарт и не контролируется какой-либо одной компанией Bluetooth является технологией, которая для портативных устройств обеспечивает дешевую радиосвязь Беспроводные локальные сети общего доступа (Public Wi-Fi access). В начале 2000 года было обнаружено, что если установить приёмопередатчик на высокой мачте и использовать специальные наружные маршрутизаторы и мосты беспроводных сетей Ethernet, то можно расширить беспроводную сеть от здания к зданию, и таким образом увеличить охват (до м) В инфракрасных системах для переноса данных используется очень высокие частоты. Для прохождения инфракрасных сигналов требуется прямая видимость

Сетевое оборудование 1. Аппаратура передачи данных 2. Оконечное оборудование данных 3. Промежуточная аппаратура

Промежуточная аппаратура обычно используется на линиях связи большой протяженности и решает две основные задачи 1. улучшение качества сигнала 2. создание постоянного составного канала связи между двумя абонентами сети

Сетевой адаптер это периферийное устройство компьютера, непосредственно взаимодействующее со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами

Модемы это устройство для обмена информацией с другими компьютерами через телефонные сети

Для повышения помехоустойчивости и повышения скорости связи большинство модемов реализуют алгоритмы (протоколы), разделяемые на четыре группы 1. модуляции 2. обнаружения/коррекции ошибок 3. сжатия данных 4. передачи файлов

Коммуникационные устройства Повторитель (repeater) Концентратор (hub) Коммутатор (switch) Структурированная кабельная система (SCS – Structured Cabling System) Коммутационная панель (кросс-панель, патч- панель) Мост (bridge) Маршрутизатор (router) Шлюз (gateway)

Повторитель (repeater) физически соединяет различные сегменты кабеля локальной сети и передаёт сигналы из одного сегмента сети в другой, улучшая его качества, позволяя тем самым преодолеть ограничения на длину линий связи

Концентратор (hub) представляет собой устройство для соединения нескольких компьютеров в локальную сеть, являясь её центральным соединительным узлом и обеспечивая подключение других сетевых устройств

Коммутатор (switch) устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента

коммутатор способен работать в дуплексном режиме и разрешать возникающие на портах коллизии коммутатор хранит в памяти таблицу, в которой указывается соответствие МАС- адреса, что позволяет локализовать трафик, и тем самым повысить пропускную способность сети

Структурированная кабельная система это набор коммутационных элементов (кабелей, разъёмов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также методика их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в вычислительных сетях

Коммутационная панель (кросс- панель, патч-панель) панель с множеством соединительных разъёмов, расположенных на лицевой стороне панели

Мост (bridge) это программно-аппаратный комплекс, который соединяет локальные сети между собой, а также локальные сети и удаленные рабочие станции, позволяет им взаимодействовать друг с другом для расширения возможностей сбора и обмена данными Мосты могут соединять сети с одинаковыми протоколами взаимодействия, одинаковыми типа среды передачи и одинаковой структурой адресации

Мосты применяются в следующих случаях 1. разделение больших сетей на подсети с целью увеличения быстродействия и уменьшения стоимости линий связи МОСТ

2. расширение физических возможностей сети МОСТ

3. объединение сетей в интерсеть МОСТ

Маршрутизатор (router) это устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и на её основании пересылает данные в сеть назначения

В отличие от моста, который не знает, как связаны сегменты друг с другом за пределами его портов, маршрутизатор видит всю картину связей подсетей друг с другом, поэтому он может выбрать правильный маршрут при наличии нескольких альтернативных маршрутов Маршрутизаторы могут объединять не только локальные сети с различной технологией, но и локальные сети с глобальными Маршрутизаторы не только объединяют сети, но и надёжно защищают их друг от друга

Шлюз (gateway) соединяет сети с разными протоколами, преобразуя проходящие через них сигналы Мосты, маршрутизаторы и шлюзы в вычислительных сетях – это, как правило, выделенные компьютеры со специальным программным обеспечением и дополнительной аппаратурой

Средства спутниковой связи Схема оборудования радиоканала передачи данных Антенна ТрансиверМодемАдаптер Сетевой интерфейс Локальная сеть

В спутниковых системах передачи данных широко используются зеркальные антенны разных типов Зеркальными называются антенны, у которых поле в их раскрыве формируется в результате отражения электромагнитной волны от поверхности специального рефлектора (зеркала)