«Локальные информационные сети»




Название«Локальные информационные сети»
страница3/12
Дата публикации05.03.2013
Размер1.37 Mb.
ТипКонспект
uchebilka.ru > Информатика > Конспект
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

^ 3 ФИЗИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ
3.1 Среды передачи информации

Средой передачи информации называются те линии связи (или каналы связи), по которым производится обмен информацией между компьютерами. В подавляющем большинстве компьютерных сетей (особенно локальных) используются проводные или кабельные каналы связи, хотя существуют и беспроводные сети [6].

Информация в локальных сетях чаще всего передается в последовательном коде, то есть бит за битом. Понятно, что такая передача медленнее и сложнее, чем при использовании параллельного кода.

Передача на большие расстояния при любом типе кабеля требует сложной передающей и приемной аппаратуры: для этого надо формировать мощный на передающем конце сигнал и детектировать слабый сигнал на приемном конце. При последовательной передаче для этого требуется всего один передатчик и один приемник. При параллельной же передаче количество передатчиков и приемников пропорционально разрядности используемого параллельного кода. Поэтому даже при разработке сети незначительной длины (порядка десятка метров) чаще всего все равно выбирают последовательную передачу.

Правда, в некоторых высокоскоростных локальных сетях все-таки используется параллельную передачу по 2-4 кабелям, что позволяет при заданной скорости передачи применить более дешевые кабели с меньшей полосой пропускания, но допустимая длина кабелей при этом не превышает сотни метров. Примером может служить сегмент 100BASE-T4 сети Fast Ethernet.

Промышленностью выпускается огромное количество типов кабелей, например, крупнейшая кабельная фирма Belden предлагает более 2000 их наименований. Все выпускаемые кабели можно разделить на три большие группы:

- кабели на основе витых пар проводов (twisted pair), которые делятся на экранированные (shielded twisted pair, STP) и неэкранированные (unshielded twisted pair, UTP);

- коаксиальные кабели (coaxial cable);

- оптоволоконные кабели (fiber optic).

Каждый тип кабеля имеет свои преимущества и недостатки, так что при выборе типа кабеля надо учитывать как особенности решаемой задачи, так и особенности конкретной сети, в том числе и используемую топологию. В настоящее время действует стандарт на кабели EIA/TIA 568 (Commercial Building Telecommunications Cabling Standard), принятый в 1995 году и заменивший все действовавшие ранее фирменные стандарты.

^ 3.1.1 Кабели на основе витых пар

Витые пары проводов используются в самых дешевых и на сегодняшний день, самых популярных кабелях. Кабель на основе витых пар представляет собой несколько пар скрученных изолированных медных проводов в единой диэлектрической (пластиковой) оболочке. Он довольно гибкий и удобный для прокладки.

Обычно в кабель входит две витые пары или четыре витые пары. Неэкранированные витые пары характеризуются слабой защищенностью от внешних электромагнитных помех, а также слабой защищенностью от прослушивания c целью, например, промышленного шпионажа. Перехват передаваемой информации возможен как с помощью контактного метода (посредством двух иголочек, воткнутых в кабель), так и с помощью бесконтактного метода, сводящегося к радиоперехвату излучаемых кабелем электромагнитных полей. Для устранения этих недостатков применяется экранирование.

В случае экранированной витой пары STP каждая из витых пар помещается в металлическую оплетку-экран для уменьшения излучений кабеля от внешних электромагнитных помех и снижения взаимного влияния пар проводов друг на друга (crosstalk - перекрестные наводки). Естественно, экранированная витая пара гораздо дороже, чем неэкранированная, а при ее использовании необходимо применять и специальные экранированные разъемы, поэтому встречается она значительно реже, чем неэкранированная витая пара.

Основные достоинства неэкранированных витых пар - простота монтажа разъемов на концах кабеля, а также простота ремонта любых повреждений по сравнению с другими типами кабеля. Все остальные характеристики у них хуже, чем у других кабелей. Например, при заданной скорости передачи затухание сигнала (уменьшение его уровня по мере прохождения по кабелю) у них больше, чем у коаксиальных кабелей, а из-за низкой помехозащищенности линии связи на основе витых пар применяются, как правило, довольно короткими (обычно в пределах 100 метров). В настоящее время, витая пара используется для передачи информации на скоростях 100 Мбит/с и ведутся работы по повышению скорости передачи до 1000 Мбит/с.

Витые пары используются для передачи данных в одном направлении, то есть в топологиях типа «звезда» или «кольцо». Топология «шина» обычно ориентируется на коаксиальный кабель.

^ 3.1.2 Коаксиальные кабели

Коаксиальный кабель представляет собой электрический кабель, состоящий из центрального провода и металлической оплетки, разделенных между собой слоем диэлектрика и помещенных в общую внешнюю оболочку.

Коаксиальный кабель до недавнего времени был распространен наиболее широко, что связано с его высокой помехозащищенностью (благодаря металлической оплетке), а также более высокими, чем в случае витой пары с допустимыми скоростями передачи данных (до 500 Мбит/с) и большими допустимыми расстояниями передачи (до километра и выше). К нему труднее механически подключиться для несанкционированного прослушивания сети, он также дает заметно меньше электромагнитных излучений во вне. Однако монтаж и ремонт коаксиального кабеля существенно сложнее, чем витой пары, а стоимость его выше (он дороже примерно в 1,5-3 раза по сравнению с кабелем на основе витых пар). Сложнее и установка разъемов на концах кабеля. Поэтому его сейчас применяют реже, чем витую пару.

Основное применение коаксиальный кабель находит в сетях с топологией типа «шина». При этом на концах кабеля обязательно должны устанавливаться терминаторы для предотвращения внутренних отражений сигнала, причем один (и только один!) из терминаторов должен быть заземлен. Без заземления металлическая оплетка не защищает сеть от внешних электромагнитных помех и не снижает излучение передаваемой по сети информации во внешнюю среду. Но при заземлении оплетки в двух или более точках из строя может выйти не только сетевое оборудование, но и компьютеры, подключенные к сети. Терминаторы должны быть обязательно согласованы с кабелем, то есть их сопротивление должно быть равно волновому сопротивлению кабеля. Например, если используется 50-омный кабель, для него подходят только 50-омные терминаторы.

Существует два основных типа коаксиального кабеля:

- тонкий (thin) кабель, имеющий диаметр около 0,5 см, более гибкий;

- толстый (thick) кабель, имеющий диаметр около 1 см, значительно более жесткий. Он представляет собой классический вариант коаксиального кабеля, который уже почти полностью вытеснен более современным тонким кабелем.

Типичные величины задержки распространения сигнала в коаксиальном кабеле составляют для тонкого кабеля около 5 нс/м, а для толстого около 4,5 нс/м.

В настоящее время считается, что коаксиальный кабель устарел, в большинстве случаев его вполне может заменить витая пара или оптоволоконный кабель.

^ 3.1.3 Оптоволоконные кабели

Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель – это принципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными двумя типами электрического или медного кабеля. Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент - это прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением. Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на структуру коаксиального электрического кабеля, только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром порядка 1-10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции - стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выход за пределы стекловолокна. Металлическая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование от внешних электромагнитных помех здесь не требуется, однако иногда ее все-таки применяют для механической защиты от окружающей среды (такой кабель иногда называют броневым, он может объединять под одной оболочкой несколько оптоволоконных кабелей).

Оптоволоконный кабель обладает исключительными характеристиками по помехозащищенности секретности передаваемой информации. Никакие внешние электромагнитные помехи, в принципе, не способны исказить световой сигнал, а сам этот сигнал принципиально не порождает внешних электромагнитных излучений. Подключиться к этому типу кабеля для несанкционированного прослушивания сети практически невозможно, так как это требует нарушения целостности кабеля. Теоретически возможная полоса пропускания такого кабеля достигает величины 1012 Гц, что несравнимо выше, чем у любых электрических кабелей. Стоимость оптоволоконного кабеля постоянно снижается и сейчас примерно равна стоимости тонкого коаксиального кабеля. Однако в данном случае необходимо применение специальных оптических приемников и передатчиков, преобразующих световые сигналы в электрические и обратно, что, порой, существенно увеличивает стоимость сети в целом. Главный недостаток оптоволоконного кабеля - высокая сложность монтажа (при установке разъемов необходима микронная точность, от точности скола стекловолокна и степени его полировки сильно зависит затухание в разъеме). Для установки разъемов применяют сварку или склеивание с помощью специального геля, имеющего такой же коэффициент преломления света, что и стекловолокно. В любом случае для этого нужна высокая квалификация персонала и специальные инструменты. Поэтому чаще всего оптоволоконный кабель продается в виде заранее нарезанных кусков разной длины, на обоих концах которых уже установлены разъемы нужного типа.

Применяют оптоволоконный кабель только в сетях с топологией «звезда» и «кольцо». Никаких проблем согласования и заземления в данном случае не существует. Кабель обеспечивает идеальную гальваническую развязку компьютеров сети. В будущем этот тип кабеля, вероятно, вытеснит электрические кабели всех типов или, во всяком случае, сильно потеснит их. Запасы меди на планете истощаются, а сырья для производства стекла более чем достаточно. Существуют два различных типа оптоволоконных кабелей:

- многомодовый, или мультимодовый, кабель, более дешевый, но менее качественный;

- одномодовый кабель, более дорогой, но имеющий лучшие характеристики.

Основные различия между этими типами связаны с разными режимами прохождения световых лучей в кабеле.

Задержка распространения сигнала в оптоволоконном кабеле не сильно отличается от задержки в электрических кабелях. Типичная величина задержки для наиболее распространенных кабелей составляет около 4-5 нс/м.

В настоящее время многомодовый кабель - основной тип оптоволоконного кабеля, так как он дешевле и доступнее.

^ 3.1.4 Беспроводные каналы связи

Кроме кабельных, в компьютерных сетях иногда используются также беспроводные каналы. Их главное преимущество состоит в том, что не требуется никакой прокладки проводов. К тому же компьютеры сети можно в этом случае легко перемещать в пределах комнаты или здания, так как они ни к чему не привязаны.

Радиоканал использует передачу информации с помощью радиоволн, поэтому он может обеспечить связь на многие десятки, сотни и тысячи километров. Скорость передачи может достигать десятков мегабитов в секунду (здесь многое зависит от выбранной длины волны и способа кодирования). Однако в локальных сетях радиоканал не получил широкого распространения из-за довольно высокой стоимости передающих и приемных устройств, низкой помехозащищенности, полного отсутствия секретности передаваемой информации и низкой надежности связи. Используют радиоканал для связи двух и более локальных сетей, находящихся далеко друг от друга, в единую сеть.

^ Инфракрасный канал также не требует соединительных проводов, так как использует для связи инфракрасное излучение (подобно пульту дистанционного управления домашнего телевизора). Главное его преимущество по сравнению с радиоканалом - нечувствительность к электромагнитным помехам, что позволяет применять его, например, в производственных условиях. Правда, в данном случае требуется довольно высокая мощность передачи, чтобы не влияли никакие другие источники теплового (инфракрасного) излучения. Плохо работает инфракрасная связь из-за сильной запыленности воздуха. Предельные скорости передачи информации по инфракрасному каналу не превышают 5-10 Мбит/с. Секретность передаваемой информации, как и в случае радиоканала, также не достигается. Как и в случае радиоканала, требуются сравнительно дорогие приемники и передатчики. Все это приводит к тому, что применяют инфракрасные каналы довольно редко.

Наиболее естественно все беспроводные каналы связи подходят для топологии типа «шина», в котором информация передается одновременно всем абонентам. Но, в принципе, при организации узконаправленной передачи можно реализовать любые топологии (кольцо, звезда, комбинированные топологии) как на радиоканале, так и на инфракрасном канале.

^ 3.2 Кодирование информации в локальных сетях

Кодирование передаваемой по сети информации имеет самое непосредственное отношение к соотношению максимально допустимой скорости передачи и пропускной способности используемой среды передачи. Например , при разных кодах предельная скорость передачи по одному и тому же кабелю может отличаться в два раза. От выбранного кода напрямую зависят также сложность сетевой аппаратуры и надежность передачи информации.

Применительно к физическому кодированию используются следующие термины и виды качественных признаков сигнала, применяемого для электрической передачи по каналу связи [5]:

- потенциальное кодирование (potential coding) - информативным является уровень сигнала в определенные моменты времени;

- транзитивное кодирование (transition coding) - информативным является переход из одного состояния в другое;

- униполярное (unipolar) - сигнал одной полярности используется для представления одного значения, нулевой сигнал - для другого;

- полярное (polar) - сигнал одной полярности используется для представления одного значения, сигнал другой полярности - для другого. При оптоволоконной передаче вместо разной полярности используются два хорошо различимых значения амплитуды импульса;

- биполярное (bipolar), или двухполярное - использует положительное, отрицательное и нулевое значения для представления трех состояний;

- двухфазное (biphase) - в каждом битовом интервале обязательно присутствует переход из одного состояния в другое, что используется для выделения синхросигнала.

Некоторые коды, используемые для модуляции сигналов в локальных сетях, показаны на рис. 3.1. Рассмотрим их преимущества и недостатки [6].

Рисунок 3.1 - Наиболее распространенные коды передачи информации
Код NRZ (Non Return to Zero -без возврата к нулю) - это простейший полярный код, представляющий собой практически обычный цифровой сигнал.

К несомненным достоинствам кода NRZ относятся его очень простая реализация (исходный сигнал не надо ни кодировать на передающем конце, ни декодировать на приемном конце), а также минимальная среди других кодов пропускная способность линии связи, требуемая при данной скорости передачи.

Самый большой недостаток кода NRZ – это возможность потери синхронизации приемником при приеме слишком длинных блоков (пакетов) информации. Приемник может привязывать момент начала приема только к первому (стартовому) биту пакета, а в течение приема пакета он вынужден пользоваться только собственным внутренним тактовым генератором. Если часы приемника расходятся с часами передатчика в ту или другую сторону, то временной сдвиг к концу приема пакета может превысить длительность одного бита или даже нескольких бит. В результате произойдет потеря переданных данных. Так, при длине пакета в 10000 битов допустимое расхождение часов составит не более 0,01% даже при идеальной передаче формы сигнала по кабелю. Поэтому код NRZ используется только для передачи короткими пакетами (обычно до 1 Кбита).

Чтобы избежать потери синхронизации, можно было бы ввести вторую линию связи для синхросигнала.

Наиболее известное применение кода NRZ - стандарт RS 232-C, последовательный порт персонального компьютера. Передача информации в нем ведется байтами (8 битов), сопровождаемыми стартовым и стоповым битами.

Код RZ (^ Return to Zero - возвратом к нулю) - этот двухфазный биполярный код получил такое название потому, что после значащего уровня сигнала в первой половине передаваемого бита информации следует возврат к некоему «нулевому» уровню (например, к нулевому потенциалу).

Переход к нему происходит в середине каждого бита. Логическому нулю, таким образом, соответствует положительный импульс, логической единице - отрицательный (или наоборот) в первой половине битового интервала.

Особенностью кода RZ является то, что в центре бита всегда есть переход (положительный или отрицательный), следовательно, из этого кода приемник может выделить синхроимпульс (строб). В данном случае возможна временная привязка не только к началу пакета, как в случае кода NRZ, но и к каждому отдельному биту. Поэтому потери синхронизации не произойдёт при любой длине пакета. Такие коды, несущие в себе строб, получили название самосинхронизирующихся.

Недостаток кода RZ состоит в том, что для него требуется вдвое большая полоса пропускания канала той же скорости передачи по сравнению с NRZ (так как здесь на один бит приходится два изменения уровня напряжения).

Код RZ применяется не только в сетях на основе электрического кабеля, но и в оптоволоконных сетях. Поскольку в них не существует положительных и отрицательных уровней сигнала, используется три уровня: отсутствие света, «средний» свет, «сильный» свет. Это очень удобно: даже когда нет передачи информации, свет все равно присутствует, что позволяет легко определить целостность оптоволоконной линии связи без дополнительных мер.

^ Код Манчестер-II, или манчестерский код, получил наибольшее распространение в локальных сетях. Он также относится к самосинхронизирующимся двухфазным полярным или униполярным кодам, но в отличие от кода RZ имеет не три, а всего только два уровня, что способствует его лучшей помехозащищенности. Логическому нулю соответствует положительный переход в центре бита (то есть первая половина битового интервала - низкий уровень, вторая половина - высокий), а логической единице соответствует отрицательный переход в центре бита (или наоборот).
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

Похожие:

«Локальные информационные сети» iconМетодические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине...
Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Локальные информационные сети» для студентов специальности 090803...

«Локальные информационные сети» iconМетодические указания по обеспечению практических занятий, самостоятельной...
«Локальные информационные сети» для студентов специальности 090803 «Электронные системы» дневной формы обучения / О. В. Бережная,...

«Локальные информационные сети» iconУкраина, г. Киев, почтовый индекс: 02105
Ищу постоянную работу в сфере телекоммуникаций. Возможные направления: мобильная связь, коммутация и маршрутизация потоков, мониторинг...

«Локальные информационные сети» iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua
Однако стоимость кабельной сети на его основе высока, и поэтому он не нашел пока широкого распространения в локальных сетях. В основном...

«Локальные информационные сети» iconПравовые информационные ресурсы украины
Все правовые информационные ресурсы представленные в сети Интернет можно классифицировать следующим образом

«Локальные информационные сети» iconФакультет экономики и менеджмента
Интернет – это мировая компьютерная сеть электронной связи, объединяющая региональные, национальные, локальные и др сети

«Локальные информационные сети» iconОбзор технологий 7
Интернет – это глобальная компьютерная сеть, объединяющая многие локальные, региональные и корпоративные сети и включающая сотни...

«Локальные информационные сети» iconПрограмма курса amp act 1 1-й день: Презентация. Введение в кабельную...
Разъяснение различий между применением специальных и универсальных кабельных систем

«Локальные информационные сети» iconКафедра кибернетики и вычислительной техники
«Компьютерные системы и сети». Работает также аспирантура, в которой готовятся кандидаты технических наук по новейшим специальностям,...

«Локальные информационные сети» iconПеречень условных обозначений, сокращений, терминов
Лвс (Локальные Вычислительные Сети) представляют собой несколько компьютеров, имеющих общую среду передачи данных, и физически расположенных...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<