Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Конспект лекцій
Предмет:
Комп'ютерні мережі
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Конспект лекцій
З дисципліни
Комп’ютерні мережі
(Модуль 1)
Вступ
В кінці 50-их – на поч. 60-их років, коли з’явились потужні машини, виникла потреба сполучати їх з одним або багатьма терміналами для ефективного використання ресурсів таких машин. Така система телеопрацювання інформації мала структуру (рис. 1)
Канали зв’язку в такій системі були досить дорогими і використовувалися терміналами неефективно. Тому було розроблено спеціальні пристрої – мультиплексори (комутатори), які збирали трафік з розташованих поблизу терміналів для спрямування цього трафіка на ЦП. В такій системі з’явився так званий фронтальний процесор, який виконував функції організації зв’язку (рис. 2)
З розвитком технології ПК з’явилася необхідність об’єднувати їх у рамках більшої обчислювальної структури. Замість терміналів стали використовувати ПК. З’явилося поняття локальної обчислювальної мережі, тобто мережі, яка об’єднує ПК в рамках кімнати, поверху, будинку. Такі структури об’єднувалися в ще більші, які утворювали територіальні комп’ютерні мережі, а згодом – глобальні. Потім мережі набули такого вигляду (рис. 3)
Тепер комп’ютер включає в себе: ПК, термінали, зовнішні пристрої мережі та мережу зв’язку. Кожен вузол мережі – це спеціалізований комп’ютер для виконання комунікаційних функцій – маршрутизатор. Для передавання даних між вузлами використовують канали існуючої телефонної мережі. Замість терміналів тепер використовують ПК. І тепер ПК – це в більшій степені мережевий термінал, аніж комп’ютер для виконання якихось операцій.
Дослідження показали, що >80% інформації концентрується в локальній зоні: в межах відділу, організації і т.д., тому значного поширення і розвитку набули локальні мережі, які об’єднуються в територіальні і глобальні мережі.
Різновиди комп’ютерних мереж
З усіх засобів телеопрацювання інформації сьогодні можна виділити 2 типи мереж:
Локальні мережі (ЛМ) – LAN (Local Area Network);
Глобальні мережі (ГМ) – WAN (Wide Area Network).
Ці мережі суттєво відрізняються за технічними розв’язками.
LAN. Одна з визначних ознак ЛМ – це наявність високошвидкісного каналу передавання даних. Швидкість передавання даних в такому каналі на порядок вища, ніж швидкість периферійних пристроїв комп’ютера і наближається до швидкості передавання на внутрішній шині комп’ютера. На базі технології ЛМ є можливим створення єдиної цілісної інформаційної системи, в якій витрати часу на зв’язок суттєво не впливають на час виконання функцій. Така система називається розподіленою (РІС). Тут організовано паралельний порядок опрацювання інформації.
Виділяють 3 ступені використання РІС:
Розподіл ресурсів – задачі сумісно використовують ресурси системи (найпошир.).
Розподіл навантаження – задачі, які надходять в систему, передаються на вільні комп’ютери.
Розподіл опрацювання даних – маємо сукупність елементів опрацювання, пов’язаних логічно, з фізично децентралізованим керуванням ресурсами з метою сумісного виконання прикладних програм.
Можливості розподіленого навантаження та опрацювання даних реалізовано в мережевих ОС: Novell Netware, Unix, Windows NT.
В ЛМ найдорожчими є пристрої опрацювання інформації, а не пристрої комунікації.
Ефективність ЛМ можна підвищити за рахунок прикладної частини (апаратура + програма + обслуговуючий персонал).
WAN. ГМ – необмежені в просторі. Для передавання даних найчастіше використовують наявні телефонні канали з низькою швидкістю передавання даних (1÷3 кбіт/с) та з високим впливом завад. Все це не дозволяє використовувати такі мережі в реальному режимі часу.
Найдорожчим в ГМ є комунікаційне обладнання. Для його ефективного використання застосовують спеціальні процесори зв’язку.
Перспективою з точки зору зближення двох типів мереж є технологія ATM (Asynchronous Transfer Mode).
Крім ЛМ і ГМ виділяють регіональні мережі (MAN – Metropolitan Area Network) – мережі масштабу міста, району, області. В залежності від масштабів такої мережі в ній можуть використовуватись як технології ЛМ, так і ГМ.
В результаті розвитку мережевих технологій та об’єднання окремих ЛМ окремих фірм в одне ціле виникло поняття корпоративної мережі, що є об’єднанням деякої кількості локальних мереж за допомогою телефонних, супутникових та інших каналів у єдину мережу фірми.
Характеристики або ознаки класифікації комп’ютерних мереж
Географічна площа (локальні, регіональні, глобальні).
Сфера застосування (офісні, промислові, побутові).
Комплекс архітектурних розв’язків, що відбивається у фірмовій назві (Ethernet, Token Ring, Arc Net).
Топологія – спосіб об’єднання компонентів мережі (шинна, кільцева, зіркоподібна, деревоподібна, повнозв’язна ...).
Фізичне середовище передавання (коаксіальний, волоконно-оптичний кабель, скручена пара, інфрачервоні, мікрохвильові канали ...).
Метод доступу до фізичного середовища (мережі з опитуванням, мережі з маркерним доступом, мережі з суперництвом, мережі з встановленням регістрів ...).
Набір протоколів – протокольний стек (TCP/IP, SPX/IPX).
Стандартизація в комп’ютерних мережах
Оскільки існує велика різноманітність мережевих технологій, виникає потреба в їх реалізації. Т. ч., для розподілених систем виникає потреба в стандартизації, бо робота їх складових частин повинна відбуватись за певними правилами.
Стандарти були розроблені Міжнародним Консультативним Комітетом з Телефонії і Телеграфії.
У 1993 році ITU (International Telecommunication Union) виробляє стандарти, які поділяються на певні серії відповідно до тематик.
В 70-их роках в межах ISO був організований комітет за номером 97, який розробляє стандарти щодо опрацювання інформації на комп’ютері.
Деякі організації розробляють стандарти певного технологічного напрямку, напр. ATM Forum розробляє комплекс стандартів стосовно ATM.
Організації IEEE, ANSI також приймають участь в розробці стандартів.
Термінологія
Відкрита система (Open system) – це система, яка побудована і працює з дотриманням умов міжнародних стандартів. Для зовнішнього спостерігача, під’єднаного до відкритої системи не мають значення апаратні властивості системи, ОС, організація процесів інших реальних кінцевих систем.
Комунікаційна система (Communication system) – це реальна відкрита система, яка забезпечує обмін даними між абонентськими системами у відкритій інформаційній системі.
Абонентська система (User system) – це реальна відкрита система, яка є постачальником або споживачем ресурсів системи, забезпечує доступ до них і керує взаємозв’язком відкритої системи. Ініціаторами та учасниками обміну інформацією в абонентських системах є прикладні процеси.
Прикладний процес (Application process) – це процес в реальній кінцевій системі, який опрацьовує інформацію користувачів. Прикладні процеси можуть мати різну природу, наприклад: дії оператора за терміналом, програма системи БД, програма керування технологічним процесом,... Зв’язок між прикладними процесами реалізується за допомогою середовища передавання даних.
Середовище передавання даних (Transmission medium) – це сукупність ліній передавання даних, а також, можливо, іншого обладнання, яке забезпечує передавання даних між станціями (комп’ютерами, що функціонують в мережі).
Середовище зв’язку відкритої системи (OSI Environment) – це сукупність функцій, які дають змогу реальним відкритим системам виконувати обмін даними відповідно до міжнародних стандартів. Середовище має складний набір функцій, тому, створюючи його, треба дотримуватись ієрархічного підходу, що полягає в таких принципах:
функція передавання даних дуже складна, тому її треба поділити на рівні;
кожен рівень виконує конкретний обмежений набір завдань;
межі між рівнямипроводять так, щоби обмін між ними був мінімальним;
рівні описують так, щоби зміни в одному рівні не викликали змін в інших.
Протокол (Protocol) – це набір синтаксичних і семантичних правил, що визначають поведінку об’єктів під час їхньої взаємодії.
Протоколи намагаються стандартизувати в першу чергу, оскільки протоколи є в різних системах. Об’єктисуміжних рівніввзаємодіють один з одним через спільну межу, яка називається інтерфейсом.
Інтерфейс (Interface) – це межа між двома рівнями, яка маєпевні функціональні характеристики.
Модель взаємодії відкритих систем
7498ISO визначає модель взаємодії відкритих систем (7-ми рівнева модель):
Прикладний
7
7
A – Application
Відображення
6
6
P – Presentation
Сеансовий
5
5
S – Session
Транспортний
4
4
T – Transport
Мережевий
3
3
N – Network
Канальний
2
2
DL – Data link
Фізичний
1
1
PL – Physical link
Цій моделі відповідають всі відкриті системи, в тому числі інформаційні.
Рівні 1 – 4 відповідають за надійне передавання даних, а з 5 по 7 – за обслуговування прикладних процесів. 1 і 2 рівні пов’язані з фізичною топологією мережі, 3 і 4 – з протоколами комутаційного рівня, а 5, 6 і 7 – з протоколами прикладного рівня.
У мережі має місце фізичне та логічне переміщення даних.
Фізичне переміщення даних починається на верхньому рівні і йде вниз по всіх рівнях моделі. Наприклад: на верхньому рівні було створено інформацію. Протокол прикладного рівня передає ці дані в певній формі протоколу комунікаційного рівня. На цьому рівні проходить “упаковка” інформації в інформаційний пакет визначеної структури. Цей пакет передається протоколу рівня передачі даних для фізичної пересилки. Потім ці дані переміщуються по мережевому носії у вигляді імпульсів, що відповідають 0 або 1. Цей носій може бути різного виду кабелем, радіоканалом, … Як тільки дані дойшли до комп’ютера-отримувача, вони починають переміщатись знизу догори. На кожному рівні вони обробляються, але виділяється тільки та частинка, яка була запакована на тому ж рівні, що й у комп’ютері-передавачі. В кінці інформація доходить до користувача на прикладному рівні.
У прикладі, наведеному щойно, логічно інформація передавалась з комп’ютера в комп’ютер тільки між одинаковими рівнями.
Призначення протоколів усіх рівнів
1 рівень: спряження з фізичними засобами.
2 рівень: передавання між сумісними системами.
3 рівень: прокладка сполучення між системами.
4 рівень: налагодження наскрізних сполучень.
5 рівень: організація та проведення діалога.
6 рівень: перетворення даних.
7 рівень: реалізація різних форм взаємодії прикладних процесів.
Прикладний рівень (7)
Прикладний рівень забезпечує різні форми взіємодії прикладних процесів, розміщених в різних системах. В теперішній час можна виділити такі форми протоколів прикладного рівня:
керування терміналами;
керування діалогом;
керування файлами;
керування задачами;
керування системою;
забезпечення цілісності інформації.
Така різноманітність протоколів обумовленарізноманітністю завдань, які розв’язуються на прикладному рівні. Вибрати потрібний протокол можна динамічно за допомогою спеціального протоколу, який називається протоколом керування контекстом. До прикладів систем міжмережевої взаємодії можна віднести:
WWW;
Електронна пошта. Використовує протокол SMTP за стандартом X.400 доставки повідомлень між різними застосуваннями електронної пошти;
Рівень відображення (6)
Цей рівень відображає та перетворює дані, якими обмінюються між собою прикладні процеси. Необхідність у цьому рівні обумовлена тим, що різні комп’ютери та пристрої, під’єднані до мережі, можуть мати ріізні формати даних, різні системи команд, і цей рівень призначений для того, щоби спосіб відображення інформації не впливав на формат інформації в мережі. Кожна інформація, яку формує прикладний рівень для передавання має 2 аспекти: семантику і синтаксис. Семантика описує зміст повідомлення. На рівні відображення відтворюється синтаксис.
Протоколи цього рівня виконують велику кількість різноманітних фунцій, а саме:
вибір (узгодження) між процесами потрібної форми відображення даних;
перетворення даних, кодів, форматів;
шифрування інформації.
Результат дії рівня відображення виявляється під час діалогу або сеансів об’єктів рівня відображення під час узгодження форми подання інформації. На цьому рівні також відбувається ущільнення, кодування даних і протилежних до них дій.
Для представлення різних типів інформації використовують різні стандарти:
TIFF – стандартний графічний формат для растрових зображень з високою роздільною здатністю;
JPEG – стандарт для передачі фотографій;
MIDI – для цифрової передачі музики;
MPEG – для цифрової передачі рухомих зображень.
Сеансовий рівень (5)
Цей рівень організовує діалогові сеанси між прикладними процесами. Під час його роботи в користувача складається враження, що прикладні процеси розташовані на одному потужному локальному процесорі. Ініціатором сеансу є прикладний об’єкт, який звертається до представницького об’єктаі передає йому адресу партнера. Після цього представницький об’єкт звертається до сеансового рівня і ініціює сеанс зв’язку. Головні функції сеансового рівня такі:
налаштування сеансового сполучення;
Під час налагодження сеансового сполучення шляхом діалога об’єктів добираються параметри сполучення і швидкість передавання, необхідність використання підтверджень, …
обмін даними;
Це головна функція цього рівня, яка реалізує передавання даних між об’єктами сеансового рівня.
керування взаємодією;
Керування черговістю передавання протокольних пакетів.
повідомлення про надзвичайні ситуації;
відображення сеансового сполучення на транспортне;
Можлива ситуація, коли через одне транспортне сполучення відбуваєтьсяпередавання інформації кількох сеансів. Тому кожен сеанс має мати ідентифікатор. З іншого боку інформацію одного і того ж сеанса для надійності можна передавати кількома транспортними сполученнями. Керує цими процесами функія відображення.
завершення сеансового сполучення.
За допомогою цієї функції можна завершити сполучення так, щоб рівень відображення не втратив жодного блока, який ще перебуває в дорозі.
Приклади протоколів та інтерфейсів сеансового рівня:
NFS (Network File System);
SQL (Structured Query Language);
X-Window (використовується на Unix-станціях і дозволяє їх використовувати як локальні).
Транспортний рівень (4)
Надає прикладним об’єктам сполучення через всі фізичні засоби мережі незалежно відреальної конфігурації цього сполучення. Таке сполучення називається наскрізним. Сполучення, яке гарантується транспортним рівнем, повинне бути прозорим, тобто не залежати від кодів інформації вищих рівнів.
Для ефективного передавання інформації на транспортному рівні є декілька класів сервісу, які відрізняються перепускною здатністю, часом передавання, часом налагодження сполучень і допустимою ймовірністю помилок. Сервіс транспортоного рівня передбачає такі функції:
налагодження та розірвання транспортного сполучення;
керування послідовністю інформаційних блоків;
забезпечення цілісності даних;
сегментування блоків та їх зчеплення;
виявлення та виправлення помилок;
вибір класу сервісу;
передавання даних;
мультиплексування та розчеплення сполучень.
Транспортний рівень дає змогу поновити блоки даних, які можуть бути втрачені на 1, 2, 3 рівнях. У випадку відказу сполучення на мережевому рівні, він налагоджує нове сполучення. Функціонування цього рівня передбачає 3 фази, які змінюють одна одну:
налагодження сполучення; вибір класу сервіса; прийняття рішення про потреби мультимплексування; визначення оптимального розміру блоку даних;
передавання даних; організація послідовності передавання даних; сегментування блоків; мультимплексування і розчеплення блоків; виявлення і виправлення помилок;
завершення сполучення.
Забезпечення цілісності даних досягається за рахунок застосування механізму керування потоком даних. Надійність доставки гарантується тим, що:
відправник отримує підтвердження від приймаючої сторони про доставку сегментів даних;
довільні непідтверджені сегменти передаються повторно;
прийняті сегменти впорядковуються у відповідності з послідовністю їх передачі;
для виключення перевантаження мережі, переповнення буферів і втрати даних використовується керування потоком даних.
Мережевий рівень (3)
Виконує ретрансляцію даних через одну або уілька систем, а також забезпечує для верхнього – транспортного – рівня незалежність від методів та засобів комунікацій та від маршрутів у різних засобах сполучення. На цьому рівні здійснюється маршрутизація інформації, тобто вибираються шляхи передавання інформаційних блоків, залежно від адрес призначення та інших характеристик, наприклад таких, як завантаженість або ненадійність окремих проміжних сполучень. Блоки даних на мережевому рівні називаються пакетами. На мережевому рівні можливі такі види сервісу:
організація мережевих сполучень;
ідентифікація кінцевих точок сполучення;
передавання інформаційних пакетів;
керування потоками блоків даних;
виявлення помилок;
ліквідація мережевих сполучень.
При виборі шляху для передачі пакета маршрутизатори використовують інформацію про топологію мережі. Інтерфейс мережевого рівня зв’язаний з мережею і використовується службами транспортного рівня для передачі пакетів між кінцевими точками за найкращим маршрутом. Після того, як маршрутизатори виберуть найкращий шлях між 2-ма точками, починає виконуватись процес пересилки пакетів.
Пересилка пакетів відбувається 2-ма способами:
комутація каналів. При цьому забезпечується більша швидкість.
комутація пакетів. Пакети передаються по різних маршрутах. Може статись таке, що пакети надійдуть в різному порядку. Тут більш ефективно використовуються канали зв’язку.
Канальний рівень (2)
Призначений для передавання блоків даних через одне фізичне сполучення, тому на мережевому рівні типи фізичних сполучень, які розміщені нижче – невідомі. Види сервісу канального рівня такі:
передавання блоків даних;
організація послідовності блоків;
виявлення та виправлення блоків;
керування потоком даних;
налагодження та розривання канальних сполучень.
На канальному рівні блоки даних називаються кадрами.
Тут відбувається селекція інформації, тобто вибір серед всіх прийнятих блоків тільки тих, які адресовані конкретній системі.
Прикладами протоколів канального рівня для глобальних мереж є:
HDLC (High-Level Data Link Control). Підтримує як одно- так і багато-пунктові конфігурації;
X.25. Перший протокол для мереж з комутацією пакетів;
Frame Relay (продовження X.25). Забезпечує найвищу швидкість в глобальних мережах, оскільки в ньому застосовується спрощена схема обробки кадрів безкорекції помилок.
Фізичний рівень (1)
Призначений для спряження передаючих і приймаючих систем з фізичним середовищем. Він визначає механічні, електричні, функціональні та процедурні характеристики, які описують доступ до фізичного середовища.
Фізичне сполучення забезпечує прозорість, тобто передавання довільної послідовності бітів. Через одне фізичне сполучення можуть передаватися кілька канальних об’єктів, але 1-не канальне сполучення можуть обслуговувати кілька кілька фізичних.
Існує 2 типи фізичних сполучень для передачі даних:
Двопунктове з’єднання (Point-to-Point connection)
Багатопунктове з’єднання (Multipoint connection)
Фізичний рівень забезпечує такі різвиди сервісу:
налаштування постійного або тимчасовогофізичного сполучення;
ідентифікація фізичного сполучення;
організація послідовного передавання;
повідомлення про збої та розриви в мережі.
На фізичному рівні відбувається прослуховування багатопунктового сполучення для виявлення наявності передавання інформації в мережі, можливе зіткнення кадрів, …
Фізичний рівень відповідає за передавання та прийом бітових потоків. Фізичне представлення бітів у носіях різних типів відрізняється. У деяких системах “1” або “0” кодуються рівнями напруги, в інших – наявністю імпульсів або комбінацією імпульсів. На фізичному рівні треба розрізняти інтерфейс між кінцевим обладнанням даних та інтерфейс між кінцевим обладнанням каналу передачі даних. Якщо у 1-му випадку обладнання розміщене у споживача інформації, то в 2-му – у провайдера, який потім продає інформацію і зв’язок з кінцевим користувачем.
Інкапсуляція даних
Під цим терміном розуміємо вкладання інформації, створеної за деяким протоколом в секцію даних блока даних іншого протоколу.
На кожному рівні 7-мирівневої моделі виконується інкапсуляція даних попереднього, більш високого рівня, при переміщенні даних по стеку протоколу. Логічна взаємодія, яка має місце на кожному рівні моделі не торкається фізичних з’єднань мережі, оскільки інформація кожного рівня повинна бути інкапсульована в дані нижчого рівня.
В результаті інкапсуляцією створюється набір даних, який називається пакетом.
На передаючому пристрої інкапсуляція даних складається з таких етапів:
інформація користувача перетворюється в дані;
з даних складаються сегменти;
сегменти перетворюються в пакети;
пакети розбиваються на кадри;
кадри утворюють потік бітів.
Методи комутації
Комунікаційна мережа описується сукупністю вузлів та каналів зв’язку, які їх сполучають.
Вузли мережі забезпечують опрацювання та збереження даних, а також їхню комутацію.
Канали зв’язку реалізують передавання даних. Два або більше комп’ютерів можуть бути сполучені каналами зв’язку по-різному.
Спосіб сполучення комп’ютерів каналами зв’язку для передавання даних між ними називається методом комутації.
З призначеним каналом зв’язку. Між комп’ютерами налаштовується канал зв’язку з фіксованою швидкістю передавання даних та смугою перепускання. Налаштування та підтримка такого каналу, особливо на велику відстань, коштує дорого. Якщо навантаження на канал невелике чи нерівномірне, то перепускна здатність такого каналу використовується неефективно.
Двопунктовий. В локальних мережах для передавання великих обсягів даних.
Багатопунктовий. Вимагає спеціальних засобів розподілу даних.
Канали з комутацією. Зв’язок не є постійний, а відбувається за запитом. Існують такі різновиди:
Комутація каналів за запитом одного з учасників обміну. Між двома комп’ютерами налаштовується канал зв’язку. Він може складатися з багатьох ланок. Коли канал налаштовано, він має фіксовану швидкість передавання і смугу перепускання. Після завершення передавання канал руйнується.
Недоліки:
досить тривалий час налагодження сполучень;
неефективне використання каналу зв’язку, якщо навантаження мале і нерівномірне в часі.
Як правило, такий спосіб комутації використовується для організації віддаленого доступу в локальну чи корпоративну мережу через модем. Але цей принцип комутації лежить в основі перспективної технології ATM, сфера застосування якої в швидкісних мережах постійно збільшується.
При проміжному зберіганні інформації, вона затримується, накопичується і аналізується в проміжних вузлах передавання. Для цього потрібні буфери достатніх розмірів і процесори для опрацювання інформації.
Комутація повідомлень. Під повідомленням розуміють інформаційний об’єкт, який треба передати. Такий об’єкт передається як одне ціле. Оскільки об’єкт може мати великий обсяг, то використання такого методу комутації вимагає великих буферів, розрахованих на максимальний обсяг повідомлень, а також викликає тривалі затримки в передаванні, доки не буде прийняте все повідомлення у цьому вузлі.
Комутація пакетів. Всі повідомлення поділяються на пакети фіксованої довжини. Кожен пакет передається незалежно від інших. Метод є гнучким, оскільки не треба очікувати на отримання цілого повідомлення в проміжних вузлах. Якщо один пакет буде спотворено – не треба передавати інший пакет. По одному каналу зв’язку можна одночасно передавати пакети різних об’єктів – це підвищує ефективність використання каналу. Цей метод є найбільш поширеним в комп’ютерних мережах.
Комутація віртуальних каналів. Перед початком сполучення в мережу надсилають спеціальний пакет, який налаштовує з окремих ланок так званий віртуальний канал. Він так називається, бо на відміну від призначеного (комутованого), реальний канал, що використовує віртуальний канал, може водночас передавати пакети декількох віртуальних каналів.
Передавання данограм. Повідомлення поділяється на окремі пакети – данограми, кожна з яких містить адреси відправника і отримувача. Данограми нумерують і передають незалежно одна від одної. Данограми вимагають більшого аналізу в проміжних вузлах передавання, ніж пакети віртуальних каналів, але їх можна передавати різними маршрутами одночасно і цим самим зменшувати тривалість передавання всього повідомлення.
Порівняння різних каналів комутації
Цей графік побудовано за припущенням, що відстань передавання та смуга перепускання – сталі. Для призначеного каналу вартість не залежить від обсягу інформації, що передається (якщо перепускна здатність каналу – фіксована). Для комутації каналів велику вартість має початкове налагодження каналу. Вона також збільшується із збільшенням обсягу інформації, що передається. Для комутації пакетів початкові затрати менші, але із збільшенням навантаження на канал витрати ростуть сильніше, оскільки потрібні ресурси для опрацювання пакетів у проміжних вузлах.
Середовища передавання даних
Сигнали та коди комп’ютерних мереж
Середовища передавання комп’ютерних мереж. Техніко-експлуатаційні характеристики середовищ передавання такі:
час і швидкість розповсюдження сигналів;
вартість;
швидкість згасання сигналу на одиницю довжини кабеля з урахуванням частоти сигналу;
електричний опір 1м кабеля;
завадостійкість у різних навколишніх середовищах;
випромінювання в довкілля.
Важливим параметром якості кабеля є перехідне згасання на ближньому кінці. Електричний струм в дроті створює електромагнітне поле, яке може спричинити завади в інших дротах. Чим більша частота сигналу, тим більші завади. В якісних кабелях рівень корисного сигналу значно вищий, ніж рівень завад, які генеруються. Для характеристики цього явища існує параметр, який називається випромінювання в довкілля (EMI – Electromagnetical Interference). Цей параметр характеризує ступінь та параметри паразитного випромінювання, яке генерується під час передавання сигналів кабелем: значне випромінювання може призвести до спотворення даних, нестабільної роботи приладів, до аварії. Вони негативно впливають на здоров’я людей. Передусім це стосується неекранованих кабелів. В цих кабелях використовується декілька жил дроту таким чином, щоби сигнали в кожній парі дротів мали протилежну полярність і компенсували випромінювання один в одному. Ступінь компенсації в такому випадку називається збалансованістю.
Комісія ЄС розробила єдиний європейський стандарт для електричного обладнання, якому повинні відповідати національні стандарти за показником EMI. Цей стандарт розповсюджується на всі мережі, встановлені після 1 січня 1996 р. Мережеве обладнання в промислових умовах допускає випромінювання, що загасає на 40 дб на відстані10 м від кабеля, а для комерційних і непромислових мереж, цей показник – 30 дб. Продукція, що пройшла тестування на цей стандарт позначається як символи „СЕ” в кружечку.
Найбільшого поширення при створенні локальних і корпоративних мереж отримали так звані кабелі типу скручена пара. В основі лежать два провідники, які скручені певним чином. Такі кабелі поділяються на декілька груп:
Назва
Показник
UTP
FTP
SFTP
S/STP
F/STP
1. Ціна, $/км
200-300
280-400
460-690
700-1050
585-875
2. Макс част., МГц.
100
150
300
300
300
3. Товщ., мм
5,1
6,2
6,5
7,3
7
4. Встановлення
легке
легке
легке
важке
важке
5. Заземлення
легке
важке
легке
легке
важке
Можливі середовища передавання в комп’ютерних мережах.
Ефірні середовища.
Радіоканал.
Формується на певній частоті. Інформація передається за допомогою модуляції сигналу. Швидкість передавання невелика: 20-150 кбіт/с. Вартість – середня. На такий канал впливають всі види радіозавад. Працює тільки в межах радіо досяжності. Використовується в пересувних станціях.
Інфрачервоний.
Такий канал працює тільки в межах прямої оптичної видимості. Він є нечутливим до електромагнітних завад. Максимальна відстань між станціями – до 3-ох км. Швидкість передавання – 2-4 Мбіт/с. Канал досить дешевий.
Недоліки: апаратура, як правило, недовговічна; має місце загасання сигналу при поганій прозорості.
УКХВ канал.
Передавання відбувається за допомогою частотно-модульованих сигналів у досить широкому діапазоні частот, а це дозволяє створювати досить велику кількість каналів. Відстань – 1,5 км; швидкість – 20-40 Мбіт/с.
Переваги: мала потужність апаратури; можливість роботи в умовах поганої і непрямої видимості. В цілому ефективність така як і у радіоканалу.
Мікрохвильовий канал.
Інформацію передають спеціальним лазером, а приймають – фотозчитувачем. Відстань – 20 км; швидкість 20 Мбіт/с.
В цілому ефірними середовищами передають 5% загального обсягу інформації, що передається в комп’ютерних мережах, але значення цього типу середовища зростає.
Передаючі середовища.
Коаксіальний кабель.
Є одним із найпоширеніших видів передаючого середовища. Він завадостійкий, довговічний, досить дешевий, його дуже просто з’єднати з апаратурою мереж.
Коаксіальні кабелі бувають широкосмугові. Швидкість передавання таких кабелів – 300-500 Мбіт/с; загасання сигналу на частоті 100 МГц – 10 дБ/100 м; термін придатності – 10-12 р; затримка поширення сигналу – 2-5 нс/м.
У вузькосмугових коаксіальних кабелях швидкість передавання – до 50 Мбіт/с; загасання сигналу на частоті 10 МГц – 4 дБ/100 м. Решта параметрів такі, як і в широкосмугових. Довжина кабеля в комп’ютерних мережах переважно визначається загасанням сигналу. У випадках сильного загасання ставлять повторювані (підсилювачі), які підсилюють сигнал, не змінюючи його форми.
Прозоре скловолокно.
Найпоширеніший кабель такого виду має кварцову середину діаметром 20-60 мкм. Навколо цієї серцевини робиться окисна плівка з меншим коефіцієнтом відбиття. Оскільки маємо справу із світлом, то швидкість передачі висока – 0,8-1 Гбіт/с. Теоретично можлива швидкість передачі – 100 км. Різновиди кабелів: одномодові і багатомодові.
Одномодові. Середовище має 10 мкм, світло генерується напівпровідниковим лазером. Передавання інформації відбувається при довжині хвиль 1,3-1,55 мкм. Смуга перепускання – 2ГГц. Ширина смуги не залежить від довжини лінії. Загасання сигналу – 0,7дБ/км. Тут в кожен момент часу може поширюватись сигнал тільки одного променя (моди). Можлива відстань – 100 км. Має місце висока вартість обладнання: лазерів і фотоприймачів.
Багатомодові. Серцевина може мати різний діаметр: 50 мкм, 62,5 мкм, 100 мкм, 140 мкм. Для генерації світла використовуються суперлюмінісцентні діоди. Передавання відбувається на хвилях з довжиною 1,3 та 0,85 мкм. Смуга перепускання – 800-900 МГц. Її ширина залежить від довжини лінії. Загасання сигналу – 0,5-7 дБ/км. Максимальна відстань – 10 км. Одночасно можуть предаватися кілька променів (мод), що входять у кабель під різними кутами. Для підвищення механічної міцності останнім часом замість скла використовують прозорі пластмаси. Такі кабелі дешевші, але з часом пластмаса старіє, а це сприяє посиленню загасання.
Скручена пара дротів.
Зараз це найпоширеніший вид передавального середовища. Він є найдешевшим. Максимальна відстань – 1,5-2 км. Максимальна швидкість – 1,2 Гбіт/с. Має набагато гірший у порівнянні з коаксіальним кабелем захист від завад. Тривалість затримки поширення сигналу 8-12 нс/м. Загасання на частоті 10 МГц – 10-28 дБ/10 м. Термін експлуатації – 6 р. Дуже простий в укладанні. На даний момент це головне середовище в локальних мережах.
UTP – Unshielded Twisted Pain – Неекранована скручена пара (EMI).
FTP – Folged Twisted Pain – Фольгована скручена пара.
STP – Shielded Twisted Pain – Екранована скручена пара.
Плоский кабель (шлейф).
Складається з 12-ти і менше дротів, об’єднаних загальною екранною сіткою. Вони є ізольованими один від одного. Передавання на відстань 15 м. Швидкість передавання приблизно така сама, як і в скрученої пари.
Сертифікація кабелів
Сертифікацією кабелів займаються різні фірми і організації. Кабелі сертифікують щодо електричної безпеки та за технічними характеристиками відповідно до вимог стандартів. Якщо сертифікацію пройдено, на кабелі ставлять значок „UL”. Кабелі UTP за технічними характеристиками поділяються на класи або категорії. Розрізняють такі категорії кабелів UTP:
частота
[МГц]
шв. передачі
[Мбіт/с]
клас/категорія
<1
1
16
20
100
100
200
600
<20
1
16
20
100
100
>1000
– // –
1/A
2/B
3/C
4
5/D
5+
6/E
7/F
Структурна схема ланки передавання даних
Сукупність засобів фізичного та канального рівнів утворюють певну систему, яка називається ланкою або каналом передавання даних. Ланка складається з:
фізичного каналу (фізичне середовище передавання);
засобів перетворення цифрових даних, які виробляє комп’ютер, у форму, прийнятну для передавання фізичним каналом, тобто у сигнал;
засобів керування ланкою або каналом передавання даних. Тобто маємо сукупність програмно-технічних засобів та фізичного середовища передавання, призначеного для передавання сигналу даних.
З погляду користувача найважливішою характеристикою каналу зв’язку є кількісні і якісні параметри сервісів, які надає продавець каналу. В теперішній час визначено багато загальноприйнятих типів каналів:
найпоширеніший – Switched – 56 Кбіт/с, а також
європейські: американські:
E1 – 2,048 Мбіт/с T1 – 1, 544 Мбіт/с
E2 – 34,368 Мбіт/с T3 – 45 Мбіт/с
За напрямками розрізняють такі типи передавання даних:
симплексне (передавання в одному напрямку);
напівдуплексне (передавання в прямому і зворотному напрямках);
дуплексне (передавання одночасно в прямому і зворотному напрямках).
Структура ланки передавання даних
Пристрій спряження (див. рис.) виконує головні функції:
кодування – декодування;
модуляцію – демодуляцію.
Кодування – це перетворення цифрового сигналу, який надходить від комп’ютера, з метою підвищення його завадостійкості та зручності передавання.
Модуляція – це процес переходу від кодового сигналу до сигналу даних. Звичайно це використовує сигнал-носій, деякі параметри якого змінюються відповідно до кодового сигналу. В сучасних системах зв’язку найпоширенішими є такі види модуляції:
Модуляція гармонічних коливань в коливання струму або напруги. В залежності від змінного параметру розрізняють такі види модуляції:
амплітудну (в „0” зменшується амплітуда коливань);
частотну (в „1” збільшується частота);
фазову (при переході „0-1” і „1-1” також змінюється фаза).
Носій послідовних імпульсів. В залежності від параметрів послідовності і змін кодового сигналу розрізняють такі види модуляції:
амплітудно-імпульсну;
широтно-імпульсну (змінюється ширина імпулься);
фазово-імпульсну;
частотно-імпульсну.
В магістральних телефонних каналах, які використовуються в глобальних мережах використовують імпульсно-кодову модуляцію. Якщо сигнал є аналоговим, то над ним потрібно виконати такі перетворення:
дискретизацію (якщо навіть сигнал складний, але є багато відліків, то його можна відтворити без втрат);
квантування;
кодування.
Для передавання даних в аналоговій формі в глобальних мережах використовуються модеми. В локальних мережах використовуються пристрої адаптори.
На фізичний канал передавання даних впливають завади, які спотворюють канал, а це призводить до виникнення помилок. З впливом завад борються на протоколах фізичного і канального рівнів засобами керування каналом передавання даних. Якщо на вході фізичного каналу маємо Z(t), то на виході внаслідок впливу завад отримаємо спотворений сигнал Z'(t). Якщо Z(t) і Z'(t) пов’язані деякою функціональною залежністю, яка дає можливість повністю поновити сигнал, то така завада називається регулярністю. За впливом на регулярний сигнал завади поділяються на:
адитивні – додаються до початкового сигналу;
мультиплікативні – множаться на початковий сигнал.
Якщо характеризувати сигнали із статистичного погляду, то їх можна розділити на:
флуктуаційні – їх описує неперервна випадкова функція часу (такі завади формуються в наслідок накладання різних завад з різних джерел, причому серед складових немає окремих імпульсів, які би перевищували загальний рівень сигналу більш ніж у 3-4 рази);
імпульсні – це послідовність імпульсів з випадковою
19.09.2013 15:09-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора