Сетевые информационные технологии Физический уровень Теоретические основы передачи

Сетевые информационные технологии Физический уровень Теоретические основы передачи данных Управляемые носители информации Беспроводная связь

Сетевые информационные технологии Теоретические основы передачи данных Ряды Фурье Жан-Батист Фурье: любая периодическая функция x(t) с периодом T может быть разложена в ряд (возможно, бесконечный), состоящий из сумм синусов и косинусов - основная частота (гармоника) 2

Сетевые информационные технологии Теоретические основы передачи данных Сигналы с ограниченным спектром Пример разложения сигнала в ряд Фурье: передача двоичного кода ASCII символа «b» : 01100010 3

Сетевые информационные технологии Теоретические основы передачи данных Сигналы с ограниченным спектром 4

Сетевые информационные технологии Теоретические основы передачи данных Сигналы с ограниченным спектром 5

Сетевые информационные технологии Теоретические основы передачи данных Сигналы с ограниченным спектром При передаче происходит потеря мощности сигнала. Амплитуды передаются без уменьшения в частотном диапазоне от 0 до некой частоты fc fc – частота среза Диапазон частот (0 ÷ fc) – полоса пропускания Полоса пропускания является физической характеристикой среды передачи данных и зависит от конструкции, толщины и длины носителя Фильтр – специальное устройство, включаемое в линию для намеренного уменьшения полосы пропускания, доступной абонентам 6

Сетевые информационные технологии Теоретические основы передачи данных Сигналы с ограниченным спектром Соотношение между скоростью передачи данных и числом гармоник 7

Сетевые информационные технологии Теоретические основы передачи данных Максимальная скорость передачи данных через канал Найквист (1942) доказал, что если произвольный сигнал прошел через низкочастотный фильтр с полосой пропускания Н, то такой отфильтрованный сигнал может быть полностью восстановлен по дискретным значениям этого сигнала, измеренным с частотой 2 Н в секунду. Если сигнал состоит из V дискретных уровней, то уравнение Найквиста будет выглядеть так: максимальная скорость передачи данных = 2 Н log 2 V, бит/с Так, например, бесшумный канал с частотой пропускания в 3 к. Гц не может передавать двоичные (то есть двухуровневые) сигналы на скорости, превосходящей 6000 Кбит/с. 8

Сетевые информационные технологии Теоретические основы передачи данных Максимальная скорость передачи данных через канал При наличии в канале случайного шума ситуация ухудшается. Уровень термодинамического шума в канале измеряется отношением мощности сигнала (S) к мощности шума (N) и называется отношением сигнал/шум (S/N). 10 lg S/N - децибел, д. Б. Главным результатом, который получил Шеннон (1948), было утверждение о том, что максимальная скорость передачи данных в канале с полосой частот H Гц и отношением сигнал/шум, равным S/N, можно вычислить по формуле максимальная скорость передачи данных = H log 2(1+S/N) Например, канал с частотной полосой пропускания в 3000 Гц и отношением мощностей сигнала и термального шума в 30 д. Б (обычные параметры для аналоговой части телефонной системы) никогда не сможет передавать более 30 000 бит/с, независимо от способа модуляции сигнала, то есть количества используемых уровней сигнала, частоты дискретизации и т. д 9

Сетевые информационные технологии Управляемые носители информации Один из самых простых способов перенести данные с одного компьютера на другой – записать их на какой-либо съемный носитель (магнитная лента, DVD, CD и т. д. ), физически перенести носитель к пункту назначения и там прочитать 1 внешний жесткий диск – 250 Гбайт – размер10*12*1 см коробка размером 60*60*60 см - 1800 дисков – 439 Тбайт В пределах 24 часов коробку 60*60*60 можно доставить в любую точку России – скорость передачи данных = 3515 Тбит/86400 с=42 Гбит/с 10

Сетевые информационные технологии Управляемые носители информации Витая пара (a) – UTP категории 3, полоса пропускания 16 МГц (b) – UTP категории 5, полоса пропускания 100 МГц UTP (unshielded twisted pair) – неэкранированная витая пара 11

Сетевые информационные технологии Управляемые носители информации Коаксиальный кабель Полоса пропускания ~1 ГГц 12

Сетевые информационные технологии Управляемые носители информации Волоконная оптика 13

Сетевые информационные технологии Управляемые носители информации Волоконная оптика Поперечное сечение трехжильного оптоволоконного кабеля 14

Сетевые информационные технологии Управляемые носители информации Одномодовая и многомодовая волоконная оптика 15

Сетевые информационные технологии Управляемые носители информации Прохождение света по волокну 16

Сетевые информационные технологии Управляемые носители информации Передача сигнала по оптоволоконному кабелю Два типа источника света: Полупроводниковые лазеры Светоизлучающие диоды (LED) Характеристика Светодиод Полупроводниковый лазер Скорость передачи данных Низкая Высокая Тип волокна Многомодовые или одномодовые Расстояние Короткое Дальнее Срок службы Долгий Короткий Чувствительность к температуре Невысокая Значительная Цена Низкая Высокая Сравнительные характеристики светодиодов и лазеров 17

Сетевые информационные технологии Управляемые носители информации Оптоволоконные сети Оптоволоконное кольцо с активными повторителями 18

Сетевые информационные технологии Управляемые носители информации Оптоволоконные сети Соединение типа «пассивная звезда» 19

Сетевые информационные технологии Беспроводная связь Электромагнитные волны -частота, число электромагнитных колебаний в секунду; - длина волны, расстояние между двумя последовательными максимумами/минимумами; Электромагнитный спектр 20

Сетевые информационные технологии Беспроводная связь Прохождение радиоволн (a) – волны диапазонов VLF, MF огибают неровности поверхности Земли; (b) – волны диапазона HF отражаются от ионосферы 21

Сетевые информационные технологии Беспроводная связь Микроволновый диапазон Микроволны распространяются строго по прямой чем выше ретрансляционные башни, тем больше может быть расстояние между ними Недостатки: Микроволны плохо проходят сквозь здания Расфокусировка Многолучевое затухание 22

Сетевые информационные технологии Беспроводная связь Инфракрасные и миллиметровые волны Инфракрасное излучение не проходит сквозь твердые предметы - применяется только для связи на небольших расстояниях; + нет интерференции с другими подобными системами; + высокая степень защиты от прослушивания 23