ТЕМА 9 ФИЗИЧЕСКИЕ СРЕДЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ Введение

ТЕМА 9. ФИЗИЧЕСКИЕ СРЕДЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Введение Под средой передачи данных понимают физическую субстанцию, по которой происходит передача электрических сигналов, использующихся для переноса той или иной информации, представленной в цифровой форме. Среда передачи данных может быть естественной и искусственной. Естественная среда - это существующая в природе среда; чаще всего естественной средой для передачи сигналов является атмосфера Земли, но возможно также использование других сред - безвоздушного пространства, воды, грунта, корабельного корпуса и т. д. 2

Введение Искусственные среды - устройства, которые были специально изготовлены для использования в качестве среды передачи данных. Представителями искусственной среды являются, например, электрические и оптоволоконные (оптические) кабели. При построении локальных сетей необходимо определиться, при помощи какого носителя (среды) будут передаваться сигналы. 3

Искусственные среды Типичными и наиболее распространенными представителями искусственной среды передачи данных являются кабели. При создании сети передачи данных выбор осуществляется из следующих основных видов кабелей: оптоволоконный (fiber), коаксиал (coaxial) и витая пара (twisted pair). При этом и коаксиал (коаксиальный кабель), и витая пара для передачи сигналов используют металлический проводник, а оптоволоконный кабель - световод, сделанный из стекла или пластмассы. 4

Коаксиальный кабель Электрические цепи коаксиальных кабелей образуются двумя цилиндрическими токопроводящими жилами. Одна жила представляет собой сплошной цилиндрический провод, а вторая — полый цилиндр. Причем первый провод располагается концентрически внутри второго. Внутренний проводник, как правило, изготавливается из меди, а внешний — в виде тонкой трубки из меди или алюминия. Потери на излучение в коаксиальном кабеле практически отсутствуют, также обеспечивается защита от внешних помех. 5

Коаксиальный кабель 6

Коаксиальный кабель Внешний вид коаксиального кабеля 7

Коаксиальный кабель широко использовался на ранних этапах построения компьютерных сетей, а в настоящее время используется главным образом в сетях кабельного телевидения. Основной характеристикой является волновое сопротивление. В зависимости от этой величины и толщины коаксиальный кабель делится на несколько категорий. 8

Коаксиальный кабель Наиболее распространённые категории кабеля: RG-8 и RG-11, 50 Ом. Использовался для построения сетей Ethernet по стандарту 10 Base-5, «Толстый Ethernet» (Thicknet). Около 12 миллиметров (0. 5 дюйма) в диаметре Диаметр центрального медного провода 2, 17 мм. Передачу данных можно было осуществлять на расстояние до 500 метров со скоростью 10 Мбит/с. 9

Коаксиальный кабель RG-58. Использовался для построения сетей Ethernet по стандарту 10 Base-2, «Тонкий Ethernet» (Thinnet). Около 5 миллиметров (0. 2 дюйма) в диаметре. Диаметр центрального медного провода 0, 89 мм. Передачу данных можно было осуществлять на расстояние до 185 метров со скоростью 10 Мб/с. RG-59 — телевизионный кабель, 50 Ом. Российский аналог РК-50 (радио-кабель); RG-59/U — телевизионный кабель , 75 Ом. Российский аналог РК-75 10

Витая пара (twisted pair) — кабель связи, который представляет собой витую пару медных проводов (или несколько пар проводов), заключенных в экранированную оболочку. Пары проводов скручиваются между собой с целью уменьшения наводок. Витая пара является достаточно помехоустойчивой. Существует два основных типа этого кабеля: неэкранированная витая пара UTP и экранированная витая пара STP. 11

Витая пара Характерным для этого кабеля является простота монтажа. Данный кабель является самым дешевым и распространенным видом связи, который нашел широкое применение в самых распространенных локальных сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа «звезда» . Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи коннектора RJ 45. 12

Витая пара Кабель используется для передачи данных на скорости 10, 100 и 1000 Мбит/с. Витая пара обычно используется для связи на расстояние не более нескольких сот метров. К недостаткам кабеля "витая пара" можно отнести возможность простого несанкционированного подключения к сети. 13

Витая пара Неэкранированная витая пара (Unshielded Twisted Pair - UTP). Неэкранированная витая пара представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), для уменьшения взаимных наводок при передаче сигнала, и покрытых пластиковой оболочкой. 14

Витая пара 15

Витая пара В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в установке, является самой распространённой средой передачи данных для построения локальных сетей. Существует несколько категорий UTP, которые определяют эффективный пропускаемый частотный диапазон. Волновое сопротивление UTP составляет 100 Ом. Категории неэкранированной витой пары описываются в стандарте EIA/TIA 568 (Американский стандарт проводки в коммерческих зданиях). 16

Витая пара В компьютерных сетях используются следующие категории UTP: UTP CAT 3. 4 -х парный кабель, использовался при построении локальных сетей 10 BASE-T и token ring, поддерживает скорость передачи данных до 10 Мбит/с. UTP САТ 5. 4 -х парный кабель, используется в сетях 100 Base-TX, которые являются наиболее распространённой разновидностью 100 Мбит/с Ethernet. 17

Витая пара UTP CAT 5 e. Усовершенствованная UTP CAT 5. Полоса частот 125 МГц, используется в сетях 1000 BASE-T. UTP CAT 6. 4 -х парный кабель, используется в сетях Gigabit Ethernet. По данным IEEE, 70 % установленных сетей в мире используют кабель категории CAT 6. Используется в сетях 1000 Base-TX. CAT 6 е. Полоса частот 500 МГц, 4 -х парный кабель. 18

Витая пара Экранированная витая пара (Shielded Twisted Pair - STP). Кабель экранированной витой пары (STP) экранирован посредством фольги или оплётки, кроме того, каждая пара STP экранирована посредством фольги. В результате STP по сравнению с UTP меньше подвержена воздействию помех. STP CAT 7 используется в сетях 10 GBASE-T. 19

Витая пара 20

Витая пара Фольгированная витая пара (Foiled Twisted Pair FTP). Гибрид UTP и STP. В FTP кабель экранирован, но отдельные пары не экранируются. 21

Оптоволоконный кабель (fiber optic) – это оптическое волокно на кремниевой или пластмассовой основе, заключенное в материал с низким коэффициентом преломления света, который закрыт внешней оболочкой. Оптическое волокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон. На передающем конце оптоволоконного кабеля требуется преобразование электрического сигнала в световой, а на приемном конце обратное преобразование. 22

Оптоволоконный кабель Основное преимущество этого типа кабеля – чрезвычайно высокий уровень помехозащищенности и отсутствие излучения. Несанкционированное подключение очень сложно. Скорость передачи данных - до 3 Гбит/c. Основные недостатки оптоволоконного кабеля – это сложность его монтажа, небольшая механическая прочность и чувствительность к ионизирующим излучениям. 23

Оптоволоконный кабель 24

Сравнение кабельных сред Характеристика Тонкий Толстый коаксиальный кабель Витая пара Оптоволоконный кабель Эффективная длина кабеля 185 м 500 м 100 м 2 км Скорость передачи 10 Мбит/с 1 Гбит/с > 3 Гбит/с Гибкость Довольно гибкий Менее гибкий Самый гибкий Не гибкий Подверженность помехам Защищен хорошо Подвержен Не подвержен помехам 25

Беспроводные каналы передачи данных Радиорелейные каналы передачи данных. Радиорелейные каналы связи состоят из последовательности станций, являющихся ретрансляторами. Связь осуществляется в пределах прямой видимости, дальность между соседними станциями - до 50 км. Цифровые радиорелейные линии связи (ЦРРС) применяются в качестве региональных и местных систем связи и передачи данных, а также для связи между базовыми станциями сотовой связи. 26

Беспроводные каналы передачи данных Спутниковые каналы передачи данных. В спутниковых системах используются антенны СВЧ-диапазона частот для приема радиосигналов от наземных станций и ретрансляции этих сигналов обратно на наземные станции. В спутниковых сетях используются три основных типа спутников, которые находятся на геостационарных орбитах, средних или низких орбитах. Спутники запускаются, как правило, группами. Разнесенные друг от друга они могут обеспечить охват почти всей поверхности Земли. 27

Беспроводные каналы передачи данных Работа спутникового канала передачи данных 28

Беспроводные каналы передачи данных Сотовые каналы передачи данных. Радиоканалы сотовой связи строятся по тем же принципам, что и сотовые телефонные сети. Сотовая связь - это беспроводная телекоммуникационная система, состоящая из сети наземных базовых приемо-передающих станций и сотового коммутатора (или центра коммутации мобильной связи). 29

Беспроводные каналы передачи данных 30

Беспроводные каналы передачи данных Базовые станции подключаются к центру коммутации, который обеспечивает связь, как между базовыми станциями, так и с другими телефонными сетями и с глобальной сетью Интернет. По выполняемым функциям центр коммутации аналогичен обычной АТС проводной связи. 31

Беспроводные каналы передачи данных Поколение 1 G 2 G 2, 5 G 3 G 3, 5 G 4 G Начало разработок 1970 1985 1990 <2000 Реализация 1984 1991 1999 2002 2006 -2007 2008 -2010 аналоговый стандарт, речевые сообщения цифровой стандарт, поддержка коротких сообщений (SMS), передача данных со скоростью до 9, 6 кбит/с большая ёмкость, пакетная передача данных, увеличение скорости сетей второго поколения ещё большая ёмкость, скорости до 2 Мбит/с увеличение скорости сетей третьего поколения большая ёмкость, IPориентирова нная сеть, поддержка мультимедиа, скорости до сотен мегабит в секунду 9, 6 -14, 4 кбит/с 115 кбит/с (1 фаза), 384 кбит/с (2 фаза) 2 Мбит/с 3 -14 Мбит/с 100 Мбит/с - 1 Гбит/с HSDPA, HSUPA, HSPA, HSPA+ LTEAdvanced, Wi. Max Release 2 (IEEE 802. 16 m), Wireless. MANAdvanced Сервисы Скорость передачи Стандарты 1, 9 кбит/с AMPS, TACS, NMT TDMA, CDMA, GSM, PDC GPRS, EDGE (2. 75 G), 1 x. RTT WCDMA, CDMA 2000, UMTS 32

Беспроводные каналы передачи данных Радиоканалы передачи данных для локальных сетей. Стандартом беспроводной связи для локальных сетей является технология Wi-Fi. Wi. Fi обеспечивает подключение в двух режимах: точка-точка (для подключения двух ПК) и инфраструктурное соединение (для подключения несколько ПК к одной точке доступа). Скорость обмена данными до 11 Mбит/с при подключении точка-точка и до 300 Мбит/с при инфраструктурном соединении. 33

Беспроводные каналы передачи данных 34

Беспроводные каналы передачи данных Преимущества Wi-Fi: Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, что может уменьшить стоимость развёртывания и/или расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями. Wi-Fi устройства широко распространены на рынке. Гарантируется совместимость оборудования благодаря обязательной сертификации оборудования с логотипом Wi-Fi. Мобильность. Излучение от Wi-Fi устройств в момент передачи данных на порядок (в 10 раз) меньше, чем у сотового телефона. 35

Беспроводные каналы передачи данных Недостатки Wi-Fi: В диапазоне 2, 4 GHz работает множество устройств, таких как устройства, поддерживающие Bluetooth, и др, и даже микроволновые печи, что ухудшает электромагнитную совместимость. Реальная скорость зависит от доли служебного трафика, которая зависит уже от наличия между устройствами физических преград (мебель, стены), наличия помех от других беспроводных устройств или электронной аппаратуры, расположения устройств относительно друга и т. п. Стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан даже при правильной конфигурации (из-за слабой стойкости алгоритма). 36

Беспроводные каналы передачи данных Недостатки Wi-Fi: Новые устройства поддерживают более совершенные протоколы шифрования данных WPA и WPA 2. Обе схемы требуют более стойкий пароль, чем те, которые обычно назначаются пользователями. На данный момент основным методом взлома WPA 2 является подбор пароля, поэтому рекомендуется использовать сложные цифробуквенные пароли для того, чтобы максимально усложнить задачу подбора пароля. В режиме точка-точка (Ad-hoc) стандарт предписывает лишь реализовать скорость 11 Мбит/сек (802. 11 b). Шифрование WPA 2 недоступно, только легковзламываемый WEP. 37

Беспроводные каналы передачи данных Радиоканалы передачи данных Wi. MAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) аналогичны Wi-Fi. Wi. MAX, в отличие от традиционных технологий радиодоступа, работает и на отраженном сигнале, вне прямой видимости базовой станции. Эксперты считают, что мобильные сети Wi. MAX открывают гораздо более интересные перспективы для пользователей, чем фиксированный Wi. MAX, предназначенный для корпоративных заказчиков. Информацию можно передавать на расстояния до 50 км со скоростью до 70 Мбит/с. 38

Беспроводные каналы передачи данных 39

Беспроводные каналы передачи данных Радиоканалы передачи данных Bluetooth - это технология передачи данных на короткие расстояния (10 -100 м) и может быть использована для создания домашних сетей. Скорость передачи данных не превышает 24 Мбит/с. 40

Беспроводные каналы передачи данных Технология Стандарт Использование Пропускная способность Радиус действия Частоты Wi-Fi 802. 11 a WLAN до 54 Мбит/с до 300 метров 5, 0 ГГц Wi-Fi 802. 11 b WLAN до 11 Мбит/с до 300 метров 2, 4 ГГц Wi-Fi 802. 11 g WLAN до 54 Мбит/с до 300 метров 2, 4 ГГц до 300 Мбит/с (в 2, 4 — 2, 5 или 5, 0 перспективе до до 300 метров ГГц 600 Мбит/с) Wi-Fi 802. 11 n WLAN Wi. Max 802. 16 d WMAN до 75 Мбит/с 25 -80 км 1, 5 -11 ГГц Wi. Max 802. 16 e Mobile WMAN до 40 Мбит/с 1 -5 км 2, 3 -13, 6 ГГц 802. 16 m до 1 Гбит/с WMAN, Mobile (WMAN), до 100 WMAN Мбит/с (Mobile WMAN) 120 -150 км (стандарт в разработке) нд (стандарт в разработке) Wi. Max 2 41

Беспроводные каналы передачи данных Технология Стандарт Использование Пропускная способность Радиус действия Частоты Bluetooth v. 1. 1 802. 15. 1 WPAN до 1 Мбит/с до 10 метров 2, 4 ГГц Bluetooth v. 2. 0 802. 15. 3 WPAN до 2, 1 Мбит/с до 100 метров 2, 4 ГГц Bluetooth v. 3. 0 802. 11 WPAN от 3 Мбит/с до до 100 метров 24 Мбит/с 2, 4 ГГц Инфракрасная линия связи Ir. Da WPAN до 16 Мбит/с от 5 до 50 сантиметров, Инфракрасное односторонняя излучение связь — до 10 метров 42