Физическая передающая среда это в информатике кратко
Обновлено: 02.07.2024
Отличительные признаки локальной вычислительной сети [1] :
-высокая скорость передачи информации (не менее 10 Мбит/с);
-низкий уровень ошибок передачи (высококачественные каналы связи) - допустимая вероятность ошибок передачи данных - 10 -8 .
высокоэффективный, быстродействующий механизм управления обменом;
-регламентированное количество компьютеров, подключаемых к сети.
При таких свойствах понятно, что глобальные сети отличаются от локальных тем, что они рассчитаны на неограниченное число абонентов. Кроме того, они чаще всего используют не слишком качественные каналы связи и относительно низкую скорость передачи данных, а механизм управления обменом в этих сетях не может быть гарантированно быстрым.
Сегодня достаточно сложно провести четкое разделение между локальными и глобальными сетями - большинство локальных сетей имеет выход в глобальную. Однако характер передаваемой информации, способы организации обмена, режимы доступа к ресурсам внутри локальной сети сильно отличаются от тех, что приняты в глобальной сети. Несмотря на то, что все компьютеры локальной сети включены также и в глобальную сеть, специфики локальной сети это не отменяет. Возможность выхода в глобальную сеть является одним из ресурсов, разделяемых пользователями локальной сети.
По локальной сети может передаваться разнообразная цифровая информация: данные, изображения, голосовой трафик, электронные письма и т.д. Чаще всего локальные сети используются для разделения (совместного использования) таких ресурсов, как дисковое пространство, принтеров и выхода в глобальную сеть, но это всего лишь малая доля тех возможностей, которые предоставляют средства локальных сетей. Например, они позволяют осуществлять обмен информацией между компьютерами разных типов [2] . Полноценными абонентами (узлами) сети могут быть не только компьютеры, но и другие устройства, поддерживающие сетевые технологии - принтеры, плоттеры, сканеры, дисковые массивы. Локальные сети дают также возможность организовать многопроцессорную вычислительную среду на всех компьютерах сети, что ускоряет решение сложных, ресурсоемких задач. С их помощью можно управлять работой технологической системы или исследовательской установки в режиме реального времени с нескольких компьютеров одновременно.
Вместе с тем компьютерные сети имеют и существенные недостатки:
-сеть требует дополнительных, иногда значительных материальных затрат на покупку оборудования, сетевого программного обеспечения, на создание сетевой инфраструктуры и обучение персонала;
-сеть требует приема на работу специалиста (администратора сети), который будет заниматься обеспечением работоспособности сети, ее модернизацией, управлением доступом к сетевым ресурсам, устранением неисправностей, защитой информации, резервным копированием и архивированием данных;
-проводная сеть ограничивает возможности перемещения компьютеров, подключенных к ней, так как в этом случае может понадобиться перекладка соединительных кабелей;
-сеть является средой для распространения компьютерных вирусов, поэтому вопросам защиты от них придется уделять больше внимания, чем в случае автономного использования компьютеров;
-сеть значительно повышает риск несанкционированного доступа к информации (информационная защита требует проведения комплекса, соответствующих организационных и технических мероприятий).
Основные определения и термины
Абонент (узел, хост, станция) - это устройство, подключенное к сети и активно участвующее в информационном обмене. Чаще всего абонентом (узлом) сети является компьютер, но абонентом также может быть сетевой принтер или другое периферийное устройство, имеющее возможность напрямую подключаться к сети.
Сервером называется абонент (узел) сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует их ресурсы. Таким образом, он обслуживает сеть. Выделенный сервер - это сервер, занимающийся только сетевыми задачами. Невыделенный сервер может помимо обслуживания сети выполнять и другие задачи пользователей. Специфический тип сервера - это сетевой принтер.
Клиентом называется абонент сети, который только использует сетевые ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдает. Компьютер-клиент также называют рабочей станцией.
Под сервером и клиентом понимают не только сами компьютеры, но и работающие на них программные приложения. В этом случае то приложение, которое только отдает ресурс в сеть, является сервером, а то приложение, которое только пользуется сетевыми ресурсами - клиентом.
[1] Кондратенко С., Новиков Ю. Основы локальных сетей [Электронный ресурс]
[2] Бабешко, В.Н. Распределенные информационно-вычислительные системы в туманных вычислительных сетях.
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.
Дисциплина: ТЕХНОЛОГИИ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
Физическая передающая среда компьютерных сетей
1. Физическая передающая среда ЛВС
2. Типы сетевых кабелей
1. Коаксиальный кабель.
3. Передача сигналов.
1. Узкополосная передача;
Физическая передающая среда ЛВС
Физическая передающая среда – среда, которая обеспечивает перенос информации между абонентами вычислительной сети.
Одной из основных характеристик линий или каналов связи является скорость
передачи данных (пропускная способность).
Скорость передачи данных - количество бит информации, передаваемой за
Обычно скорость передачи данных измеряется в битах в секунду (бит/с) и кратных
единицах Кбит/с и Мбит/с.
Соотношения между единицами измерения:
Ø 1 Кбит/с =1024 бит/с;
Ø 1 Мбит/с =1024 Кбит/с;
Ø 1 Гбит/с =1024 Мбит/с.
Типы сетевых кабелей.
Существуют различные типы кабелей. Всего их примерно насчитывается более
Среди всех выделяют 3 основных вида:
1. Коаксиальный кабель
Не так давно коаксиальный кабель был самым распространенным типом кабеля.
Это объясняется двумя причинами: во-первых, он был относительно недорогим, легким,
гибким и удобным в применении; во-вторых, широкая популярность коаксиального
кабеля привела к тому, что он стал безопасным и простым в установке.
Самый простой коаксиальный кабель состоит из медной жилы, изоляции, ее
окружающей, экрана в виде металлической оплетки и внешней оболочки.
кабелем с двойной экранизацией. При наличии сильных помех можно воспользоваться
кабелем с учетверенной экранизацией, он состоит из двойного слоя фольги и двойного
слоя металлической оплетки.
Оплетка , ее называют экраном, защищает передаваемые по кабелям данные,
поглощая внешние электромагнитные сигналы, называемые помехами или шумом, таким
образом, экран не позволяет помехам исказить данные.
Электрические сигналы передаются по жиле. Жила – это один провод или пучок
проводов. Жила изготавливается, как правило, из меди.
Проводящая жила и металлическая оплетка не должны соприкасаться, иначе
произойдет короткое замыкание и помехи исказят данные.
Коаксиальный кабель более помехоустойчивый, затухание сигнала в нем меньше,
чем в витой паре.
Затухание – это уменьшение величины сигнала при его передаче по кабелю.
Типы коаксиальных кабелей:
Тонкий коаксиальный кабель – гибкий кабель диаметром около 5 мм. Он применим
практически для любого типа сетей. Подключается непосредственно к плате сетевого
адаптера с помощью Т-коннектора. У коаксиального кабеля разъемы называются BNC коннекторы.
Тонкий коаксиальный кабель способен передавать сигнал на расстоянии 185 м, без его замедленного затухания.
Тонкий коаксиальный кабель относится к группе, которая называется семейством
RG– 58. Основная отличительная особенность этого семейства медная жила.
RG 58/U – сплошная медная жила.
RG 58/U – переплетенные провода.
RG 58 C/U- военный стандарт.
RG 59 – используется для широкополосной передачи.
RG 62 – используется в сетях Archet.
Толстый коаксиальный кабель – это относительно жесткий кабель с диаметром около 1
см. Иногда его называют стандартом Ethernet, потому что этот тип кабеля был
предназначен для данной сетевой архитектуры. Медная жила этого кабеля толще, чем у
тонкого кабеля, поэтому он передает сигналы дальше. Для подключения к толстому
кабелю применяют специальное устройство трансивер.
или пронзающий ответвитель.
Он проникает через изоляционный слой и вступает в контакт с проводящей жилой.
Чтобы подключить трансивер к сетевому адаптеру надо кабель трансивера
подключить к коннектору AUI – порта к сетевой плате.
Итак, коаксиальный кабель подразделятся на два типа: тонкий и толстый. Оба они
имеют медную жилу, окруженную металлической оплеткой, которая поглощает внешние
2. Витая пара
Самая простая пара – это два перевитых вокруг друг друга изоляционных медных
провода. Существует два типа тонкого кабеля: неэкранированная витая пара (UTP) и
экранированная витая пара (STP).
Несколько витых пар часто помещают в одну защитную оболочку. Их количество в
таком кабеле может быть разным. Завивка проводов позволяет избавиться от
электрических помех, наводимых соседними парами и другими источниками (
Неэкранированная витая пара.
Неэкранированная витая пара (спецификация 10 Base T) широко используется в
ЛВС, максимальная длина сегмента составляет 100 м.
Неэкранированная витая пара состоит из 2х изолированных медных проводов.
Существует несколько спецификаций, которые регулируют количество витков на единицу
длины – в зависимости от назначения кабеля.
В соответствии со стандартом EIA/TIA 568, существуют пять основных и две
дополнительных категории кабелей на основе неэкранированной витой пары (UTP):
1) Кабель категории 1 – это обычный телефонный кабель (пары проводов не кручены), по
которому можно передавать только язык. Этот тип кабеля имеет большой разброс
параметров (волнового сопротивления, полосы пропускания, перекрестных
2) Кабель категории 2 – это кабель из крученных пар для передачи данных в полосе
частот до 1 Мгц. В это время он используется очень редко. Стандарт EIA/TIA 568 не
различает кабели категорий 1 и 2.
3) Кабель категории 3 – это кабель для передачи данных в полосе частот до 16 Мгц, что
состоит из крученных пар с девятью витками проводов на метр длины. Кабель
тестируется на все параметры и имеет волновое сопротивление 100 Ом. Это самый
простой тип кабелей, заказной стандартом для локальных сетей. Еще недавно он был
самым распространенным, но в настоящий момент повсеместно вытесняется кабелем
4) Кабель категории 4 – это кабель, который передает данные в полосе частот до 20 Мгц.
Используется редко, потому что не слишком заметно отличается от категории 3.
Стандартом рекомендуется вместо кабеля категории 3 переходить сразу на кабель
категории 5. Кабель категории 4 тестируется на все параметры и имеет волновое
сопротивление 100 Ом. Кабель был создан для работы в сетях по стандарту IEEE
802.5. Кабель категории 5 – в это время самый распространенный кабель,
рассчитанный на передачу данных в полосе частот до 100 Мгц. Состоит из крученных
пар, которые имеют не менее 27 витков на метр длины (8 витков на фут).
Кабель тестируется на все параметры и имеет волновое сопротивление 100 Ом. Рекомендуется
применять его в современных высокоскоростных сетях типа FastEthernetи TPFDDI.
5) Кабель категории 5 приблизительно на 30-50% дороже, чем кабель категории 3.
6) Кабель категории 6 – перспективный тип кабеля для передачи данных в полосе частот
до 200 (или 250) Мгц.
7) Кабель категории 7 – перспективный тип кабеля для передачи данных в полосе частот
Одной из потенциальных проблем для всех типов кабелей являются перекрестные
Перекрестные помехи – это перекрестные наводки, вызванные сигналами в
смежных проводах. Неэкранированная витая пара особенно страдает от этих помех. Для
уменьшения их влияния используют экран.
Экранированная витая пара.
Кабель, экранированной витой пары (STP) имеет медную оплетку, которая
обеспечивает большую защиту, чем неэкранированная витая пара. Пары проводов STP
обмотаны фольгой. В результате экранированная витая пара обладает прекрасной
изоляцией, защищающей передаваемые данные от внешних помех.
Следовательно, STP по сравнению с UTP меньше подвержена воздействию
электрических помех и может передавать сигналы с большей скоростью и на большие
Для подключения витой пары к компьютеру используют коннекторы
Итак, витая пара может быть экранированной и неэкранированной.
Неэкранированная витая пара делится на пять категорий, из которых пятая – наиболее
популярная в сетях. Экранированная витая пара поддерживает передачу сигналов на более
высоких скоростях на большие расстояния.
3. Оптоволоконный кабель
В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим
волокнам в виде модулированных световых импульсов. Это относительно надежный
(защищенный) способ передачи, поскольку электрические сигналы при этом не
передаются. Следовательно, оптоволоконный кабель нельзя скрыть и перехватить данные,
от чего не застрахован любой кабель, проводящий электрические сигналы.
Оптоволоконные линии предназначены для перемещения больших объемов данных
на очень высоких скоростях, так как сигнал в них практически не затухает и не
Оптическое волокно – это чрезвычайно тонкий стеклянный цилиндр, называемый
жилой, покрытый слоем стекла, называемого оболочкой, с иным, чем у жилы,
коэффициентом преломления. Иногда оптоволокно производят из пластика, он проще в
использовании, но имеет худшие характеристики по сравнению со стеклянным.
Каждое стеклянное оптоволокно передает сигналы только в одном направлении,
поэтому кабель состоит из двух волокон с отдельными коннекторами. Одно из них служит
для передачи сигнала, другой для приема.
Передача по оптоволоконному кабелю не подвержена электрическим помехам и
ведется с чрезвычайно высокой скоростью(в настоящее время до 100Мбит/сек,
теоретически возможная скорость – 200000 Мбит/сек). По нему можно передавать данные
на многие километры.
По сравнению с медными проводами оптоволоконный кабель передает данные
быстрее и обеспечивает их большую защиту, но он дороже и требует специальных
навыков для установки.
Передача сигналов.
1. Узкополосная передача
Для передачи по кабелю кодированных сигналов используют две технологии –
узкополосную передачу и широкопосную передачу.
Узкополосные системы – это системы, которые передают данные в виде цифрового сигнала одной частоты.
Сигналы представляют собой дискретные электрические или световые импульсы. При
таком способе вся емкость коммуникационного канала используется для передачи одного
импульса, т. е. цифровой сигнал использует всю полосу пропускания кабеля. Полоса
пропускания – это разница между максимальной и минимальной частотой, которая может
быть передана по кабелю.
Каждое устройство в сетях с узкополосной передачей посылает данные в обоих
направлениях, а некоторые могут и передавать и принимать.
Передвигаясь по кабелю, сигнал постепенно затухает и может исказиться. Чтобы
избежать этого, в узкополосных системах используют репитеры, которые усиливают
сигнал и ретранслируют его в дополнительные сегменты позволяя тем самым увеличить
общую длину кабеля.
2. Широкополосная передача
Широкополосные системы – это системы, которые передают данные в виде аналогового сигнала, который
использует некоторый интервал частот. Сигналы представляют собой непрерывные
электромагнитные или оптические волны. При таком способе сигналы передаются по
физической среде в одном направлении.
Если обеспечить необходимую полосу пропускания, то по одному кабелю
одновременно может идти вещание нескольких систем, таких как, кабельное телевидение
и передача данных.
Каждой передающей системе выделяется часть полосы пропускания. Все
устройства связанные с этой системой, должны быть настроены, таким образом, чтобы
работать именно с выделенной частью полосы пропускания.
Если в узкополосных системах для восстановления сигнала используют репитеры,
то в широкополосных – усилители.
В широкополосной системе сигнал передается только в одном направлении,
поэтому чтобы все устройства могли принимать, и передавать данные, необходимо
обеспечить два пути для прохождения сигнала.
Разработаны два основных решения:
1. Разбить полосу пропускания на два канала, которые работают с различными
частотами; один предназначен для передачи, другой – для приема.
2. Использовать два кабеля; один предназначен для передачи данных, другой -
Итак, существует две технологии передачи данных: узкополосная и
широкополосная. При широкополосной передаче с помощью аналоговых сигналов в
одном кабеле одновременно организуется несколько каналов. При узкополосной передаче
При построении сетей применяются линии связи, в которых используются различные физические среды: подвешенные в воздухе телефонные и телеграфные провода, проложенные под землей и по дну океана медные коаксиальные и волоконно-оптические кабели, опутывающие все современные офисы медные витые пары, всепроникающие радиоволны.
В этой главе рассматриваются общие характеристики линий связи, не зависящие от их физической природы, такие как полоса пропускания, пропускная способность, помехоустойчивость и достоверность передачи. Ширина полосы пропускания является фундаментальной характеристикой канала связи, так как определяет максимально возможную информационную скорость канала, которая называется пропускной способностью канала. Формула Найквиста выражает эту зависимость для идеального канала, а формула Шеннона учитывает наличие в реальном канале шума. Завершает главу рассмотрение конструкций и стандартов современных кабелей, которые составляют основу проводных линий связи.
Классификация линий связи
Линии связи отличаются также физической средой, используемой для передачи информации.
Физическая среда передачи данныхможет представлять собой набор проводников, по которым передаются сигналы. На основе таких проводников строятся проводные (воздушные) или кабельные линии связи (рис. 8.2). В качестве среды также используется земная атмосфера или космическое пространство, через которое распространяются информационные сигналы. В первом случае говорят о проводной среде, а во втором — о беспроводной.
Рис. 8.2. Типы сред передачи данных
В современных телекоммуникационных системах информация передается с помощью электрического тока или напряжения, радиосигналов или световых сигналов — все эти физические процессы представляют собой колебания электромагнитного поля различной частоты.
Проводные (воздушные) линиисвязи представляют собой провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. Еще в недалеком прошлом такие линии связи были основными для передачи телефонных или телеграфных сигналов. Сегодня проводные линии связи быстро вытесняются кабельными. Но кое-где они все еще сохранились и при отсутствии других возможностей продолжают использоваться, в частности, и для передачи компьютерных данных. Скоростные качества и помехозащищенность этих линий оставляют желать много лучшего.
Кабельные линииимеют достаточно сложную конструкцию. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции: электрической, электромагнитной, механической и, возможно, климатической. Кроме того, кабель может быть оснащен разъемами, позволяющими быстро выполнять присоединение к нему различного оборудования. В компьютерных (и телекоммуникационных) сетях применяются три основных типа кабеля: кабели на основе скрученных пар медных проводов — неэкранированнаявитая пара(Unshielded Twisted Pair, UTP) и экранированная витая пара(Shielded Twisted Pair, STP), коаксиальные кабелис медной жилой, волоконно-оптические кабели.Первые два типа кабелей называют также медными кабелями.
Радиоканалыназемной и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн. Существует большое разнообразие типов радиоканалов, отличающихся как используемым частотным диапазоном, так и дальностью канала. Диапазоны широковещательного радио(длинных, средних и коротких волн), называемые также АМ-диапазонами,или диапазонами амплитудной модуляции (Amplitude Modulation, AM), обеспечивают дальнюю связь, но при невысокой скорости передачи данных. Более скоростными являются каналы, использующие диапазоны очень высоких частот(Very High Frequency, VHF), для которых применяется частотная модуляция (Frequency Modulation, FM). Для передачи данных также используются диапазоны ультравысоких частот(Ultra High Frequency, UHF), называемые еще диапазонами микроволн(свыше 300 МГц). При частоте свыше 30 МГц сигналы уже не отражаются ионосферой Земли, и для устойчивой связи требуется наличие прямой видимости между передатчиком и приемником. Поэтому указанные частоты используются в спутниковых или радиорелейных каналах либо в таких локальных или мобильных сетях, в которых это условие выполняется.
В компьютерных сетях сегодня применяются практически все описанные типы физических сред передачи данных. Хорошие возможности предоставляют волоконно-оптические кабели, обладающие широкой полосой пропускания и низкой чувствительностью к помехам. На них сегодня строятся как магистрали крупных территориальных и городских сетей, так и высокоскоростные локальные сети. Популярной средой является также витая пара, которая характеризуется отличным отношением качества к стоимости, а также простотой монтажа. Беспроводные каналы используются чаще всего в тех случаях, когда кабельные линии связи применить нельзя, например при прохождении канала через малонаселенную местность или же для связи с мобильными пользователями сети. Обеспечение мобильности затронуло в первую очередь телефонные сети, компьютерные сети в этом отношении пока отстают. Тем не менее построение компьютерных сетей на основе беспроводных технологий, например Radio Ethernet, считаются сегодня одним из самых перспективных направлений телекоммуникаций. Линии связи на основе беспроводной среды изучаются в главе 10.
Аппаратура передачи данных
Как показано на рис. 8.1, линии связи состоят не только из среды передачи, но и аппаратуры. Даже в том случае, когда линия связи не проходит через первичную сеть, а основана на кабеле, в ее состав входит аппаратура передачи данных.
Аппаратура передачи данных(Data Circuit Equipment, DCE) в компьютерных сетях непосредственно присоединяет компьютеры или коммутаторы к линиям связи и является, таким образом, пограничным оборудованием. Традиционно аппаратуру передачи данных включают в состав линии связи. Примерами DCE являются модемы(для телефонных линий), терминальные адаптеры сетей ISDN, устройства для подключения к цифровым каналампервичных сетей DSU/CSU (Data Service Unit/Circuit Service Unit).
DCE работает на физическом уровне модели OSI, отвечая за передачу информации в физическую среду (в линию) и прием из нее сигналов нужной формы, мощности и частоты. Аппаратура пользователя линии связи, вырабатывающая данные для передачи по линии связи и подключаемая непосредственно к аппаратуре передачи данных, носит обобщенное название оконечное оборудование данных(Data Terminal Equipment, DTE). Примером DTE могут служить компьютеры, коммутаторы и маршрутизаторы. Эту аппаратуру не включают в состав линии связи.
Разделение оборудования на DCE и DTE в локальных сетях является достаточно условным. Например, адаптер локальной сети можно считать как принадлежностью компьютера, то есть оборудованием DTE, так и составной частью канала связи, то есть аппаратурой DCE. Точнее, одна часть сетевого адаптера выполняет функции DTE, а его другая, оконечная его часть, непосредственно принимающая и передающая сигналы, относится к DCE.
Для подключения DCE-устройств к DTE-устройствам (то есть к компьютерам или коммутаторам/маршрутизаторам) существует несколько стандартных интерфейсов[32]. Работают эти устройства на коротких расстояниях друг от друга, как правило, несколько метров.
Промежуточная аппаратураобычно используется на линиях связи большой протяженности. Она решает две основные задачи:
- улучшение качества сигнала;
- создание постоянного составного канала связи между двумя абонентами сети.
В локальных сетях промежуточная аппаратура может совсем не использоваться, если протяженность физической среды — кабелей или радиоэфира — позволяет одному сетевому адаптеру принимать сигналы непосредственно от другого сетевого адаптера без дополнительного усиления. В противном случае применяется промежуточная аппаратура, роль которой здесь играют устройства типа повторителейи концентраторов.
В глобальных сетях необходимо обеспечить качественную передачу сигналов на расстояния в сотни и тысячи километров. Поэтому без усилителей(повышающих мощность сигналов) и регенераторов(наряду с повышением мощности восстанавливающих форму импульсных сигналов, исказившихся при передаче на большое расстояние), установленных через определенные расстояния, построить территориальную линию связи невозможно.
В первичных сетях помимо упомянутого оборудования, обеспечивающего качественную передачу сигналов, необходима промежуточная коммутационная аппаратура — мультиплексоры(MUX), демультиплексорыи коммутаторы.Эта аппаратура создает между двумя абонентами сети постоянный составной канал из отрезков физической среды — кабелей с усилителями.
В зависимости от типа промежуточной аппаратуры все линии связи делятся на аналоговые и цифровые. В аналоговых линияхпромежуточная аппаратура предназначена для усиления аналоговых сигналов, то есть сигналов, которые имеют непрерывный диапазон значений. Такие линии связи традиционно применялись в телефонных сетях с целью связи телефонных коммутаторов между собой. Для создания высокоскоростных каналов, которые мультиплексируют несколько низкоскоростных аналоговых абонентских каналов, при аналоговом подходе обычно используется техника частотного мультиплексирования (Frequency Division Multiplexing, FDM).
В цифровых линияхсвязи передаваемые сигналы имеют конечное число состояний. Как правило, элементарный сигнал, то есть сигнал, передаваемый за один такт работы передающей аппаратуры, имеет 2,3 или 4 состояния, которые в линиях связи воспроизводятся импульсами или потенциалами прямоугольной формы. С помощью таких сигналов передаются как компьютерные данные, так и оцифрованные речь и изображение (именно благодаря одинаковому способу представления информации современными компьютерными, телефонными и телевизионными сетями стало возможным появление общих для всех первичных сетей). В цифровых линиях связи используется специальная промежуточная аппаратура — регенераторы, которые улучшают форму импульсов и восстанавливают период их следования. Промежуточная аппаратура мультиплексирования и коммутации первичных сетей работает по принципу временного мультиплексирования каналов (Time Division Multiplexing, TDM).
Физический уровень — это нижний уровень OSI модели взаимодействия открытых систем. Его задача — передача потока бит по среде передачи данных. Физический уровень не вникает в смысл информации которую передает и никак ее не анализирует. Единица передачи данных на физическом уровне называется бит. Основная задача физического уровня представить биты информации в виде сигналов, которые передаются по среде передачи данных.
p, blockquote 1,0,0,0,0 -->
p, blockquote 2,0,0,0,0 -->
У нас есть некий цифровой сигнал, мы передаем его в среду. Но из-за того, что в среде передачи данных происходят искажения, сигнала, то получатель принимает не такой хороший сигнал, как мы отправили, а примерно как тот, что изображен на картинке ниже. И получатель по этому сигналу должен определить, что же ему передал отправитель.
p, blockquote 3,0,0,0,0 -->
p, blockquote 4,0,0,0,0 -->
Модель канала связи
p, blockquote 5,0,0,0,0 -->
p, blockquote 6,0,1,0,0 -->
У канала связи есть важные для нас характеристики:
В зависимости от направления по которому можно передавать данные, КС бывают 3 типов:
- Симплексный КС по которому можно передавать данные только в одну сторону;
- Дуплексный, можно передавать данные в обе стороны одновременно;
- Полудуплексный, можно передавать данные в обе стороны, но по очереди.
Среды передачи данных
В сетях раньше использовалось и используется сейчас большое количество разных сред передачи данных. Используются кабели разных типов. Исторически первыми появились телефонные кабели и они же использовались для передачи данных на раннем этапе развития компьютерных сетей.
p, blockquote 9,0,0,0,0 -->
В технологии классический Ethernet использовался коаксиальный, медный кабель, такие кабели еще недавно широко использовались для подключения антенн к телевизорам.
p, blockquote 10,0,0,0,0 -->
Сейчас для построения компьютерных сетей, используются скрученные между собой медные кабели, которые называются витая пара.
p, blockquote 11,0,0,0,0 -->
А также оптические кабели для передачи данных по которым используется свет. Есть технологии, которые позволяют передавать данные прямо по проводам электропитания, которые подходят к розеткам ваших домов. Для этого можно использовать специальные методы модуляции, но они применяются очень редко.
p, blockquote 12,0,0,0,0 -->
Сейчас все большей и большей популярностью пользуются беспроводные технологии. В сетях сотовой связи и вай фай сетях для передачи данных используют радиоволны, а также используется инфракрасное излучение.
p, blockquote 13,1,0,0,0 -->
Возможны использование для передачи данных спутниковые каналы связи (КС), однако такие КС дорогие и скорость таких каналов значительно уступают скорости передачи данных по оптическим кабелям.
p, blockquote 14,0,0,0,0 -->
Также существуют технологии, которые позволяют использовать лазеры, для передачи данных без кабелей. Но сейчас они применяются редко из-за низкой скорости и большого количества помех. Таким образом, сейчас для построения сетей чаще всего используют витую пару, оптические кабели и радиоволны.
p, blockquote 15,0,0,0,0 -->
Витая пара
Витая пара представляет из себя набор медных кабелей в одной оболочке. Кабели попарно скручены между собой, для того, чтобы меньше создавалось помех. В одном кабеле, как правило, находится 4 витые пары. Раньше разные витые пары использовались для передачи данных в разные стороны, но теперь передача данных по все четырем парам проводов выполняется в двух направлениях одновременно.
p, blockquote 16,0,0,0,0 -->
p, blockquote 17,0,0,0,0 -->
Оптический кабель
В оптических кабелях для передачи данных используются тонкие световоды. Каждый световод покрывается защитной оболочкой и несколько световодов объединяются в один кабель.
p, blockquote 18,0,0,0,0 -->
p, blockquote 19,0,0,0,0 -->
Радиоволны
Сейчас всё больше и больше для передачи данных используются беспроводные технологии на основе радиоволн. В отличии от кабелей, сигнал в беспроводной среде распространяется по разным направлениям. Один и тот же сигнал могут принимать несколько приемников.
p, blockquote 20,0,0,1,0 -->
Если несколько источников радиоволн рядом друг с другом, то эти сигналы искажаются, поэтому использование радиоволн, регулируется законодательством. И разные раздел спектра выделены для использования различными технологиями.
p, blockquote 21,0,0,0,0 -->
Например, для сотовой связи стандарта GSM, который популярен сейчас в России используется диапазон 900 МГц. Однако этот диапазон не может использовать кто угодно, для этого необходимо сначала купить лицензию у государства.
p, blockquote 22,0,0,0,0 -->
Для работы сетей вайфай используется два диапазона 2.4 ГГц и 5 ГГц. Это специальные диапазоны, частоты в которых можно использовать без получения лицензии, поэтому вы можете спокойно устанавливать у себя wi-fi роутер не спрашивая ни у кого разрешение.
p, blockquote 23,0,0,0,0 -->
Ошибки в каналах связи
Количество ошибок в трех популярных средах передачи данных отличаются друг от друга значительно. Меньше всего ошибок возникает в оптическом кабеле. Как то повлиять на свет, который идет внутри темной оболочки очень сложно. В медных кабелях ошибки тоже возникают, но достаточно редко. А в беспроводной среде, ошибки напротив возникают очень часто. Частота возникновения ошибок в среде передачи данных, учитывалась при создании сетевых технологий, которые используют эту среду.
p, blockquote 24,0,0,0,0 -->
Представление информации
Для представления информации в виде сигналов которые будут передаваться по каналам связи, есть два подхода. Первый подход это прямоугольные импульсы или цифровые, а второй синусоидальные волны или аналоговый.
p, blockquote 25,0,0,0,0 -->
Цифровые сигналы используются при передаче данных по медным проводам. Самый простой способ цифрового представления использовать 0 отсутствием напряжения, а 1 повышенным уровнем напряжения, однако, на практике применяются более сложные схемы. Для представления информации в аналоговом виде используется модуляция. Можно менять частоту сигнала, фазу и амплитуду.
p, blockquote 26,0,0,0,0 -->
Заключение
Задача физического уровня передавать поток бит по среде передачи данных. Сейчас для построения компьютерных сетей используют медные, оптические кабели и радиоволны.
Читайте также: