Типовими та найпоширенішими представниками штучного середовища передачі даних є кабелі. При створенні мережі передачі даних вибір здійснюється з основних видів кабелів: волоконно-оптичний (fiber), коаксіал (coaxial) і кручена пара (twisted pair). При цьому і коаксіал (коаксіальний кабель), і кручена пара для передачі сигналів використовують металевий провідник, а волоконно-оптичний кабель - світловод, виготовлений зі скла або пластмаси.
Фізичний канал, що спільно використовується декількома інтерфейсами, називають розділеним. Часто використовують термін розділяється середовище передачі.
Запитання 22.
Класифікація методів доступу до середовища передачі даних, що розділяється.
1. Випадкові методи доступу (Ethernet)
2. Детерміновані (Token bus, Token ring)
Випадкові: доступ до середовища здійснюється в будь-який момент часу не залежно від інших абонентів мережі.
Детерм.: доступ до середовища здійснюється тільки в певні моменти часу за наявності дозволу.
Основним недоліком випадкових методів доступу є наявність колізій.
Основним плюсом детермінованого методу є незалежність часу передачі від завантаження.
Запитання 23.
Випадковий метод доступу до CSMA/CD. Алгоритм роботи Ефективність.
У мережах Ethernet використовується метод доступу до середовища передачі даних, званий методом колективного доступу з розпізнаванням несучої та виявленням колізій (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA/CD).
Цей метод застосовується виключно у мережах з логічною загальною шиною (до яких належать і радіомережі, що породили цей метод). Всі комп'ютери такої мережі мають безпосередній доступ до загальної шини, тому вона може бути використана для передачі між будь-якими двома вузлами мережі. Одночасно всі комп'ютери мережі мають можливість негайно (з урахуванням затримки розповсюдження сигналу за фізичним середовищем) отримати дані, які кожен із комп'ютерів почав передавати на загальну шину (рис. 3.3). Простота схеми підключення – це один із факторів, що визначили успіх стандарту Ethernet. Кажуть, що кабель, до якого підключені всі станції, працює у режимі колективного доступу (Multiply Access, MA).
Мал. 3.3.Метод випадкового доступу CSMA/CD
Етапи доступу до середовища
Всі дані, що передаються по мережі, поміщаються у кадри певної структури та забезпечують унікальну адресу станції призначення.
Щоб отримати можливість передавати кадр, станція повинна переконатися, що середовище, що розділяється, вільна. Це досягається прослуховуванням основної гармоніки сигналу, яка також називається частотою, що несе (carrier-sense, CS). Ознакою незайнятості середовища є на ній несучої частоти, яка при манчестерському способі кодування дорівнює 5-10 МГц, залежно від послідовності одиниць і нулів, що передаються в даний момент.
Якщо середовище вільне, то вузол має право розпочати передачу кадру. Цей кадр зображено на рис. 3.3 першим. Вузол 1 виявив, що середовище вільне, і почав передавати свій кадр. У класичній мережі Ethernet на коаксіальному кабелі сигнали передавача вузла 1 поширюються в обидві сторони, тому всі вузли мережі їх отримують. Кадр даних завжди супроводжується преамбулою (preamble),яка складається з 7 байт, що складаються з значень 10101010, і 8-го байта, що дорівнює 10101011. Преамбула потрібна для входження приймача в побітовий та побайтовий синхронізм з передавачем.
Всі станції, підключені до кабелю, можуть розпізнати факт передачі кадру, і та станція, яка дізнається власну адресу в заголовках кадру, записує його вміст у свій внутрішній буфер, обробляє отримані дані, передає їх вгору своїм стеком, а потім посилає по кабелю кадр -відповідь. Адреса станції джерела міститься у вихідному кадрі, тому станція-одержувач знає, кому потрібно надіслати відповідь.
Вузол 2 під час передачі кадру вузлом 1 також намагався почати передачу свого кадру, проте виявив, що середовище зайняте – на ній присутня несуча частота, – тому вузол 2 змушений чекати, поки вузол 1 не припинить передачу кадру.
Після закінчення передачі кадру всі вузли мережі повинні витримати технологічну паузу (Inter Packet Gap) 9,6 мкс. Ця пауза, звана також міжкадровим інтервалом, потрібна для приведення мережевих адаптерів у вихідний стан, а також для запобігання монопольному захопленню середовища однією станцією. Після закінчення технологічної паузи вузли мають право розпочати передачу свого кадру, оскільки середовище вільне. Через затримки розповсюдження сигналу по кабелю не всі вузли суворо одночасно фіксують факт закінчення передачі кадру вузлом. 1.
У наведеному прикладі вузол 2 дочекався закінчення передачі кадру вузлом 1, зробив паузу 9,6 мкс і почав передачу свого кадру.
Виникнення колізії
При описаному підході можлива ситуація, коли дві станції одночасно намагаються передати кадр даних із загального середовища. Механізм прослуховування середовища та пауза між кадрами не гарантують виникнення такої ситуації, коли дві чи більше станції одночасно вирішують, що середовище вільне, і починають передавати свої кадри. Говорять, що при цьому відбувається колізія (collision),так як вміст обох кадрів стикається на загальному кабелі і відбувається спотворення інформації - методи кодування, які використовуються в Ethernet, не дозволяють виділяти сигнали кожної станції із загального сигналу.
ПРИМІТКАЗауважимо, що цей факт відображено у складовій «Base(band)», яка є в назвах усіх фізичних протоколів технології Ethernet (наприклад, 10Base-2,10Base-T тощо). Baseband network означає мережу з немодульованою передачею, в якій повідомлення пересилаються в цифровій формі єдиним каналом, без частотного поділу.
Колізія – це нормальна ситуація у роботі мереж Ethernet. У прикладі, зображеному на рис. 3.4 колізію породила одночасна передача даних вузлами 3 і У. Для виникнення колізії не обов'язково, щоб кілька станцій почали передачу абсолютно одночасно, така ситуація малоймовірна. Набагато ймовірніше, що колізія виникає через те, що один вузол починає передачу раніше за інший, але до другого вузла сигнали першого просто не встигають дійти до того часу, коли другий вузол вирішує почати передачу свого кадру. Тобто колізії – це наслідок розподіленого характеру мережі.
Щоб коректно обробити колізію, всі станції одночасно спостерігають за сигналами, що виникають на кабелі. Якщо сигнали, що передаються і спостерігаються, відрізняються, то фіксується виявлення колізії (collision detection, CD).Для збільшення ймовірності якнайшвидшого виявлення колізії всіма станціями мережі станція, яка виявила колізію, перериває передачу свого кадру (у довільному місці, можливо, і не на межі байта) і посилює ситуацію колізії посилкою до мережі спеціальної послідовності з 32 біт, званої jam-послідовністю.
Мал. 3.4.Схема виникнення та поширення колізії
Після цього колізію передавальна станція зобов'язана припинити передачу і зробити паузу протягом короткого випадкового інтервалу часу. Потім вона може спробувати захоплення середовища і передачі кадру. Випадкова пауза вибирається за таким алгоритмом:
Пауза = L * (інтервал відстрочки),
де інтервал відстрочки дорівнює 512 бітовим інтервалам (в технології Ethernet прийнято всі інтервали вимірювати в бітових інтервалах; бітовий інтервал позначається як bt і відповідає часу між появою двох послідовних біт даних на кабелі; для швидкості 10 Мбіт/с величина бітового інтервалу дорівнює або 100 нс);
L являє собою ціле число, вибране з рівною ймовірністю діапазону , де N - номер повторної спроби передачі даного кадру: 1,2,..., 10.
Після 10-ї спроби інтервал, з якого вибирається пауза, не збільшується. Таким чином, випадкова пауза може набувати значення від 0 до 52,4 мс.
Якщо 16 послідовних спроб передачі кадру викликають колізію, передавач повинен припинити спроби і відкинути цей кадр.
З опису методу доступу видно, що він носить імовірнісний характер, і можливість успішного отримання у своє розпорядження загального середовища залежить від завантаженості мережі, тобто від інтенсивності виникнення станціях потреби передачі кадрів. При створенні цього в кінці 70-х років передбачалося, що швидкість передачі у 10 Мбіт/с дуже висока проти потребами комп'ютерів у взаємному обміні даними, тому завантаження мережі буде завжди невеликий. Це припущення залишається іноді справедливим і донині, проте вже з'явилися програми, що працюють у реальному масштабі часу з мультимедійною інформацією, які завантажують сегменти Ethernet. При цьому колізії виникають набагато частіше. При значній інтенсивності колізій корисна пропускна спроможність мережі Ethernet різко падає, оскільки мережу майже завжди зайнята повторними спробами передачі кадрів. Для зменшення інтенсивності виникнення колізій потрібно або зменшити трафік, скоротивши, наприклад, кількість вузлів у сегменті або замінивши програми, або підвищити швидкість протоколу, наприклад, перейти на Fast Ethernet.
Слід зазначити, що метод доступу CSMA/CD взагалі не гарантує станції, що вона зможе отримати доступ до середовища. Звичайно, при невеликому завантаженні мережі ймовірність такої події невелика, але при коефіцієнті використання мережі, що наближається до 1, така подія стає вірогідною. Цей недолік методу випадкового доступу – плата за його надзвичайну простоту, яка зробила технологію Ethernet найдешевшою. Інші методи доступу – маркерний доступ мереж Token Ring та FDDI, метод Demand Priority мереж 100VG-AnyLAN – вільні від цього недоліку.
Поняття середовища передачі даних
Під середовищем передачі даних слід розуміти набір обладнання за допомогою
Якого здійснюється взаємодія між учасниками з'єднання у межах
Сеанс зв'язку.
У найпростішому випадку середовище передачі може бути реалізована у вигляді кабелю
(єдиного або у складі групи) та/або використовувати якийсь із видів
Бездротові технології.
Для використання кабелю в комп'ютерній мережі повинні бути описані однозначно:
Тип кабельної системи та її фізичні характеристики;
Форми та рівні інформаційного сигналу;
Способи розгалуження середовища передачі та підключення до неї;
Вимоги до мережного обладнання.
При використанні бездротових технологій обмежень та вимог ще більше,
Оскільки кожне з цих середовищ має особливі способи кодування, декодування та
Застосування сигналу у середовищі.
Зазвичай середовище передачі працює в одному з наступних режимів:
Симплексна передача Однонаправлений канал, сигнали проходять по ньому завжди
Лише в одному напрямку.
Напівдуплексна передача. Сигнали можуть передаватися в обох напрямках по
Єдиному каналу зв'язку, але в кожний момент часу сигнали передаються лише
В один бік.
Дуплексна передача Даний спосіб реалізує повноцінний двосторонній зв'язок
Єдиний канал зв'язку.
Властивості середовища передачі визначають рівень захисту сигналів, що передаються від
Перешкоди. Перешкоди бувають таких типів:
Електромагнітні перешкоди є вторгненням стороннього
Електромагнітний сигнал, що порушує форму корисного сигналу. Коли у корисний
Сигнал додається зовнішні перешкоди, що приймає комп'ютер не може правильно
Інтерпретувати сигнал.
Радіочастотні перешкоди є сигналами радіопередавачів та інших
пристроїв, що генерують сигнали на радіочастотах. До них належать також
Процесори та дисплеї комп'ютерів. Радіочастотним вважається електромагнітне
Випромінювання на частотах від 10 КГц до 100 ГГц. Випромінювання на частотах від 2 до 10 ГГц
Називається також мікрохвильовим.
Вплив радіочастотних перешкод усувається за допомогою перешкодозахисних фільтрів,
Застосовуваних у різних типахмереж.
Перехресні перешкоди. До цього типу перешкод відносяться сигнали проводів,
Розташованих з відривом кількох міліметрів друг від друга. Протікає по
Провід електричний струм створює електромагнітне поле, яке генерує
Сигнали в іншому дроті, розташованому поряд. Досить часто, розмовляючи по
Телефону можна почути приглушені розмови інших людей. Причиною цього
Є перехресні перешкоди.
Перехресні перешкоди значно зменшуються, якщо скрутити два дроти, як це
Зроблено у кручений пари. Чим більше витків посідає одиницю довжини, тим менше
Вплив перешкод.
Згасання сигналів. Проходячи по кабелю, електричні та оптичні сигнали
Стають дедалі слабшими. Чим більша відстань до джерела, тим слабший сигнал.
Таке ослаблення сигналу з відстанню називається загасанням сигналу. Згасання
Є причиною того, що у специфікаціях різних мережевих архітектур
Вказується обмеження на довжину кабелю. Якщо це обмеження дотримується, то
Ефект загасання не вплине нормальну роботу каналу зв'язку.
Різні кабельні системи мають різні допуски по діапазону робочих частот
І швидкість згасання сигналу (рисунок 1).
При збільшенні частоти згасання збільшується, тому що, чим вища частота
Сигналу, тим інтенсивніше розсіювання його електромагнітної енергії в навколишнє
Простір. При збільшенні частоти сам провід перетворюється з носія сигналу
В антену, що розсіює його енергію у простір.
Усі стандарти, що відносяться до середовища передачі даних, описуються на фізичному
Рівень моделі OSI.
Фізичне середовище є основою, де будуються фізичні засоби сполуки. Поєднання з фізичними засобами з'єднання за допомогою фізичного середовища забезпечує фізичний рівень. Як фізичне середовище широко використовуються ефір, метали, оптичне скло та кварц. Фізично перебуває носій, яким передаються дані. Середовище передачі може включати як кабельні, і бездротові технології. Хоча фізичні кабелі є найпоширенішими носіями для мережевих комунікацій, бездротові технології дедалі більше впроваджуються завдяки можливості зв'язувати глобальні мережі.
На фізичному рівні для фізичних кабелів визначаються механічні та електричні (оптичні) властивості середовища передачі, які включають:
Тип кабелів та роз'ємів;
Розведення контактів у роз'ємах;
Схему кодування сигналів для значень 0 та 1.
Канальний рівень визначає доступ до середовища та управління передачею за допомогою процедури передачі даних каналом. У локальних мережахпротоколи канального рівня використовуються комп'ютерами, мостами, комутаторами та маршрутизаторами. У комп'ютерах функції канального рівня реалізуються спільними зусиллями мережевих адаптерів та його драйверів.
Кабелі зв'язку, лінії зв'язку, канали зв'язку
Для організації зв'язку в мережах використовуються такі поняття:
кабелі зв'язку;
Лінії зв'язку;
Канали зв'язку.
З кабелів зв'язку та інших елементів (монтаж, кріплення, кожухи тощо) будують лінії зв'язку. Прокладання лінії всередині будівлі завдання досить серйозне. Довжина ліній зв'язку коливається від десятків метрів до десятків тисяч кілометрів. У будь-яку більш-менш серйозну лінію зв'язку крім кабелів входять: траншеї, колодязі, муфти, переходи через річки, море та океани, а також грозозахист (як і інші види захисту) ліній. Дуже складними є охорона, експлуатація, ремонт ліній зв'язку; утримання кабелів зв'язку під надлишковим тиском, профілактика (у сніг, дощ, на вітрі, у траншеї та в колодязі, у річці та на дні моря). Велику складність є юридичні питання, які включають узгодження прокладання ліній зв'язку, особливо у місті. Ось чим лінія (зв'язки) відрізняється від кабелю.
По вже збудованих лініях організують канали зв'язку. Причому якщо лінію, зазвичай, будують і здають відразу всю, канали зв'язку вводять поступово. Вже по лінії можна дати зв'язок, але таке використання дуже дорогих споруд дуже неефективне. Тому застосовують апаратуру каналоутворення (або, як раніше казали, ущільнення лінії). За кожним електричним ланцюгом, що складається з двох проводів, забезпечують зв'язок не одній парі абонентів (або комп'ютерів), а сотням або тисячам: по одній коаксіальній парі в міжміському кабелі може бути утворено до 10800 каналів тональної частоти (0,3–3,4 КГц ) або майже стільки ж цифрових, з пропускною здатністю 64 Кбіт/с.
За наявності кабелів зв'язку створюються лінії зв'язку, а вже лініями зв'язку створюються канали зв'язку. Лінії зв'язку та канали зв'язку заводяться на вузли зв'язку. Лінії, канали та вузли утворюють первинні мережі зв'язку.
Типи кабелів та структуровані кабельні системи
Як середовище передачі даних використовуються різні види кабелів: коаксіальний кабель, кабель на основі екранованої та неекранованої кручений пари та оптоволоконний кабель. Найбільш популярним видом середовища передачі даних на невеликі відстані (до 100 м) стає неекранована кручена пара, яка включена практично у всі сучасні стандарти та технології локальних мереж та забезпечує пропускну здатність до 100 Мб/с (на кабелях категорії 5). Оптоволоконний кабель широко застосовується як побудови локальних зв'язків, так освіти магістралей глобальних мереж. Оптоволоконний кабель може забезпечити дуже високу пропускну здатність каналу (до кількох Гб/с) та передачу на значні відстані (до кількох десятків кілометрів без проміжного посилення сигналу).
Як середовище передачі в обчислювальних мережах використовуються також електромагнітні хвилі різних. Однак, поки в локальних мережах радіозв'язок використовується тільки в тих випадках, коли виявляється неможливою прокладка кабелю, наприклад, у будівлях. Це недостатньою надійністю мережевих технологій, побудованих використання електромагнітного випромінювання. Для побудови глобальних каналів цей вид середовища передачі використовується ширше – на ньому побудовані супутникові канализв'язки та наземні радіорелейні канали, що працюють у зонах прямої видимості у НВЧ діапазонах.
Дуже важливо правильно побудувати фундамент мережі – кабельну систему. Останнім часом як така надійна основа все частіше використовується структурована кабельна система.
Структурована кабельна система SCS (Structured Cabling System) – це набір комутаційних елементів (кабелів, роз'ємів, конекторів, кросових панелей та шаф), а також методика їх спільного використання, яка дозволяє створювати регулярні, легко розширювані структури зв'язків у обчислювальних мережах.
Переваги структурованої кабельної системи.
Універсальність. Структурована кабельна система при продуманій організації може стати єдиним середовищем передачі комп'ютерних даних у локальної обчислювальної мережі.
Збільшення терміну служби. Термін старіння добре структурованої кабельної системи може становити 8-10 років.
Зменшення вартості додавання нових користувачів та зміни їх місць розміщення. Вартість кабельної системи в основному визначається не вартістю кабелю, а вартістю робіт з його прокладання.
Можливість легкого розширення мережі. Структурована кабельна система є модульною, тому її легко нарощувати, дозволяючи легко і ціною малих витрат переходити на більш досконале обладнання, що задовольняє вимогам до систем комунікацій, що зростають.
Забезпечення ефективнішого обслуговування. Структурована кабельна система полегшує обслуговування та пошук несправностей.
Надійність. Структурована кабельна система має підвищену надійність, оскільки зазвичай виробництво всіх її компонентів та технічний супровід здійснюється однією фірмою-виробником.
Існує кілька різних типів кабелів, які у сучасних мережах. Нижче наведені типи кабелів, що найчастіше використовуються. Багато різновидів мідних кабелів становлять клас електричних кабелів, що використовуються як для прокладання телефонних мереж, так і для інсталяції ЛОМ. По внутрішній будові розрізняють кабелі на кручений пари і коаксіальні кабелі.
Кабель типу «кручена пара» (twistedpair)
Крученою парою називається кабель, в якому ізольована пара провідників скручена з невеликим числом витків на одиницю довжини. Скручування дротів зменшує електричні перешкоди ззовні при розповсюдженні сигналів по кабелю, а екрановані кручені пари ще більше збільшують ступінь перешкодозахищеності сигналів.
Кабель типу «кручена пара» використовується в багатьох мережних технологіях, включаючи Ethernet, ARCNet та IBM Token Ring.
Кабелі на кручений парі поділяються на: неекрановані UTP (Unshielded Twisted Pair) та екрановані мідні кабелі. Останні поділяються на два різновиди: з екрануванням кожної пари та загальним екраном STP (Shielded Twisted Pair) та з одним лише загальним екраном FTP (Foiled Twisted Pair). Наявність або відсутність екрану біля кабелю зовсім не означає наявності або відсутності захисту даних, що передаються, а говорить лише про різні підходи до придушення перешкод. Відсутність екрану робить неекрановані кабелі більш гнучкими та стійкими до зламів. Крім того, вони не вимагають дорогого контуру заземлення для експлуатації в нормальному режимі як екрановані. Неекрановані кабелі ідеально підходять для прокладання в приміщеннях всередині офісів, а екрановані краще використовувати для встановлення в місцях з особливими умовами експлуатації, наприклад, поряд із дуже сильними джерелами електромагнітних випромінювань, яких у офісах зазвичай немає.
|
Частота сигналу, що передається, (МГц) |
|
Коаксіальні кабелі
Коаксіальні кабелі використовуються в радіо та телевізійній апаратурі. Коаксіальні кабелі можуть передавати дані зі швидкістю 10 Мбіт/с на максимальну відстань від 185 до 500 метрів. Вони поділяються на товсті та тонкі залежно від товщини. Типи коаксіальних кабелів наведено у табл. 4.2.
Кабель Thinnet, відомий як кабель RG-58, є фізичним носієм даних, що найбільш широко використовується. Мережі при цьому не потребують додаткового обладнання та є простими та недорогими. Хоча тонкий коаксіальний кабель (Thin Ethernet) дозволяє передачу на меншу відстань, ніж товстий, але для з'єднань з тонким кабелем застосовуються стандартні байонетні роз'єми BNC типу СР-50 і через його невелику вартість він стає фактично стандартним для офісних ЛОМ. Використовується у технології Ethernet 10Base2.
Таблиця 4.2. Типи коаксіальних кабелів
|
Назва, значення опору |
|
|
Thicknet, 50 Ом |
|
|
Thinnet, 50 Ом, суцільний центральний мідний провідник |
|
|
Thinnet, 50 Ом, центральний багатожильний провідник |
|
|
Broadband/Cable television (широкомовне та кабельне телебачення), 75 Ом |
|
|
Broadband/Cable television (широкомовне та кабельне телебачення), 50 Ом |
|
|
ARCNet, 93 Ом |
Товстий коаксіальний кабель (Thick Ethernet) має велику міру помехозащищенности, велику механічну міцність, але вимагає спеціального пристосування для проколювання кабелю, щоб створити відгалуження для підключення до ЛОМ. Він дорожчий і менш гнучкий, ніж тонкий. Використовується у технології Ethernet 10Base5, описаній нижче. Мережі ARCNet із посилкою маркера зазвичай використовують кабель RG-62 А/U.
Оптоволоконний кабель
Відмінна риса оптоволоконних систем – висока вартість як самого кабелю (порівняно з мідним), так і спеціалізованих настановних елементів (розеток, роз'ємів, з'єднувачів тощо). Щоправда, головний внесок у вартість мережі робить ціна активного мережевого обладнання для оптоволоконних мереж.
Оптоволоконні мережі застосовуються для високошвидкісних горизонтальних каналів, а також все частіше стали застосовуватися для вертикальних каналів зв'язку (міжповерхових з'єднань).
Оптоволоконний кабель (Fiber Optic Cable) забезпечує високу швидкість передачі на великій відстані. Вони також несприйнятливі до інтерференції та підслуховування. В оптоволоконному кабелі передачі сигналів використовується світло. Волокно, що застосовується як світловод, дозволяє передачу сигналів на великі відстані з величезною швидкістю, але воно дорого, і з ним важко працювати.
Для встановлення роз'ємів, створення відгалужень, пошуку несправностей в оптоволоконному кабелі необхідні спеціальні пристрої та висока кваліфікація. Оптоволоконний кабель складається з центральної скляної нитки завтовшки кілька мікрон, покритої суцільною скляною оболонкою. Все це, своєю чергою, заховано у зовнішню захисну оболонку.
Оптоволоконні лінії дуже чутливі до поганих з'єднань у роз'ємах. Як джерело світла в таких кабелях застосовуються світлодіоди, а інформація кодується шляхом зміни інтенсивності світла. На приймальному кінці кабелю детектор перетворює світлові імпульси електричні сигнали.
Існують два типи оптоволоконних кабелів – одномодові та багатомодові. Одномодові кабелі мають менший діаметр, більшу вартість та дозволяють передачу інформації на великі відстані. Оскільки світлові імпульси можуть рухатися в одному напрямку, системи на базі оптоволоконних кабелів повинні мати вхідний і вихідний кабель для кожного сегмента. Оптоволоконний кабель потребує спеціальних конекторів та висококваліфікованої установки.
Вибір та обґрунтування середовища передачі даних
1. Загальні характеристики середовища передачі даних
Середовища передачі поділяються на дві категорії. Кабельне середовище передачі (носій) – з центральним провідником, укладеним у пластикову оболонку.
Кабелі широко використовуються у невеликих локальних мережах. Кабель зазвичай передає сигнали в нижній частині електромагнітного спектру, що є звичайним електричним струмом і іноді радіохвилями.
Бездротове середовище передачі даних передбачає використання вищих частот електромагнітного спектра.
Це радіохвилі, мікрохвилі та інфрачервоні промені. Таке середовище необхідне для мобільних комп'ютерівабо мереж, що передають дані на великі відстані. Зазвичай вона застосовується у мережах підприємств та у глобальних мережах (у стільниковий телефондля передачі сигналу застосовується мікрохвильовий сигнал).
У мережах, що охоплюють кілька географічних пунктів, часто використовується комбінація кабельного та бездротового середовища передачі даних.
При виборі оптимального типу носія слід знати такі характеристики середовища передачі:
Вартість;
Складність встановлення;
Пропускну спроможність;
Згасання сигналу;
Схильність до електромагнітних перешкод (EMI, Electro-MagneticInterference);
Можливість несанкціонованого прослуховування.
Вартість. Вартість кожного середовища передачі даних слід порівняти з його продуктивністю та доступними ресурсами.
Складність встановлення. Складність установки залежить від конкретної ситуації, але можна здійснити деяке узагальнене зіставлення середовищ передачі. Одні типи носіїв встановлюються за допомогою простих інструментів і не вимагають великої підготовки, інші потребують тривалого навчання співробітників, і їхнє встановлення краще надати професіоналам.
Пропускна спроможність. Можливості середовища передачі зазвичай оцінюються по смузі пропускання. У комунікаціях поняття "смуга пропускання" означає діапазон частот, що пропускаються середовищем передачі даних. У мережах вона оцінюється за кількістю біт, які можна передати через цей носій за секунду. На смугу частот кабелю впливають методи передачі сигналів.
Число вузлів. Важливою характеристикою мережі є кількість комп'ютерів, які можна легко підключити до мережних кабелів. Кожна мережна кабельна система має природне для неї число вузлів, перевищення якого вимагає застосування спеціальних пристроїв: мостів, маршрутизаторів, повторювачів та концентраторів, що дозволяють розширити мережу.
Згасання сигналів. Під час передачі електромагнітні сигнали слабшають. Це називається згасанням.
Електромагнітні завади. Електромагнітні перешкоди (EMI) впливають на сигнал, що передається. Вони викликаються зовнішніми електромагнітними хвилями, що спотворюють корисний сигнал, що ускладнює його декодування комп'ютером, що приймає. Деякі середовища передачі даних більш схильні до електромагнітних перешкод, ніж інші. Завади називають також шумами.
Як середовище передачі даних в електронному зв'язку можна використовувати:
· Коаксіальний кабель;
· Кручена пара проводів (twistedpair);
· волоконно-оптичний кабель;
· Інфрачервоне випромінювання;
· Мікрохвильовий діапазон радіоефіру;
· радіодіапазон ефіру.
На сьогоднішній день переважна частина комп'ютерних мереж у більшості випадків для з'єднання використовує дроти або кабелі.
Так, фірма Belden, провідний виробник кабелів, публікує каталог, де пропонує понад 2200 їх типів. На щастя, у більшості мереж застосовуються лише три основні групи кабелів:
1. коаксіальний кабель (coaxialcable);
2. кручена пара (twistedpair):
Неекранована (Unshielded Twisted Pair, UTP);
Екранована (Shielded Twisted Pair, STP);
3. оптоволоконний кабель (fiber optic).
2. Кабелі на основі кручених пар
Виті пари проводів використовуються в найдешевших і на сьогоднішній день, мабуть, найпопулярніших кабелях.
Кабель на основі кручених пар є кілька пар скручених ізольованих мідних проводів в єдиній діелектричній (пластиковій) оболонці. Він досить гнучкий та зручний для прокладки.
Зазвичай до кабелю входять дві або чотири кручені пари. Неекрановані кручені пари характеризуються слабкою захищеністю від зовнішніх електромагнітних перешкод, а також слабкою захищеністю від підслуховування з метою, наприклад, промислового шпигунства.
Перехоплення інформації, що передається, можливий як за допомогою контактного методу (за допомогою двох голочок, застромлених в кабель), так і за допомогою безконтактного методу, що зводиться до радіоперехоплення випромінюваних кабелем електромагнітних полів. Для усунення цих недоліків застосовується екранування.
У разі екранованої крученої пари STP кожна з кручених пар поміщається в металеву оплетку-екран для зменшення випромінювань кабелю, захисту від зовнішніх електромагнітних перешкод і зниження взаємного впливу пар проводів один на одного (crosstalk - перехресні наведення). Природно, екранована кручена пара набагато дорожче, ніж неекранована, а при її використанні необхідно застосовувати і спеціальні екрановані роз'єми, тому вона зустрічається значно рідше, ніж некранована кручена пара.
Основні переваги неекранованих кручених пар - простота монтажу роз'ємів на кінцях кабелю, а також простота ремонту будь-яких пошкоджень у порівнянні з іншими типами кабелю. Всі інші характеристики у них гірші, ніж у інших кабелів.
Відповідно до стандарту EIA/TIA568 є п'ять категорій кабелів на основі неекранованої кручений пари (UTP).
3. Коаксіальні кабелі
Коаксіальний кабель є електричним кабелем, що складається з центрального проводу і металевої обплетення, розділених між собою шаром діелектрика (внутрішньої ізоляції) і поміщених в загальну зовнішню оболонку.
Коаксіальний кабель до недавнього часу був поширений найбільш широко, що пов'язано з його високою помехозащищенностью (завдяки металевій оплетці), а також більш високими, ніж у разі витої пари, допустимими швидкостями передачі даних (до 500 Мбіт/с) і більшими допустимими відстанями передачі ( до 1 км та вище).
До нього важче механічно підключитися для несанкціонованого прослуховування мережі, він також дає значно менше електромагнітних випромінювань зовні.
Однак монтаж та ремонт коаксіального кабелю істотно складніше, ніж кручений пари, а вартість його вище (він дорожчий приблизно в 1,5-3 рази в порівнянні з кабелем на основі кручених пар). Складніше та встановлення роз'ємів на кінцях кабелю. Тому його зараз застосовують рідше, ніж кручена пара.
Основне застосування коаксіальний кабель знаходить у мережах із топологією типу "шина".
При заземленні обплетення у двох або більше точках з ладу може вийти не тільки мережне обладнання, а й комп'ютери, підключені до мережі. Термінатори повинні бути обов'язково узгоджені з кабелем, тобто їхній опір повинен дорівнювати хвильовому опору кабелю.
Наприклад, якщо використовується 50-омний кабель, для нього підходять тільки 50-омні термінатори.
Існує два основних типи коаксіального кабелю:
1) тонкий (thin) кабель, що має діаметр близько 0,5 см, більш гнучкий;
2) товстий (thick) кабель, що має діаметр близько 1 см, значно жорсткіший. Він є класичний варіант коаксіального кабелю, який вже майже повністю витіснений більш сучасним тонким кабелем.
Тонкий кабель використовується для передачі на менші відстані, ніж товстий, тому що сигнал загасає сильніше. Зате з тонким кабелем набагато зручніше працювати: його можна оперативно прокласти до кожного комп'ютера, а товстий вимагає жорсткої фіксації на стіні приміщення.
Підключення до тонкого кабелю (за допомогою роз'ємів BNCбайонетного типу) простіше і не вимагає додаткового обладнання, а для підключення до товстого кабелю треба використовувати спеціальні досить дорогі пристрої, що проколюють його оболонки та встановлюють контакт - як з центральною житловою, так і з екраном.
Товстий кабель приблизно вдвічі дорожчий за тонкий. Тому тонкий кабель застосовується набагато частіше.
Вартість розрахунку місце. Тонкий коаксіальний кабель має нижчу ціну для робочої станції - близько $ 25. Можна придбати ці кабелі з вже підключеними роз'ємами.
Прокласти такі кабелі зможе будь-хто - вони просто з'єднуються ланцюжком від комп'ютера до комп'ютера.
Прокладання товстого коаксіального кабелю зазвичай коштує близько $50 на станцію. Крім того, для кожної станції будуть потрібні трансівери (близько $100).
Обмеження на відстані. Загальна довжина шини на тонкому коаксіальному кабелі обмежена 185 м. Товстий коаксіальний кабель має загальне обмеження 500 м (у структурах без повторювачів).
4. Оптоволоконні кабелі
Оптоволоконний (він - волоконно-оптичний) кабель - це інший тип кабелю проти розглянутими двома типами електричного чи мідного кабелю.
Інформація щодо нього передається не електричним сигналом, а світловим. Головний його елемент - це прозоре скловолокно, яким світло проходить на величезні відстані (до десятків кілометрів) з незначним ослабленням.
Структура оптоволоконного кабелю дуже проста і схожа на структуру коаксіального електричного кабелю, тільки замість центрального мідного дроту тут використовується тонке (діаметром близько 1-10 мкм) скловолокно, а замість внутрішньої ізоляції - скляна або пластикова оболонка, що не дозволяє світла виходити за межі скловолокна.
Оптоволоконний кабель має виняткові характеристики по перешкодозахищеності і секретності інформації, що передається.
Ніякі зовнішні електромагнітні перешкоди в принципі не здатні спотворити світловий сигнал, а сам цей сигнал не породжує зовнішніх електромагнітних випромінювань.
Підключитися до цього типу кабелю для несанкціонованого прослуховування мережі практично неможливо, оскільки це потребує порушення цілісності кабелю.
Залежно від середовища передачі, канали зв'язку прийнято розділяти на кабельні, супутникові, оптоволоконні.
У загальному випадку канал зв'язку можна охарактеризувати такими параметрами:
Вартість, вона складається з вартості матеріальних компонентів та вартості експлуатації;
Зручність підключення – визначається складністю прокладання ліній зв'язку та складністю використовуваного для цього обладнання;
Пропускна здатність - визначає обсяг інформації, що передається в одиницю часу;
Гранична довжина ліній зв'язку – характеризується величиною загасання сигналів із збільшенням відстані;
Секретність передачі – характеризується можливістю захисту інформації, що передається, від несанкціонованого доступу.
Типові види ліній зв'язку:
1. Кабельний канал(Квітна пара, коаксіальні кабелі). Він є укладеною в оболонку одну або більше пару провідників.
Існує два типи цих кабельних ліній: неекранована кручена пара і екранована кручена пара.
Цей тип є найдешевшим типом.
Швидкість передачі такими каналами зазвичай становить величину близько 10 Мбіт/с.
Останнім часом з'явилися розробки, де швидкість передачі сягає 100 Мбіт/с.
Віта пара є порівняно завадостійкою; до її недоліків належить можливість досить вільного несанкціонованого підключення з метою підслуховування чи шкідництва.
Коаксіальний кабель являє собою центральний провідник, оточений шаром ізольованого матеріалу, за допомогою якого цей провідник відокремлюється від зовнішнього провідного екрана, який також покритий ізоляцією.
Коаксіальний кабель відноситься до найбільш поширених засобів передачі даних.
Якщо такий кабель, крім металевої обмотки, має шар фольги, він називається кабелем подвійної екранізації.
Вартість коаксіальних кабелів у кілька разів вища за кручену пару і потребує більш складного монтажу. Однак наявність екрану суттєво підвищує завадостійкість цього пристрою та знижує власне випромінювання енергії у просторі.
Несанкціоноване підключення до коаксіального кабелю в принципі можливе, але складніше, ніж до кручений пари.
Пропускна здатність порядку 50-100Мбіт/с, допустима довжина лінії зв'язку близько кількох кілометрів, загасання сигналів на частоті 10 МГц становить 0,1-1 ДБ/м.
2. Оптоволоконний канал. Він формується на основі використання оптоволоконних кабелів. Оптоволоконний кабель є світлопровідним наповнювачем на крем'яній основі, укладений в оболонку з матеріалу з низьким коефіцієнтом заломлення світла. Через оптоволоконний кабель здійснюється передача електромагнітних сигналів оптичного або інфрачервоного діапазону. Так як оптичне волокно передає сигнал лише в одному напрямку, кабель виконується з двох оптичних волокон. При використанні оптоволоконних каналів у системах передачі даних, на передавальному кінці каналу необхідно проводити перетворення сигналу в оптичний, а на приймальній стороні каналу потрібно проводити зворотне перетворення. Головним гідністюоптоволоконних каналів є їх висока стійкість до перешкод і практична відсутність втрат енергії на випромінювання в навколишній простір. Тому несанкціоноване підключення до оптоволоконних каналів становить значні труднощі. Швидкість передачі даних такими каналами становить величину, близько кількох гігабіт на секунду. При цьому згасання сигналу практично відсутнє. Головним недолікомоптоволоконного кабелю є складність його монтажу, оскільки при з'єднанні кабелю потрібна мікронна точність. Тому при монтажі в оптоволоконних каналах зазвичай використовують готові відрізки кабелю з роз'ємами, встановленими у заводських умовах. Іншим недоліком оптоволоконного кабелю є його порівняно низька механічна міцність, а також чутливість до можливих іонізуючих випромінювань; довговічність цього кабелю нижча, ніж у електричного кабелю.
3. Бездротові (радіоканали, супутникові канали, ІЧ- та лазерні канали)
В даний час радіоканали, тобто системи передачі даних з використанням відкритого простору, утворюються на основі використання елементів супутникового зв'язку. Радіоканали включають передавальні і приймаючі пристрої, і використовують, як правило, спеціальні супутники, що рухаються спеціально обраної траєкторії. У цьому випадку супутник зв'язку ніби зависає над певною точкою земної поверхні та антени наземних станцій спостереження за супутником знаходяться у фіксованому положенні. У ряді випадків використовують системи космічного зв'язку, на основі трьох супутників, рознесених щодо один одного на 120в межах загальної орбіти. Таке розташування супутників дозволяє охоплювати одночасно всю територію Земної кулі. У супутникових системах використовуються пристрої НВЧ діапазону.
Основне перевагаданого виду каналів полягає у можливості забезпечення зв'язку між станціями, розташованими на значній відстані, а також можливість зв'язку абонентів, розташованих у важкодоступних районах. До недоліківтакого виду зв'язку належить насамперед його висока вартість. Однак у ряді випадків такий вид зв'язку виявляється єдиним можливим. Ще одним серйозним недоліком даного каналу у зв'язку є низька завадостійкість. На якість радіозв'язку можуть впливати, такі як природні фактори у вигляді гроз і т.д., а також штучні перешкоди, створювані як роботою різних технічних пристроїв, так і від сусідніх внутрішніх радіоканалів, що працюють на близьких ділянках. Забезпечення конфіденційності інформації, що передається в радіоканалах, може бути досягнуто за допомогою спеціального кодування або ж з використанням спеціального стиснення інформації, що вимагає додаткових матеріальних і технічних витрат.
До бездротових каналів зв'язку відносять також інформаційний канал, в якому дані передаються за допомогою інфрачервоного випромінювання, а також наземні канали, в яких інформація переноситься за допомогою лазерного лазерного променя.
