68508

Фізичний рівень передачі інформації: цифрові канали передачі даних

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Крім того до апаратною складовою комп’ютерної мережі відносяться кабельні системи ліній зв’язку та комунікаційне обладнання що дозволяє об’єднувати окремі сегменти мережі і організовувати інформаційні потоки. Структурована кабельна система Кабельна система є базою для будьякої мережі.

Украинкский

2014-09-23

372.5 KB

0 чел.

ЛЕКЦІЯ №3

Тема: Фізичний рівень передачі інформації: цифрові канали передачі даних.

Мета: Вивчити типи провідних ліній зв’язку та їх характеристики. Структуру та призначення «витої пари», «коаксіального кабелю», «оптоволоконного кабелю». Навчитися обирати необхідний тип провідних ліній зв’язку при вирішення практичних задач

ПЛАН

1. Апаратні компоненти локальних комп'ютерних мереж

2. Структурована кабельна система

3. Провідні лінії зв'язку та їх характеристики

  1.  Апаратні компоненти локальних комп'ютерних мереж

Будь-яка комп'ютерна мережа являє собою досить складний комплекс програмних і апаратних засобів, що здійснюють зв'язок комп'ютерів та інших пристроїв між собою.

В основі апаратної частини локальної мережі лежать стандартизовані комп'ютерні платформи різних класів - від персональних комп'ютерів до мейнфреймів і супер ЕОМ. Використання тих чи інших комп'ютерних платформ, а також інших апаратних засобів обґрунтовується набором завдань, на вирішення яких орієнтована створювана мережа.

Крім того, до апаратною складовою комп'ютерної мережі відносяться кабельні системи ліній зв'язку та комунікаційне обладнання, що дозволяє об'єднувати окремі сегменти мережі і організовувати інформаційні потоки.

  1.  Структурована кабельна система

Кабельна система є базою для будь-якої мережі. Якщо кабель низької якості, неграмотно прокладений і підключений, то ніяке обладнання не змусить працювати мережа надійно і стійко. Дуже часто будуть виникати проблеми при розширенні кабельної системи, підключенні нових сегментів кабелю або інших кабельних підсистем.

Існує ряд стандартів і методик з побудови кабельної системи, що дозволяє забезпечити належну роботу мережі і більш легке її обслуговування, ремонт і масштабування. Побудована таким чином кабельна система називається структурованою.

Структурована кабельна система (СКС) - це набір комутаційних елементів (кабелів, роз'ємів, з'єднувачів, спеціальних шаф, кронштейнів, кабель-каналів і т. д.), суспільному використанні яких закріплено певною методикою.

Структурована кабельна система будується з стандартних елементів, модулів, що дозволяють досить просто міняти конфігурацію зв'язків і підключень кабелю. За рахунок цього систему легко нарощувати і масштабувати при збільшенні зони охоплення мережі або перехід на нове більш досконале означення.

Крім того, за рахунок модульності структурована кабельна система дозволяє знизити витрати на її обслуговування і ремонт.

Дуже часто, говорячи про СКС, мають на увазі не тільки лінії зв'язку, що забезпечують роботу мережі. Структурована кабельна система має на увазі єдине середовище, єдину структуру для передачі практично будь-яких видів даних - від комп'ютерних до телевізійних і відеосигналів, від телефонних розмов до сигналів з датчиків систем безпеки будівлі.

Але за всі переваги СКС доводиться розплачуватися. Співвідношення вартості побудови структурованої кабельної системи в порівнянні з більш простим бюджетним варіантом вирішення становить приблизно 4:1.

Біти даних можуть передаватися у вигляді аналогових або цифрових сигналів. Для передачі інформації зазвичай використовується одна з характеристик сигналу: амплітуда, частота, фаза. При використанні аналогових сигналів, характеристика (наприклад, амплітуда) може приймати будь-яке значення з деякого безперервного інтервалу. При використанні цифрових сигналів, характеристика може приймати значення тільки з деякого кінцевого набору (у найпростішому випадку, одне з двох значень).

На цьому рівні замість бітової швидкості (біт / с) використовують поняття швидкості зміни сигналу в лінії або бодовой швидкості (бод, baud). Ця швидкість є число змін розрізняються станів лінії за одиницю часу. У разі дворівневого кодування бітова і бодовом швидкості співпадають, але зі збільшенням кількості помітних рівнів, бітова швидкість росте, а бодовом залишається постійною.

Передача даних може відбуватися по кабелю (в цьому випадку говорять про обмежену середовища передачі і дротових лініях зв'язку) і за допомогою електромагнітних хвиль тієї чи іншої природи - інфрачервоних, мікрохвиль, радіохвиль, - поширюються в просторі (необмежена середу передачі, бездротові лінії зв'язку).

  1.  Частотне і тимчасове розділення каналів

Комутатори повинні забезпечувати використання з'єднують їх каналів для одночасної передачі декількох абонентських складових каналів. Для - »того застосовуються різноманітні техніки мультиплексування абонентських каналів, серед яких частотне мультиплексування (FDM, Frequency Division Multiplexing) і мультиплексування з поділом часу (TDM, Time Division Multiplexing, або синхронний режим передачі STM, Synchronous Transfer Mode).

Частотне мультиплексування зводиться до поділу діапазону частот на смуги, кожна з яких відведена для передачі даних одного абонентського каналу. Комутатор виконує перенос частоти кожного каналу у виділену для нього смугу (зазвичай шляхом модуляції високочастотного несучої низькочастотним сигналом даних).

При мультиплексировании з поділом часу мультиплексор в кожен момент часу видає в загальний канал дані єдиного абонентського каналу, віддаючи йому всю смугу пропускання, але чергуючи абонентські канали через рівні проміжки часу. Мультиплексування з поділом часу орієнтоване на дискретний характер переданих даних і цифрові канали.

  1.  Провідні лінії зв'язку та їх характеристики

Для з'єднання комп'ютерів в локальну мережу зазвичай використовують металеві (переважно мідні) виті пари і коаксіальні кабелі. Дедалі більшого поширення набувають волоконно-оптичні кабелі.

Вита пара

В даний час серед мережевих кабелів найбільш поширена вита пара, що представляє собою пару переплетених проводів. При цьому навряд чи ви отримаєте працюючу виту пару, взявши два будь проводи й кілька разів перекрутив їх між собою. Для забезпечення необхідної швидкості передачі даних по кручений парі, вона повинна задовольняти стандартам на площу поперечного перерізу проводу, на кількість витків на одиницю довжини і на відстань від останнього витка до разьема.

Існує два різновиди кручений пари: екранована (STP, Shielded Twisted Pair) і неекранована (UTP, Unshielded Twisted Pair). В основному використовується більш зручна при монтажі і дешева неекраніроваіная вита пара. У 1991 році був розроблений стандарт EIA/TIA-568 ("Стандарт телекомунікаційних кабельних систем для комерційних будівель") і близький до нього міжнародний стандарт ISO/1EC 11801, визначальні для кабелів УТР п'ять категорій (хвильовий опір кабелю будь-якої категорії - 100 Ом):

- Категорія 1 (CAT 1) застосовується для передачі голосу і низькошвидкісної передачі даних (до декількох десятків Кбіт / с);

- Категорія 2 (CAT 2) використовувалася в кабельних системах IBM і гарантували смугу пропускання I МГц;

- Категорія 3 (CAT 3) застосовується для передачі голосу і даних зі швидкістю до 16 Мбіт / с (смуга пропускання 16 МГц);

- Категорія 4 (CAT 4) являє собою поліпшений варіант CAT 3: підвищена перешкодостійкість, зменшено загасання сигналу, смуга пропускання розширена до 20 МГц;

- Категорія 5 (CAT 5) спеціально призначена для високошвидкісної передачі даних (100 Мбіт / с), володіє смугою пропускання 100 МГц.

Випускаються кабелі категорій, що не входять в стандарт: 6 та 7, що володіють смугами пропускання 200 МГц і 600 МГц. При прокладці нових кабельних систем зазвичай використовують саме кабель CAT 5, навіть у тому випадку, якщо перехід до високопродуктивним мереж поки не планується.

Нова редакція стандарту EIA/TIA-568A не включає категорії 1 і 2.

Кабелі UTP випускаються переважно в 4-х парному виконанні (рис. 4.6), іноді зустрічаються 2-х парні кабелі, зазвичай CAT 3, і багатопарні кабелі - 25 пар і більше. Основні мережеві технології - Ethernet і Token Ring - використовують тільки дві пари, але існують і технології (100VG-AnyLAN), що передають дані по всім все чотирьом парам. Пари позначені кольором ізоляції: синій і біло-синій, помаранчевий і біло-помаранчевий, зелений і біло-зелений, коричневий і біло-коричневий.

Для з'єднання кабелів і устаткування використовуються 8-контактні роз'єми RJ-45 (рис. 5.3). Стандарт EIA/T1A-568A визначає два варіанти розкладки провідників за контактами: Т568А (табл. 5.3) і Т568В (табл. 5.4). У кожній локальній мережі може використовуватися будь-який варіант розведення, але не обидва відразу.

 

 

Рис 5.1 4 – парний кабель UTP      Рис 5.2 Роз’єм RJ-45

 

Рис 5.3     Рис 5.4

Вита пара використовується для передачі даних на відстані до декількох сотень метрів. Стандарт Ethernet обмежує довжину сегмента на неекранованої кручений парі до 100 м. (Деякі фірми, наприклад 3COM, випускають мережеве обладнання в цьому стандарті, що дозволяє збільшити довжину сегмента майже до 200 м.)

Основний недолік неекранованої крученої пари сильна схильність впливу електромагнітних перешкод.

Екранована кручена пара (STP) добре захищає сигнали від впливу зовнішніх електромагнітних полів, але вимагає заземлення екрана при проводці, що ускладнює і здорожує кабельну систему. Кабель STP в основному використовується фірмою IBM, яка фірмовим стандартом визначила дев'ять його категорій - від Туре 1 до Туре 9. Кабель Туре 1 складається з двох пар і за параметрами близький до UTP CAT 5, за винятком хвильового опору - 150 Ом. Кабелі STP переважно використовуються в мережах Token Ring, але можуть застосовуватися і в мережах Fast Ethernet і 100VG-AnyLAN.

Коаксіальний кабель

Коаксіальний кабель складається з двох концентричних провідників, розділених шаром діелектрика. Зовнішній провідник при цьому екранує внутрішній. Такий кабель менше, ніж кручена пара, схильний до впливу зовнішніх електромагнітних перешкод. Коаксіальний кабель випускається в декількох варіантах, що розрізняються діаметром провідників. Найбільше застосування отримав кабель з маркуванням RG-58 (товщина 4,95 мм, діаметр центрального провідника 0,81 мм, хвильовий опір 50 Ом), так званий "тонкий" коаксіальний кабель (рис. 5.5). Іноді можна зустріти "товстий" (або звичайний) коаксіальний кабель з маркуванням RG-8 (товщина дюйма, діаметр центрального провідника 2,17 мм, хвильовий опір 50 Ом). Мережі, які використовують коаксіальний кабель, зазвичай досягають пропускної здатності 10 Мбіт / с. хоча можливості такого типу кабелю набагато вище.

Для з'єднання коаксіальних кабелів використовуються N-роз'єми ('• товстий "коаксіал) і BNC-ратье.ми ('' тонкий" коаксіал, рис. 5.6).

Стандарт EIA/TIA-568 описує вимоги до коаксіального кабелю, але в нову редакцію E1A.TIA-568A він не увійшов, як застарілий. Коаксіальний кабель, як і вита пара, використовується для передачі даних на відстані до декількох сотень метрів. Стандарт Ethernet обмежує довжину сегмента на "тонкому" коаксіальному кабелі до 185м, а на "товстому" - до 500м.

Основне застосування коаксіальний кабель знайшов в мережах Ethernet. В даний час всі високопродуктивні мережеві технології використовують або виту пару, або волоконно-оптичний кабель і повністю ігнорують коаксіальний кабель.

Рис. 5.5. Коаксіальний кабель

Рис. 5.6. BNC-роз’єм, Т-конектор і термінатор

Оптичне волокно

Оптичне волокно - нитка з оптично прозорого матеріалу (скло, пластик), що використовується для перенесення світла усередині себе за допомогою повного внутрішнього відображення.

Волоконна оптика - розділ прикладної науки і машинобудування, що описує такі волокна. Кабелі на базі оптичних волокон використовуються в волоконно-оптичного зв'язку, що дозволяє передавати інформацію на великі відстані з більш високою швидкістю передачі даних, ніж в електронних засобах зв'язку. У ряді випадків вони також використовуються при створенні датчиків.

Оптичні волокна можуть бути одномодових і багатомодових. Діаметр серцевини одномодових волокон становить від 7 до 10 мікрон. Завдяки малому діаметру досягається передача по волокну лише однієї моди електромагнітного випромінювання, за рахунок чого виключається вплив дисперсійних спотворень. В даний час практично всі вироблені волокна є одномодовими.

Існує три основних типи одномодових волокон:

1. Одномодове ступеневу волокно з незміщеної дисперсією (стандартне) (англ. SMF - Step Index Single Mode Fiber), визначається рекомендацією ITU-T G.652 і застосовується в більшості оптичних систем зв'язку.

  2. Одномодове волокно зі зміщеною дисперсією (англ. DSF - Dispersion Shifted Single Mode Fiber), визначається рекомендацією ITU-T G.653. В волокнах DSF за допомогою домішок область нульової дисперсії зміщена в третє вікно прозорості, в якому спостерігається мінімальне загасання.

  3. Одномодове волокно з ненульовою зміщеною дисперсією (англ. NZDSF - Non-Zero Dispersion Shifted Single Mode Fiber), визначається рекомендацією ITU-T G.655.

Багатомодові волокна відрізняються від одномодових діаметром серцевини, який складає 50 мікрон в європейському стандарті і 62,5 мікрон в північноамериканському і японському стандартах. Через великого діаметру серцевини по багатомодовому волокну поширюється кілька мод випромінювання - кожна під своїм кутом, через що імпульс світла відчуває дисперсійні спотворення і з прямокутного перетворюється в дзвоноподібні.

Багатомодові волокна поділяються на ступінчасті і градієнтні. В східчастих волокнах показник заломлення від оболонки до серцевині змінюється стрибкоподібно. В градієнтних волокнах це зміна відбувається інакше - показник заломлення серцевини плавно зростає від краю до центру. Це призводить до явища рефракції в серцевині, завдяки чому знижується вплив дисперсії на спотворення оптичного імпульсу. Профіль показника заломлення градієнтного волокна може бути параболічних, трикутним, ламаним і т. д.

Полімерні (пластикові) волокна виробляють діаметром 50, 62.5, 120 і 980 мікрон і оболонкою діаметром 490 і 1000 мкм.

 

Рис 5.7 Оптичне волокно

Контрольні питання

  1.  Опишіть компоненти локальних комп’ютерних мереж.
    1.  Розкажіть про структуровану кабельну систему.
    2.  Опишіть  структуру та призначення «витої пари», «коаксіального кабелю», «оптоволоконного кабелю».


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

47752. Инвестиции. Понятие об инвестициях 271 KB
  Можно выделить 3 варианта: 1 активные инвестиции 2 и 3 пассивные инвестиции Этапы реализации инвестиционного проекта. Предварительная подготовка проекта. Это решается после разработки бизнесплана предполагаемого инвестиционного проекта. Бизнесплан инвестиционного проекта имеет определённую структуру которая зависит от специфики реализуемого бизнеса и масштабов проекта.
47753. История зарубежной журналистики 867.5 KB
  После возникновения книгопечатания печатные газеты вытесняют рукописные листки новостей периодическая печать в XVIXVIII веках является в 3 основных типах еженедельная и ежедневная газета журнал. Сегодня она распространяется по всей стране как и некоторые другие газеты. К качественной прессе кроме Таймса можно отнести ежедневные газеты Дейли телеграф Ежедневный телеграф 1855 год основания Гардиан Страж 1821 Файнэншл Таймс Финансовое время 1888 Индепендент Независимый. Период 18701914 годов отмеченным...
47754. ОСНОВЫ ПРАВА. КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ 842.5 KB
  Это потребует высокопрофессионального состава юристов и достаточной правовой грамотности государственных служащих и других лиц, занятых юридической и иной деятельностью
47755. Господарський облік, його суть і характеристика 728.5 KB
  Загальна характерстика господарського обліку та основні етапи його розвитку 1. Види господарського обліку і їх характеристика 1. Загальна характерстика господарського обліку та основні етапи його розвитку Необхідність в обліку виникла в глибоку давнину в процесі матеріального виробництва а господарська діяльність сприяла його поширенню. Вперше бухгалтерський облік як окрему складову господарського обліку визначив італійський чернець і математик Лука Пачолі.
47757. PRESENT SIMPLE AND PRESENT CONTINUOUS 198.5 KB
  Систематизувати знання студентів за темою Present simple and continuous Навчити утворювати стверджувальні, питальні та заперечні речення з даною граматичною структурою. Навчити вживати дану граматичну структуру в мовленні
47758. ОСНОВИ ФІНАНСІВ ПІДПРИЄМСТВ 1.28 MB
  Субєктами таких відносин можуть бути підприємства та організації банківські установи та страхові компанії позабюджетні фонди інвестиційні фонди аудиторські організації інші суб'єкти господарювання які є юридичними особами. Формування фінансових ресурсів на підприємствах відбувається під час формування статутного фонду а також у процесі розподілу грошових надходжень у результаті повернення авансованих коштів у основні та оборотні фонди використання доходів на формування резервного фонду фонду споживання і фонду накопичення. Формування...
47759. Криминалистика. Конспект лекций 549 KB
  Понятие принципы элементы и значение планирования расследования преступлений. Техника планирования расследования. Информационно-компьютерное обеспечение раскрытия и расследования преступлений. Роль автоматизированных информационно-поисковых систем АИПС в информационном обеспечении раскрытия и расследования преступлений.
47760. Криминалистика. Курс лекций 3.67 MB
  Криминалистика юридическая наука прикладного характера дает в руки следователей оперативно-розыскных работников и экспертов-криминалистов научно обоснованные и проверенные практикой средства приемы и методы раскрытия расследования и предупреждения любых самых сложных преступлений. Современная криминалистика продолжает активно развиваться впитывая в себя все новые знания из различных областей других наук для разработки на этой основе более совершенных средств и методов расследования. вышло в свет первое в России пособие...