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

26680. Сцепление генов. Группы сцепления. Генетический анализ сцепления генов. Сцепление и перекрест в экспериментах Моргана с дрозофилой 12.78 KB
  Генетический анализ сцепления генов. Число хромосом у разных видов невелико по сравнению с числом генов. У дрозофилы более тысячи генов на 4 пары хромосом.
26681. Транскрипция – синтез РНК 14.63 KB
  Транскрипция – синтез всех типов РНК 1 этап экспрессии генов. РНКполимеразы: Транскрипцию осуществлт фермент РНКполимераза особть фия: не требует праймера начинает работать с 1 нуклда работает в направлении 5→3 У прокариот РНКполимза E δ70 имеет большое колво субц 2α – взаимодт с промотором; 2β – актив. РНКполимза сочетт в себе полимеразную и хеликазю активть.
26682. Трансляция 16.84 KB
  Трансляция - реализация ген.программы клеток,происходит перевод ген.информации,закодированной в структуре НК,в аминокислотную последовательность белков. Это перевод четырехбуквенного(по числу постоянно встречающихся в ДНК и РНК нуклеотидов)
26683. Понятие гена и генома. Генетический код. Регуляция активности генов на примере лактозного оперона 14.35 KB
  Регуляция активности генов на примере лактозного оперона. 2Является универсальным 3Вырожденность 1АК может кодироваться несколькими триплетами 4Неперекрывающийся – то есть триплет кодирует только 1АК 5Стопкодоны 3 последовательности: УАА УАГ УГА Регуляция действия генов на примере лактозного оперона. Лактоза расщепляется на глюкозу и галактозу под действием фермента – βгалактозидаза P lacI P O lacZ lacY lacC Строение лакоперона:1 P – промотер который связывается с мРНК. Ген lacI не входит в состав оперона.
26684. Генетическая информация о структуре белков и нуклеиновых кислот у всех организмов заключена в молекулах ДНК или РНК в виде генов 17.31 KB
  Генетическая информация о структуре белков и нуклеиновых кислот у всех организмов заключена в молекулах ДНК или РНК в виде генов. РП ДНК проходит в соответствии с правилами УотсонКрика. Во время РП каждая из цепей родительской ДНК служит матрицей для дочерней комплементарной цепи полуконсервативный механизм. Главный фермент РП – ДНКзависимая ДНКполимераза.
26685. Генетика пола. Половые хромосомы. Типы хромосомного определения пола. Наследование, сцепленное с полом. Генетический анализ при этом типе наследования 14.29 KB
  У кузнечиков тип XO самки гомогаметны а самцы гетерогаметны; у моли тип XO наоборот самки гетерогаметны а самцы гомогаметны. Были проведены 2 типа скрещиваний дрозофил: в одном самки были нормальными по цвету глаз w а самцы белоглазые w в другом белоглазых самок w скрещивали с нормальными самцами w. В первом типе скрещивания все самки и самцы первого поколения были красноглазыми нормальными. Во втором поколении все самки были красноглазыми а самцы – как красноглазыми так и белоглазыми в соотнош.
26686. Генетика популяций самоопылителей 16.7 KB
  2 в F2 начинается индивидуальный отбор. изучаются для отбора. Массовый отбор малоэффективен полученные сорта неустойчивы. Семейный отбор отбор потомнков 1 семьи.
26687. Закон гомологических рядов наследственной изменчивости Н.И. Вавилова 12.26 KB
  Закон Вавилова говорит что генетически близкие виды и роды характеризся сходными рядами наследств. Этот закон можно выразить формулой: Закон Вавилова имеет большое теоретич. Этот закон в селекционной практике важен потому что прогнозирует возможность обнаружить неизвестные формы растений у данного вида если они уже известны у других видов.
26688. Мейоз 18.64 KB
  Также происходит рекомбинация генго материала обмен участками м у гомологичными хромосомами кроссинговер активация транскрипции в профазе первого деления и отсутствие Sфазы м у 1ми 2м делением. Профазу первого I мейотического деления подразделяют на 5 стадий: лептотена стадия тонких нитей зиготена стадия сливающихся нитей пахитена стадия толстых нитей диплотена стадия двойных нитей диакинез стадия обособления двойных нитей. Затем следует метафаза I деления и последующие фазы деления клеток наступает следующий П цикл в...