Тема 5

Тема 5
Рассматриваемые вопросы
Сигнал
 Линии связи
 Физическая среда передачи данных
 Сетевое оборудование

Сигнал

Для существования и
распространения информация
должна быть обязательно связана с
какой-либо материальной основой
 Сигнал
- изменение
характеристики носителя, которое
используется для представления
информации
Форма представления сигнала
Z
Z
Z(t)
Z(t)
t
Непрерывный (аналоговый)
сигнал - параметр сигнала
может принимать любое
значение в пределах
некоторого интервала
t
Дискретный сигнал параметр сигнала может
принимать конечное число
значений в пределах
некоторого интервала
Кодирование сигнала
Представление данных в виде электрических или
оптических сигналов называется кодированием
 Модуляция – это метод изменения дискретной
информации в аналоговый синусоидальный сигнал
определенной частоты

Потенциальное
кодирование
1
0
1
1
Импульсное
кодирование
Модуляция
Любой сигнал неразрывно связан с определенной
материальной системой, называемой системой
передачи информации
сообщение
Источник
сигнал
Передатчик
сигнал + помехи
Канал связи
Помехи
сообщение
Приёмник
Получатель
Линии связи
Линия связи – это физическая среда,
которая используется для распространения
сигналов в нужном направлении
 Каналом связи называют средства
односторонней передачи данных

 временное мультиплексирование (TDM – Time
Division Method) – разделение по времени, при
котором каждому каналу выделяется некоторый
интервал времени
 частотное мультиплексирование (FDM –
Frequency Division Method) – разделение по
частоте, при котором каналу выделяется
некоторая полоса частот
Передача данных в
информационных
системах
методы
последовательной
передачи данных
асинхронная
передача
синхронная
передача
методы пакетной
коммуникации
датаграммный
виртуальных
соединений
Асинхронная передача – каждый символ
передаётся отдельной посылкой
0
Стартовые
биты


1
1
1
0
0
Передаваемый символ
1
0
##
Бит
чётности
Стоповый
бит
Преимущества: несложная отработанная система и
недорогое интерфейсное оборудование
Недостатки: часть пропускной способности теряется
на передачу служебных битов; невысокая скорость
передачи; при множественной ошибке с помощью
бита чётности невозможно определить достоверность
полученной информации
Синхронная передача – данные передаются
блоками
01101000
Биты
синхронизации


01101011
11101000
01001001
01111000
01101110
00101011
Поле данных
(передаваемые символы)
11101010
####
Код
обнаружения
ошибки
Преимущества: высокая эффективность
передачи данных; высокие скорости
передачи данных и надёжный встроенный
механизм обнаружения ошибок
Недостатки: более сложное и более
дорогое интерфейсное оборудование
Символ
окончания
передачи
Датаграммный метод
3, 1
А
3, 2, 1
В
2, 3, 1
2
Виртуальный метод
А
3, 2, 1, ЗВ
3, 2, 1, ЗВ
3, 2, 1, ЗВ
3, 2, 1, ЗВ
В
Методы модуляции

Амплитудная
модуляция

Частотная
модуляция

Фазовая
модуляция

Дифференциально
-фазовая
модуляция
Характеристики линии связи
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
амплитудно-частотная характеристика
полоса пропускания
затухание
помехоустойчивость
пропускная способность
достоверность передачи данных
удельная стоимость
Представление периодического
сигнала суммой синусоид

2
T
3
4
При передаче импульсных сигналов искажаются
низкочастотные и высокочастотные гармоники, в
результате фронты импульсов теряют свою
прямоугольную форму
Импульс на входе линии связи
Импульс на выходе линии связи



Амплитудно-частотная
характеристика показывает,
как затухает амплитуда
синусоиды на выходе линии
связи по сравнению с
амплитудой на её входе для всех
возможных частот
передаваемого сигнала.
Полоса пропускания – это
непрерывный диапазон частот,
для которого отношение
амплитуды выходного сигнала к
входному превышает некоторый
заранее заданный предел
(обычно 0,5).
Затухание определяется как
относительное уменьшение
амплитуды или мощности
сигнала при передаче по линии
сигнала определённой частоты
Отношение амплитуд Авыход/Авход
1
0,5
0
Полоса
пропускания
Pвых
A  10 lg
Pв х
Частота, Гц



Пропускная способность
определяет максимальное
количество информации,
передаваемое в единицу
времени без потерь и
искажений.
Помехоустойчивость
линии определяет её
способность уменьшать
уровень помех, создаваемых
во внешней среде, на
внутренних проводниках.
Достоверность передачи
данных характеризует
вероятность искажения для
каждого передаваемого бита
данных
Полоса
пропускания
Гармоники
сигнала
Классификация каналов связи
По физической природы
линий связи
•
•
•
•
В вычислительных сетях
• проводные
• беспроводные
По форме представления
передаваемой
информации
• аналоговые
• цифровые
В зависимости от
возможных направлений
передачи информации
• симплексные
• полудуплексные
• дуплексные
По способу создания
механические
акустические
оптические
электрические
• коммутируемые
• некоммутируемые
Физическая среда передачи
данных

Физическая среда является основой,
на которой строятся физические
средства соединения:
 эфир
 металлы
 оптическое стекло
 кварц
Спектр используемых для связи частот
Название диапазона
Частота
Длина волны
Высокочастотный (ВЧ) – HF
3-30 МГц
100-10м
Сверхвысокочастотный (СВЧ) – VHF
50-100 МГц
6-3 м
Ультравысокочастотный (УВЧ) – UHF
400-1000 МГц
75-30 см
Микроволновый
3*109-1011 Гц
10 см - 3 мм
Миллиметровый
1011-1013 Гц
3 мм - 0,3 мм
Инфракрасный
1012-6*1014Гц
0,3 мм - 0,5 мкм
Диапазоны часто, используемые различными
каналами связи
Кабели
коаксиальный
Кабели
витая пара
оптоволоконный
Все виды кабелей можно разделить на несколько
классов
Класс
Применение
A
Передача голоса и данных в диапазоне частот до 100 кГц
B
Передача данных в диапазоне до 1 МГц
C
Передача данных в диапазоне до 16 МГц
D
Передача данных в диапазоне до 100 МГц
E
Передача данных в диапазоне до 200/250 МГц
F
Передача данных в диапазоне до 600 МГц
Коаксиальный кабель
1.
2.
3.
4.
центральный провод
(жила)
изолятор центрального
провода
экранирующий
проводник (экран)
внешний изолятор и
защитная оболочка
1
2
3
4
Соединение тонкого коаксиального кабеля
Подсоединение тонкого
коаксиального кабеля к
сетевой карте
Подсоединение
согласующего
резистора
Витая пара
Виды витой пары
неэкранированная
Витая
пара
экранированная
с общим экраном из
фольги
с двойным экраном из
оплетки и фольги
с индивидуальной
экранировкой каждой пары
и общим защитным
экраном
Неэкранированная витая пара
Категория
Применение
1
Телефонный кабель
2
передача данных со скоростью
до 4 Мбит/с. Устарел
3
передача данных со скоростью
до 10 Мбит/с.
4
передача данных со скоростью
до 16 Мбит/с.
5
передача данных со скоростью
до 100 Мбит/с
6
передача данных со скоростью
до 1 Гбит/с.
7
передача данных со скоростью
до 10 Гбит/с.
Экранированная витая пара
Соединение витой пары с сетевым оборудованием
производится при помощи 8-контактных разъема RJ-45
Волоконно-оптический
(оптоволоконный) кабель
Типыоптических волокон
Многомодовые вид волокон
Одномодовый вид волокон
Мода – это одна из
возможных
траекторий, по
которой может
распространяться
свет в волокне
 Одномодовый вид
волокна воспринимает
меньшую долю света
на входе, зато
обеспечивает
минимальное
искажение сигнала и
минимальные потери
амплитуды

Свойства оптоволоконного
кабеля





Обеспечивает очень высокую пропускную
способность
Обеспечивает передачу на значительные
расстояния без промежуточного усиления
сигнала
Внешнее воздействие помех практически
отсутствует
Обладает высоким уровнем безопасности
Высокая надёжность (вероятность ошибки не
превышает 10-10)
Соединители для оптических волокон
Мультиплексирование с делением по
длине волны в оптическом волокне
Волокно 1
λ1
λ2
Волокно 2
Волокно 3
Общее волокно
λ1 + λ2
λ1
λ2
Волокно 4
Основные характеристики средств
проводной связи
Показатели
Цена
Наращивание
Защита от
прослушивания
Проблемы с
заземлением
Восприимчивость
к помехам
Максимальная
длина
Скорость передачи
данных
Среда передачи данных
Коаксиальный Оптоволоконный
Витая пара
кабель (тонкий)
кабель
Невысокая
Относительно
Высокая
высокая
Очень простое Проблематично
Простое
Незначительная
Хорошая
Высокая
Нет
Возможны
Нет
Существует
Существует
Отсутствует
100 м
185 м (до 500 м)
> 50 км
до 1000 Мбит/с
10 Мбит/с
(до 50 Мбит/с)
несколько Гбит/с
Беспроводная связь






Спутниковые системы
Системы мобильной связи
Прикладной протокол радиосвязи (Wireless
Application Protocol – WAP)
Bluetooth
Беспроводные локальные сети общего доступа
(Public Wi-Fi access)
Инфракрасное излучение
Спутниковые системы

Современные
спутники
используют
узкоапертурную
технологию
передачи (VSAT
– Very Small
Aperure
Terminals)
Структура системы спутниковой связи
включает следующие составляющие:




космический сегмент
(нескольких спутниковретрансляторов)
наземный сегмент (центр
управления системой,
центр запуска
космического аппарата,
командноизмерительные станции,
центр управления связью
и шлюзовые станции)
Пользовательский
сегмент (абонентские
спутниковые терминалы)
наземные сети связи
Орбитальная группировка глобальной
системы спутниковой связи



Низкоорбитальная
(десятки спутников,
высота орбит 7001500 км)
Среднеорбитальная
(10-12, высота орбит
которых 5-15 тыс. км)
Геостационарные
спутники (несколько
спутников, висящие
над экватором на
высоте 35 875 км)
Системы мобильной связи



Идея появилась в США в начале 1970-х годах
Реализация началась в 1980-е годах в Европе
В 1982 году Европейская конференция
почтовой и электросвязи (CEPT)
сформировала Рабочую группу по проблемам
мобильной телефонии (Groupe Special Mobile –
GSM), чтобы она разработала
общеевропейский стандарт в данной области
В сети GSM выделяются четыре главные
компоненты
мобильная станция (телефон)
 базовая станция, которая
осуществляет радиосвязь с
мобильной станцией
 сеть и подсистема переключения,
который исполняет переключение
запросов между мобильным
телефоном и другими
стационарными или мобильными
пользователями сети, так же как
управление мобильными услугами
 система операционной поддержки,
которая наблюдает за
надлежащим действием и
настройками сети


В технологии GSM
пользователи
должны
использовать в
телефоне Карту
идентификации
подписчика
(Subscriber Identity
Module Cards – SIMкарта)
Пакетная радиослужба общего назначения
(General Packet Radio Service – GPRS)


представляет собой службу передачи данных,
предназначенную для сетей GSM
даёт почти мгновенную установку IPсоединения и позволяет при этом проводить
расчеты за услуги на основе количества
переданных данных, а не времени связи




Прикладной протокол радиосвязи (Wireless Application
Protocol – WAP) представляет собой глобальный стандарт и
не контролируется какой-либо одной компанией
Bluetooth является технологией, которая для портативных
устройств обеспечивает дешевую радиосвязь
Беспроводные локальные сети общего доступа (Public
Wi-Fi access). В начале 2000 года было обнаружено, что
если установить приёмопередатчик на высокой мачте и
использовать специальные наружные маршрутизаторы и
мосты беспроводных сетей Ethernet, то можно расширить
беспроводную сеть от здания к зданию, и таким образом
увеличить охват (до 500-1000 м)
В инфракрасных системах для переноса данных
используется очень высокие частоты. Для прохождения
инфракрасных сигналов требуется прямая видимость
Сетевое оборудование
Аппаратура передачи данных
2. Оконечное оборудование данных
3. Промежуточная аппаратура
1.
Промежуточная аппаратура обычно
используется на линиях связи большой
протяженности и решает две основные задачи
1.
2.
улучшение качества сигнала
создание постоянного составного канала связи
между двумя абонентами сети
Сетевой адаптер

это периферийное устройство
компьютера, непосредственно
взаимодействующее со средой передачи
данных, которая прямо или через другое
коммуникационное оборудование
связывает его с другими компьютерами
Модемы

это устройство для обмена
информацией с другими компьютерами
через телефонные сети
Для повышения помехоустойчивости и
повышения скорости связи большинство
модемов реализуют алгоритмы (протоколы),
разделяемые на четыре группы
модуляции
2. обнаружения/коррекции ошибок
3. сжатия данных
4. передачи файлов
1.
Коммуникационные устройства








Повторитель (repeater)
Концентратор (hub)
Коммутатор (switch)
Структурированная кабельная система (SCS –
Structured Cabling System)
Коммутационная панель (кросс-панель, патчпанель)
Мост (bridge)
Маршрутизатор (router)
Шлюз (gateway)
Повторитель (repeater)

физически соединяет
различные сегменты
кабеля локальной сети и
передаёт сигналы из
одного сегмента сети в
другой, улучшая его
качества, позволяя тем
самым преодолеть
ограничения на длину
линий связи
Концентратор (hub)

представляет собой
устройство для
соединения
нескольких
компьютеров в
локальную сеть,
являясь её
центральным
соединительным
узлом и обеспечивая
подключение других
сетевых устройств
Коммутатор (switch)

устройство,
предназначенное
для соединения
нескольких узлов
компьютерной
сети в пределах
одного сегмента


коммутатор способен работать в
дуплексном режиме и разрешать
возникающие на портах коллизии
коммутатор хранит в памяти таблицу, в
которой указывается соответствие МАСадреса, что позволяет локализовать
трафик, и тем самым повысить пропускную
способность сети
Структурированная кабельная
система

это набор
коммутационных
элементов (кабелей,
разъёмов,
коннекторов,
кроссовых панелей и
шкафов), а также
методика их
совместного
использования,
которая позволяет
создавать регулярные,
легко расширяемые
структуры связей в
вычислительных сетях
Коммутационная панель (кросспанель, патч-панель)

панель с множеством соединительных
разъёмов, расположенных на лицевой
стороне панели
Мост (bridge)


это программно-аппаратный комплекс, который
соединяет локальные сети между собой, а
также локальные сети и удаленные рабочие
станции, позволяет им взаимодействовать друг
с другом для расширения возможностей сбора
и обмена данными
Мосты могут соединять сети с одинаковыми
протоколами взаимодействия, одинаковыми
типа среды передачи и одинаковой структурой
адресации
Мосты применяются в следующих
случаях
1.
разделение
больших сетей на
подсети с целью
увеличения
быстродействия и
уменьшения
стоимости линий
связи
МОСТ
2.
расширение физических возможностей сети
МОСТ
3.
объединение сетей в интерсеть
МОСТ
МОСТ
Маршрутизатор (router)

это устройство, которое собирает информацию
о топологии межсетевых соединений и на её
основании пересылает данные в сеть
назначения



В отличие от моста, который не знает, как
связаны сегменты друг с другом за пределами
его портов, маршрутизатор видит всю картину
связей подсетей друг с другом, поэтому он
может выбрать правильный маршрут при
наличии нескольких альтернативных
маршрутов
Маршрутизаторы могут объединять не только
локальные сети с различной технологией, но и
локальные сети с глобальными
Маршрутизаторы не только объединяют сети,
но и надёжно защищают их друг от друга
Шлюз (gateway)

соединяет сети с разными протоколами,
преобразуя проходящие через них сигналы

Мосты, маршрутизаторы и шлюзы в
вычислительных сетях – это, как правило,
выделенные компьютеры со специальным
программным обеспечением и дополнительной
аппаратурой
Средства спутниковой связи
Антенна
Трансивер
Модем
Адаптер
Сетевой
интерфейс
Локальная сеть
Схема оборудования радиоканала передачи данных
В спутниковых системах передачи данных широко
используются зеркальные антенны разных типов

Зеркальными
называются
антенны, у которых
поле в их раскрыве
формируется в
результате
отражения
электромагнитной
волны от
поверхности
специального
рефлектора
(зеркала)