Лекции по информационным сетям

Аналоговый  канал – сигнал имеет непрерывный диапазон значений; используется амплитудная модуляция, частотная модуляция, фазовая модуляция, квадратурно-амплитудная модуляция.

Цифровой  канал – сигнал имеет конечное число состояний, передается импульсами прямоугольной формы; используются самосинхронизирующиеся коды и кодово-импульсная модуляция.

 

Амплитудно-частотная  характеристика

Показывает, как  затухает амплитуда синусоиды на выходе линии связи по сравнению  с входным значением. Т.к. требуется  исследовать для всех возможных  частот, то на практике используют упрощенные характеристики: полоса пропускания и затухание.

Полоса  пропускания

Это непрерывный  диапазон частот для которого:

A_вых / A_вх >= 0,5 (условный предел)

Т.е. сигнал передается без значительных искажений.

 

Затухание

Это относительное  уменьшение амплитуды (мощности) сигнала для определенной частоты, измеряется в децибелах.

A = 10log₁₀(P_вых / P_вх)

 

Пропускная  способность

Характеризует максимально возможную скорость передачи данных по линии (бит/с или кбит/с).

Выделяют бодовую и информационную скорость

Бодовая (модуляционная) – измеряется в бодах, т.е. числом изменений дискретного сигнала в единицу времени.

Информационная – измеряется числом бит информации, переданной в единицу времени.

 

Помехоустойчивость 

Определяется способностью уменьшения уровня внешних помех; зависит от типа физической среды передачи данных:

радио – кабельные линии  – оптоволокно

 

Перекрестные  наводки

Определяют помехоустойчивость кабеля к внутренним помехам.

 

Достоверность передачи данных

Характеризуется вероятностью искажения для каждого переданного бита данных.

Методы передачи дискретных данных на физическом уровне.

 

Амплитудная модуляция

Используется в аналоговых каналах передачи данных с узкой  полосой частот (канал тональной  частоты). Это способ кодирования  дискретных данных, при котором информация кодируется изменением амплитуды, частоты или фазы синусоидального сигнала несущей частоты.

 

Цифровое кодирование

Используются потенциальные и импульсные коды.

Потенциальные коды – 0 и 1 представляются значением потенциала.

Импульсные  коды – 0 и 1 представляются импульсами определенной полярности, либо частью импульса и направлением перепада.

 

Потенциальный код без возврата к нулю (NRZ)

Метод NRZ характеризуется простотой реализации.

«+»– обеспечивает хорошее распознавание ошибок

«–» – нет свойства самосинхронизации; если последовательность 0 и 1 большая, то сигнал на линии не измениться.

 

Решение проблемы – использование  тактового генератора, но на больших  скоростях передачи данных он не помогает.

Как правило, используются модификации  метода NRZ. 

 

 

Манчестерский код

 

Используется в технологиях  Ethernet и Token Ring. Для кодирования используется перепад потенциала, такт делиться на две части, учитывается перепад потенциала в середине такта.

В начале такта м.б. служебный  перепад потенциала.

«+» - имеет хорошие самосинхронизирующиеся свойства.

 

 

Логическое кодирование

Используется для улучшения  потенциальных кодов, при этом заменяются длинные последовательности 0 и 1.

- избыточные  коды (4B/5B) – 4 бита заменяем на 5 бит

- скремблирование (перемешивание данные скремблером перед передачей их в линию).

Методы передачи данных канального уровня.

 

Канальный уровень  обеспечивает передачу пакетов данных с верхних уровней через физические уровни до узла назначения. Пакеты оформляются  в кадры (frame). Для обеспечения целостности данных и контроля ошибок используется контрольная сумма. Работает на уровне локальных сетей или в случае соединении «точка-точка» в глобальной сети.

 

Основные  характеристики методов передачи данных 
на канальном уровне.

1) асинхронный/синхронный

асинхронный – использовались в старых протоколах, при этом единицей информации были не кадры, а символы.

синхронный – все биты передаются непрерывно, синхронным потоком, что ускоряет передачу.

 

2) бит-ориентированные/символьноориентированные

Относится только к синхронным протоколам, отличаются только методом синхронизации бит.

Символьноориентированные  протоколы – передатчик добавляет два или более управляющих символа (SYN) перед каждым блоком данных. Граница начала кадра задается с помощью STX символа.

 

Бит-ориентированные  протоколы

Символьноориентированные  протоколы малоэффективны для передачи двоичных данных из-за избыточности служебных  данных.

Существует  несколько методов, и они отличаются способом указания начала и конца  кадра.

3) с  предварительным установлением соединения/дейтограмные

4) с  обнаружением искажений данных/без обнаружения

5) с  обнаружением потерянных данных/без обнаружения

6) с  восстановлением искаженных и  потерянных данных/без восстановления

7) с  поддержкой динамической компрессии/без компрессии

 

 

Технология ISDN

 

Технология  коммутации каналов (частные).

ISDN – это цифровая сеть с интегрированными услугами.

Можно сказать, что это цифровой вариант аналоговых телефонных линий с коммутацией  цифровых потоков.

Классификация:

- коммутируемая

- некоммутируемая

- обычная (56 кбит/с до 1,54 Мбит/с)

- широкополосный (155 Мбит/с до 2048 Мбит/с)

 

ISDN станция обеспечивает коммутацию цифровых потоков.

 

Основные средства ISDN:

- ISDN станция (коммутатор)

- ISDN терминалы

- внутренние адаптеры ISDN

- линии связи (интерфейсы BRI и PRI)

Интерфейс BRI (Basic Rate Interface)

Логическое строение коммутируемого соединения:

- два канала  по 64 кбит/с (В-канал) - 144 кбит/с

- один канал с 16 кбит/с управляющий

 

Интерфейс PRI (Primary Rate Interface)

Обеспечивает  скорость передачи данных 2 Мбит/с

E1 поток = 2048 кбит/с:

30 В-каналов  по 64 кбит/с

1 D-канал по 64 кбит/с

T1 поток = 1544 кбит/с:

23 В-канала по 64 кбит

1 D-канал по 64 кбит/с

 

T1 и E1 – это стандарты многоканальных систем, которые используются в качестве магистральных каналов.

T1 используется в США и Японии, E1 – Европе и у нас.

T3 = 28T1 = 45 Мбит/с

E3 = 34 Мбит/с

 

 

 

 

Технологии xDSL

 

Это следующий этап развития сетей доступа.

DSL – это цифровая абонентская линия (Public – Internet – Broadband – DSL).

 

Основные преимущества:

- использование  существующих абонентских линий

- увеличение  скорости передачи данных по  медному кабелю

- передача по  одной абонентской линии и  голоса и данных

- достаточно  высокие скорости по сравнению  с небольшими затратами

- возможность  одновременно говорить по телефону  и пользоваться Internet

 

Таблица xDSL-технологий
Название  технологии	скорость  передачи	Направление передачи	Возможности технологии
IDSL – Digital Subscriber Line Цифровая абонентская Линия ISDN	128 Кбит/c	Дуплекс	ISDN-сервис, передача  речи и данных
ADSL – Asymmetric Digital Subscriber Line Асимметричная цифровая  абонентская линия	1,5 Мбит/c — 8 Мбит/c 64-1544 Кбит/c	Сервер-пользователь Пользователь-сервер	Internet, локальные  сети (LAN) видео — по требованию, видеоконференции. Интерактивные услуги мультимедиа.
HDSL — High data rate Digital Subscriber Line Высокоскоростная цифровая  абонентская линия	1,544 Мбит/c 2048 Мбит/c	Дуплекс Дуплекс	Цифровые каналы типа E1 (T1) Услуги локальных (LAN) и глобальных сетей (WAN)
VDSL — Very High Digital Subscriber Сверх высокоскоростная цифровая  абонентская линия	13-52 Мбит/c 1,5 –2,3 Мбит/c	Сервер- пользователь Пользователь-сервер	Те же услуги, что и ADSL, но с большими скоростями и на меньшие расстояния.
SDSL – Symmetric Line Digital Subscriber Line Симметричная цифровая  абонентская линия	1,544 Мбит/c 2048 Мбит/c	Дуплекс Дуплекс

 

Схема подключения ADSL

 

Сплиттер –  это фильтр, разделитель частот, пассивное оборудование.

 

Структурированная кабельная система

 

СКС – это основа, фундамент сети.

СКС – это набор коммуникационных элементов (кабели, разъемы, коннекторы, кроссовые панели, шкафы), а также методика их совместного использования, которая позволяет создавать легко расширяемые структуры связи в сетях.

 

Преимущества:

1) Универсальность. СКС – это единая среда передачи данных в сети. При условии правильных решений на этапе проектирования и внедрения может объединить различные виды передаваемой информации (голос, видео, данные).

2) Увеличение срока службы. Срок старения продуманно спроектированной СКC примерно 8-10 лет.

3) Уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения мест их размещения. Стоимость СКС в основном определяется не стоимостью кабеля, а стоимостью его монтажа.

4) Возможность легкого расширения сети. СКС является модульной, поэтому ее легко наращивать и использовать в последствии более новое и производительное оборудование.

5) Обеспечивает более эффективное обслуживание. СКС облегчает поиск неисправностей.

6) Надежность. СКС имеет повышенную надежность, т.к. ее монтаж и техническое сопровождение осуществляется централизованно одной фирмой.

 

Кабели  на основе «витых пар»

«витая пара» - это кабель, состоящий из нескольких пар скрученных попарно изолированных  медных проводов в единой диэлектрической оболочке.

«+» - гибкие;

- легкие в  прокладке и монтаже;

- скручивание  проводов сводит к минимуму  индуктивные наводки друг на  друга

 

Внешняя оболочка м.б.:

- поливинилхлоридная (ПВХ); дешевле, но требуют комфортных  условий эксплуатации;

- тефлоновая  оболочка; используется в более  жестких условиях эксплуатации.

 

Неэкранированная  витая пара (UTP)

«+»

- простота монтажа  разъемов на концах;

- ремонт повреждений;

- стоимость.

«-»

- слабая защищенность от внешних электромагнитных помех;

- слабая защищенность от прослушивания (контактный метод и бесконтактный);

- остальные характеристики хуже, например, затухание сигнала больше, чем у коаксиального кабеля;

- величина затухания сигнала определяет максимальную длину неэкранированной витой пары до 100 метров.

 

UTP используется для передачи информации в сетях со скоростями до 1 Гбит/с

 

Экранированная  витая пара (STP)

Отсутствуют недостатки неэкранированных витых пар. Каждая из витых пар помещается в металлическую  оплетку-экран для уменьшения излучения кабеля, для защита от внешних электромагнитных воздействий и снижения взаимного влияния пар друг на друга (crosstalk – перекрестные наводки).

 

«+»

- помехозащищенность

- защита от  прослушивания

«-»

- стоимость

- обязательно  наличие заземления

- особенности  монтажа разъемов

 

RJ-45 коннекторы

Используются  для присоединения витых пар

Имеет 8 контактов

Для монтажа используется специальный обжимной инструмент.

Расплетение, которое допускается  при монтаже не более 1 см.

 

Категории UTP

 

Согласно стандарту EIA/TIA 568

Категория 1: телефонный кабель (1 пара)

Категория 2: используется редко, полоса частот до 1 мГц, стандарт EIA/TIA 568 не различает 1 и 2 категории, используется 2 пары