A fizikai környezet az alapja, amelyre a fizikai kapcsolat épül. A fizikai médiumon keresztüli kapcsolat fizikai eszközeivel való interfészt a Fizikai réteg biztosítja. Az étert, a fémeket, az optikai üveget és a kvarcot széles körben használják fizikai közegként. Fizikai szinten van egy közeg, amelyen keresztül az adatok továbbításra kerülnek. Az adatátviteli közeg kábeles és vezeték nélküli technológiákat egyaránt tartalmazhat. Bár a fizikai kábelek a hálózati kommunikáció legelterjedtebb médiája, a vezeték nélküli technológiákat egyre gyakrabban alkalmazzák, mivel képesek nagy kiterjedésű hálózatokat összekapcsolni.

A fizikai rétegen az átviteli közeg mechanikai és elektromos (optikai) tulajdonságait határozzák meg a fizikai kábeleknél, amelyek magukban foglalják:

Kábelek és csatlakozók típusa;

Az érintkezők elrendezése a csatlakozókban;

Jelkódolási séma 0 és 1 értékekhez.

Az adatkapcsolati réteg meghatározza a média hozzáférést és az átvitel vezérlését a csatornán keresztüli adatátviteli eljáráson keresztül. A helyi hálózatokban a kapcsolati rétegbeli protokollokat számítógépek, hidak, kapcsolók és útválasztók használják. A számítógépekben a kapcsolati réteg funkciókat a hálózati adapterek és illesztőprogramjaik közös erőfeszítésével valósítják meg.

Kommunikációs kábelek, kommunikációs vonalak, kommunikációs csatornák

A hálózatokban történő kommunikáció megszervezéséhez a következő fogalmakat használjuk:

Kommunikációs kábelek;

Kommunikációs vonalak;

Kommunikációs csatornák.

A kommunikációs vezetékek kommunikációs kábelekből és egyéb elemekből (szerelés, rögzítők, burkolatok, stb.) épülnek. Az épületen belüli vonalvezetés meglehetősen komoly feladat. A kommunikációs vonalak hossza több tíz métertől több tízezer kilométerig terjed. A kábeleken kívül minden többé-kevésbé komoly kommunikációs vonal magában foglalja a következőket: árkok, kutak, csatlakozók, folyók, tengerek és óceánok kereszteződései, valamint a vezetékek villámvédelme (valamint más típusú védelem). A kommunikációs vonalak biztonsága, üzemeltetése és javítása nagyon összetett; kommunikációs kábelek karbantartása túlnyomás alatt, megelőzés (hóban, esőben, szélben, árokban és kútban, folyóban és a tenger fenekén). A kommunikációs vezetékek lefektetésének koordinálásával kapcsolatos jogi kérdések, különösen a városban, nagy kihívást jelentenek. Így különbözik a (kommunikációs) vonal a kábeltől.

A kommunikációs csatornák már kiépített vonalak mentén szerveződnek. Ezenkívül, ha a vonalat általában egyszerre építik és helyezik üzembe, akkor a kommunikációs csatornákat fokozatosan vezetik be. Már a vonal mentén lehetséges a kommunikáció, de a rendkívül költséges szerkezetek ilyen alkalmazása nagyon hatástalan. Ezért csatornázó berendezést használnak (vagy ahogy szokták mondani, vonaltömörítést). Minden két vezetékből álló elektromos áramkör nem egy pár előfizető (vagy számítógép), hanem több száz vagy több ezer előfizető számára biztosít kommunikációt: egy hosszú távú kábel egy koaxiális párja akár 10 800 hangfrekvenciás csatornát (0,3–3,4 kHz) is kialakíthat. ) vagy majdnem ugyanannyi digitális, 64 Kbps sávszélességgel.

Kommunikációs kábelek jelenlétében kommunikációs vonalak jönnek létre, és kommunikációs csatornák jönnek létre a kommunikációs vonalak mentén. A kommunikációs vonalak és kommunikációs csatornák kommunikációs csomópontokhoz csatlakoznak. A vonalak, csatornák és csomópontok alkotják az elsődleges kommunikációs hálózatokat.

Kábeltípusok és strukturált kábelezési rendszerek

Adatátviteli közegként különféle típusú kábeleket használnak: koaxiális kábelt, árnyékolt és árnyékolatlan csavart érpárt, valamint optikai kábelt. A legnépszerűbb adatátviteli közeg rövid távolságokon (100 m-ig) az árnyékolatlan csavart érpár, amely a helyi hálózatok szinte minden modern szabványában és technológiájában szerepel, és akár 100 Mb/s átviteli sebességet biztosít (kategóriában 5 kábel). Az optikai kábelt széles körben használják mind a helyi kapcsolatok kiépítésére, mind a globális hálózatok gerincének kialakítására. Az optikai kábel nagyon nagy csatornakapacitást (akár több Gb/s-ig) és jelentős távolságokon (akár több tíz kilométeres távolságig) képes átvitelt biztosítani, közbenső jelerősítés nélkül.

Különféle elektromágneses hullámokat is használnak adatátviteli közegként a számítógépes hálózatokban. A helyi hálózatokban azonban eddig csak olyan esetekben használták a rádiókommunikációt, amikor a kábelek lefektetése lehetetlen, például épületekben. Ez az elektromágneses sugárzás felhasználásán alapuló hálózati technológiák elégtelen megbízhatóságával magyarázható. Globális csatornák kiépítéséhez szélesebb körben alkalmazzák ezt a fajta adatátviteli közeget - ráépülnek a műholdas kommunikációs csatornák és a mikrohullámú hatótávolságon belüli rálátási zónákban működő földi rádióközvetítő csatornák.

Nagyon fontos a hálózat alapja - a kábelrendszer - helyes felépítése. Az utóbbi időben a strukturált kábelezést egyre gyakrabban használják ilyen megbízható alapként.

Strukturált kábelezési rendszer Az SCS (Structured Cabling System) kapcsolóelemek (kábelek, csatlakozók, csatlakozók, keresztkapcsoló panelek és szekrények), valamint ezek együttes felhasználásának technikája, amely lehetővé teszi szabályos, könnyen bővíthető kapcsolat kialakítását. struktúrák számítógépes hálózatokban.

A strukturált kábelezési rendszer előnyei.

Sokoldalúság. A strukturált kábelezési rendszer átgondolt felépítéssel a számítógépes adatok helyi hálózaton történő továbbításának egyetlen médiumává válhat.

Megnövelt élettartam. Egy jól felépített kábelezési rendszer öregedési ideje 8-10 év is lehet.

Csökkentse az új felhasználók hozzáadásának és az elhelyezéseik módosításának költségeit. A kábelrendszer költségét elsősorban nem a kábel, hanem a lefektetés költsége határozza meg.

Egyszerű hálózatbővítési lehetőség. A strukturált kábelezési rendszer moduláris, ezért könnyen bővíthető, lehetővé téve, hogy egyszerűen és költséghatékonyan frissítsen fejlettebb berendezésekre, hogy megfeleljen a növekvő kommunikációs követelményeknek.

Hatékonyabb szolgáltatás nyújtása. A strukturált kábelezési rendszer megkönnyíti a karbantartást és a hibaelhárítást.

Megbízhatóság. A strukturált kábelezési rendszer megnövelte a megbízhatóságot, mivel általában minden alkatrészének gyártását és műszaki támogatását egy gyártó végzi.

A modern hálózatokban többféle kábelt használnak. Az alábbiakban felsoroljuk a leggyakrabban használt kábeltípusokat. A rézkábelek számos fajtája alkotja az elektromos kábelek egy osztályát, amelyeket telefonhálózatok fektetésére és LAN-ok telepítésére egyaránt használnak. Belső felépítésük alapján megkülönböztetünk sodrott érpárú kábeleket és koaxiális kábeleket.

Sodrott érpárú kábel (sodrottpár)

A csavart érpár olyan kábel, amelyben egy szigetelt vezetőpárt egységnyi hosszonként kis menetszámmal csavarnak. A vezetékek elcsavarása csökkenti a kívülről érkező elektromos interferenciát, amikor a jelek a kábelen terjednek, az árnyékolt csavart érpárok pedig tovább növelik a jel zajtűrésének mértékét.

A sodrott érpárú kábelt számos hálózati technológia használja, beleértve az Ethernetet, az ARCNetet és az IBM Token Ringet.

A sodrott érpárú kábelek a következőkre oszthatók: árnyékolatlan UTP (Unshielded Twisted Pair) és árnyékolt rézkábelek. Ez utóbbiak két típusra oszlanak: mindegyik pár árnyékolásával és egy közös STP-pajzssal (Shielded Twisted Pair), valamint csak egy közös FTP-pajzssal (Foiled Twisted Pair). Az árnyékolás megléte vagy hiánya a kábelen egyáltalán nem jelenti a továbbított adatok védelmének meglétét vagy hiányát, hanem csak az interferencia elnyomásának különböző megközelítéseiről beszél. Az árnyékolás hiánya rugalmasabbá és ellenállóbbá teszi az árnyékolatlan kábeleket. Ezenkívül a normál működéshez nincs szükség drága földhurokra, mint az árnyékoltoknál. Az árnyékolatlan kábelek ideálisak az irodákon belüli beltéri fektetéshez, míg az árnyékolt kábelek a legcélszerűbbek speciális üzemi feltételekkel rendelkező helyeken történő telepítéshez, például nagyon erős elektromágneses sugárzási források közelében, amelyek általában nem találhatók meg az irodákban.

	Átvitt jel frekvencia, (MHz)

Koaxiális kábelek

A koaxiális kábeleket rádió- és televízióberendezésekben használják. A koaxiális kábelek 10 Mbps-os adatátvitelre képesek 185 és 500 méter közötti maximális távolságban. A vastagságtól függően vastagra és vékonyra osztják őket. A koaxiális kábelek típusait a táblázat tartalmazza. 4.2.

Az RG-58 kábelként ismert Thinnet kábel a legszélesebb körben használt fizikai adathordozó. A hálózatok nem igényelnek további felszerelést, egyszerűek és olcsók. Bár a vékony koaxiális kábel (Thin Ethernet) rövidebb távolságra is lehetővé teszi az átvitelt, mint a vastag, a szabványos CP-50 típusú BNC csatlakozókat vékony kábellel történő csatlakozásokhoz használják, és alacsony költsége miatt ez lesz a de facto szabvány. irodai LAN-ok. 10Base2 Ethernet technológiában használják.

4.2. táblázat. A koaxiális kábelek típusai

	Név, ellenállásérték
	Vastagság, 50 Ohm
	Vékony, 50 Ohm, tömör középső vezető
	Vékony, 50 Ohm, középső sodrott vezető
	Szélessávú/kábeltelevízió (műsorszórás és kábeltelevízió), 75 Ohm
	Szélessávú/kábeltelevízió (műsorszórás és kábeltelevízió), 50 Ohm
	ARCNet, 93 Ohm

A vastag koaxiális kábel (Thick Ethernet) nagyobb zajtűréssel és nagyobb mechanikai szilárdsággal rendelkezik, de speciális eszköz szükséges a kábel átszúrásához, hogy ágakat hozzon létre a LAN-hoz való csatlakozáshoz. Drágább és kevésbé rugalmas, mint a vékony. Az alábbiakban ismertetett 10Base5 Ethernet technológiában használatos. A tokenküldő ARCNet hálózatok általában RG-62 A/U kábelt használnak.

Száloptikai kábel

Az optikai rendszerek megkülönböztető jellemzője mind magának a kábelnek (a rézhez képest), mind a speciális beépítési elemeknek (aljzatok, csatlakozók, csatlakozók stb.) magas költsége. Igaz, a hálózat költségeihez a fő hozzájárulást az optikai hálózatok aktív hálózati berendezéseinek ára adja.

A száloptikai hálózatokat vízszintes nagy sebességű csatornákhoz használják, és egyre gyakrabban használják függőleges kommunikációs csatornákhoz is (szintek közötti kapcsolatok).

A száloptikai kábel nagy sebességű adatátvitelt biztosít nagy távolságokon. Ők is immunisak a beavatkozásra és a lehallgatásra. Az optikai kábel fényt használ a jelek továbbítására. A fényvezetőként használt szál lehetővé teszi a jelek nagy távolságokra történő, óriási sebességgel történő továbbítását, de drága és nehéz vele dolgozni.

A csatlakozók felszerelése, az elágazások létrehozása és az optikai kábelek hibaelhárítása speciális szerszámokat és magas képzettséget igényel. Az optikai kábel egy több mikron vastagságú központi üvegszálból áll, amelyet folyamatos üveghüvellyel borítanak. Mindez pedig egy külső védőburokban van elrejtve.

Az optikai vezetékek nagyon érzékenyek a csatlakozók rossz csatlakozásaira. Az ilyen kábelekben fényforrásként LED-eket használnak, és az információkat a fényintenzitás változtatásával kódolják. A kábel vevő végén egy detektor a fényimpulzusokat elektromos jelekké alakítja.

Kétféle optikai kábel létezik: egymódusú és többmódusú. Az egymódusú kábelek kisebb átmérőjűek, drágábbak és lehetővé teszik az információk nagy távolságra történő továbbítását. Mivel a fényimpulzusok egy irányba terjedhetnek, az optikai rendszereknek minden szegmenshez rendelkezniük kell egy bejövő és egy kimenő kábellel. Az optikai kábel speciális csatlakozókat és magasan képzett telepítést igényel.

Az adatátviteli közegtől függően a kommunikációs vonalak a következőkre oszthatók:

• vezetékes (antenna);
• kábel (réz és optikai szál);
• földi és műholdas kommunikáció rádiócsatornái.

Vezetékes (felső) kommunikációs vonalak szigetelő vagy árnyékoló fonat nélküli vezetékek, amelyek oszlopok közé vannak fektetve és a levegőben lógnak. Az ilyen kommunikációs vonalak hagyományosan telefon- vagy távírójeleket hordoznak, de egyéb lehetőség hiányában ezek a vonalak számítógépes adatok továbbítására is szolgálnak. Ezen vonalak sebességi tulajdonságai és zajtűrése sok kívánnivalót hagy maga után. Manapság a vezetékes kommunikációs vonalakat gyorsan felváltják a kábelvonalak.

Kábelvonalak meglehetősen összetett szerkezetek. A kábel több rétegű szigetelésbe zárt vezetőkből áll: elektromos, elektromágneses, mechanikus és adott esetben klimatikus. Ezenkívül a kábel felszerelhető csatlakozókkal, amelyek lehetővé teszik a különféle berendezések gyors csatlakoztatását. A számítógépes hálózatokban három fő kábeltípust használnak: csavart érpárú rézkábelt, réz koaxiális kábelt és száloptikai kábelt.

Sodrott érpárt neveznek csavart érpár. A csavart érpár árnyékolt változatban is létezik (árnyékolt csavart érpár, STP), amikor egy pár rézhuzal szigetelő pajzsba van burkolva és árnyékolatlan (árnyékolatlan csavart érpár, UTP), amikor a szigetelő fólia hiányzik. A vezetékek csavarása csökkenti a külső interferencia hatását a kábel mentén továbbított hasznos jelekre. Koaxiális kábel aszimmetrikus kialakítású, belső rézmagból és fonatból áll, amelyet a magtól egy szigetelőréteg választ el. Számos típusú koaxiális kábel létezik, amelyek jellemzőikben és felhasználási területeikben különböznek egymástól - helyi hálózatokhoz, nagy kiterjedésű hálózatokhoz, kábeltelevízióhoz stb. Optikai kábel vékony (5-60 mikron) szálakból áll, amelyeken keresztül a fényjelek haladnak. Ez a legjobb minőségű kábeltípus - nagyon nagy sebességű adatátvitelt biztosít (akár 10 Gbit/s és nagyobb), és ráadásul jobban, mint a többi adatátviteli adathordozó, megvédi az adatokat a külső interferencia ellen.

Földi és műholdas rádiócsatornák rádióhullámok adója és vevője segítségével alakítják ki. Nagyon sok különböző típusú rádiócsatorna létezik, amelyek mind a használt frekvenciatartományban, mind a csatornatartományban különböznek. A rövid-, közép- és hosszúhullámú sávok (KB, CB és LW), amelyeket a bennük alkalmazott jelmodulációs módszer típusa után amplitúdómodulációs (AM) sávoknak is neveznek, nagy távolságú kommunikációt biztosítanak, de alacsony adatátviteli sebességgel. A leggyorsabb csatornák a frekvenciamodulációval (FM) jellemző ultrarövid hullámú (VHF) tartományban, valamint az ultramagas frekvenciatartományban (mikrohullámok) működő csatornák. A mikrohullámú tartományban (4 GHz felett) a jeleket már nem verik vissza a Föld ionoszférája, és a stabil kommunikációhoz közvetlen láthatóság szükséges az adó és a vevő között. Ezért ezeket a frekvenciákat vagy a műholdas csatornák, vagy a rádiórelé csatornák használják, ha ez a feltétel teljesül.

A számítógépes hálózatokban manapság szinte minden leírt fizikai adatátviteli médiát használnak, de a legígéretesebbek az optikai szálak. Ma már a nagy területi hálózatok gerincei és a helyi hálózatok nagy sebességű kommunikációs vonalai egyaránt rájuk épülnek. A csavart érpár szintén népszerű közeg, amelyet a kiváló minőség-költség arány és a könnyű telepítés jellemez. Sodrott érpárú kábelek segítségével a hálózatok végfelhasználói általában legfeljebb 100 méteres távolságra csatlakoznak a hub-tól. A műholdas csatornákat és a rádiókommunikációt leggyakrabban olyan esetekben használják, amikor a kábeles kommunikáció nem használható - például amikor egy csatorna ritkán lakott területen halad át, vagy mobilhálózat-használóval, például teherautó-sofőrrel, körbefutó orvossal kommunikál. stb.

A kábel meglehetősen összetett termék, „vezetőkből, árnyékolási és szigetelési rétegekből áll. Egyes esetekben a kábel olyan csatlakozókat tartalmaz, amelyek a kábeleket a berendezéshez csatlakoztatják. Ezenkívül a kábelek és berendezések gyors visszacsatlakoztatása érdekében különféle elektromechanikus eszközöket használnak, amelyeket keresztmetszeteknek, keresztdobozoknak vagy szekrényeknek neveznek.

A számítógépes hálózatok bizonyos szabványoknak megfelelő kábeleket használnak, ami lehetővé teszi a különböző gyártók kábeleiből és csatlakozó eszközeiből hálózati kábelezési rendszer kiépítését. Ma a világgyakorlatban leggyakrabban használt szabványok a következők.

• EIA/TIA-568A amerikai szabvány, amelyet több szervezet közösen fejlesztett ki: ANSI, EIA/TIA és Underwriters Labs (UL). Az EIA/TIA-568 szabvány az EIA/TIA-568 szabvány előző verzióján és a TSB-36 és TSB-40A szabvány kiegészítésein alapul.
• ISO/IEC 11801 nemzetközi szabvány.
• EN50173 európai szabvány.

Ezek a szabványok közel állnak egymáshoz, és sok tekintetben azonos követelményeket támasztanak a kábelekkel szemben. Vannak azonban eltérések is ezek között a szabványok között, például az 11801 nemzetközi szabvány és az európai EN50173 tartalmaz bizonyos típusú kábeleket, amelyek nem szerepelnek az EIA/TAI-568A szabványban.

Az EIA/TIA szabvány megjelenése előtt az amerikai szabvány játszott nagy szerepet kábelkategóriás rendszerek Underwriters Labs, amelyet az Anixterrel közösen fejlesztettek ki. Ez a szabvány később az EIA/TIA-568 szabvány részévé vált.

Ezeken a nyílt szabványokon kívül sok vállalat egy időben saját, szabadalmaztatott szabványt dolgozott ki, amelyek közül csak egynek van még gyakorlati jelentősége - az IBM szabvány.

A kábelek szabványosítása során protokollfüggetlen megközelítést alkalmaztak. Ez azt jelenti, hogy a szabvány meghatározza azokat az elektromos, optikai és mechanikai jellemzőket, amelyeknek egy adott típusú kábelnek vagy csatlakozó terméknek – csatlakozónak, keresztező doboznak stb. – meg kell felelnie. A szabvány azonban nem határozza meg, hogy ez a kábel milyen protokollhoz készült. Ezért nem vásárolhat kábelt az Ethernet vagy FDDI protokollhoz, csak tudnia kell, hogy milyen típusú szabványos kábelek támogatják az Ethernet és FDDI protokollokat.

A szabványok korai változatai csak a kábelek jellemzőit határozták meg, csatlakozók nélkül. A szabványok legújabb verzióiban követelmények jelentek meg a csatlakozó elemekre (TSB-36 és TSB-40A dokumentumok, amelyek később bekerültek az 568A szabványba), valamint a vonalak (csatornák), egy tipikus kábelrendszer-összeállítás, amely a munkaállomástól a konnektorig vezető vezetékből, magából a kivezetésből, a fő kábelből (sodrót érpárnál legfeljebb 90 m hosszú), egy átmeneti pontból (például egy másik aljzatból vagy egy kemény keresztcsatlakozóból) áll. ) és egy vezetéket az aktív berendezéshez, például egy hubhoz vagy kapcsolóhoz.

Csak magukra a kábelekre vonatkozó alapvető követelményekre összpontosítunk, anélkül, hogy figyelembe vennénk a csatlakozó elemek és az összeszerelt vezetékek jellemzőit.

A kábelszabványok meglehetősen sok jellemzőt írnak elő, amelyek közül a legfontosabbakat az alábbiakban soroljuk fel (az első kettőt már részletesen tárgyaltuk).

A modern szabványok középpontjában a csavart érpárú kábelek és az optikai kábelek állnak.

Az adatátviteli közeg alatt olyan fizikai anyagot értünk, amelyen keresztül elektromos jeleket továbbítanak, és amelyet bizonyos digitális formában bemutatott információk továbbítására használnak.

Az adatátviteli közeg lehet természetes vagy mesterséges. A természeti környezet a természetben létező környezet; A jelátvitel természetes környezete leggyakrabban a Föld légköre. Ennek megfelelően a mesterségesen olyan médiát értünk, amelyet kifejezetten adatátviteli közegként való használatra gyártottak. A mesterséges környezet képviselői például az elektromos és száloptikai (optikai) kábelek.

A mesterséges adatátviteli közeg tipikus és leggyakoribb képviselői a kábelek. Adatátviteli hálózat létrehozásakor a következő főbb kábeltípusok közül kell választani: optikai (szálas), koaxiális (koaxiális) és csavart érpárú (csavart érpár). Ebben az esetben mind a koaxiális (koaxiális kábel), mind a csavart érpárnál fémvezetőt használnak a jelek továbbítására, az optikai kábeleknél pedig üvegből vagy műanyagból készült fényvezetőt.

Koaxiális kábel (koaxiális), vagy koaxiális.

A koaxiális kábel széles sávszélességgel rendelkezik; ez azt jelenti, hogy nagy sebességgel tudja továbbítani a forgalmat. Ellenáll az elektromágneses interferenciának is (a csavart érpárhoz képest), és nagy távolságra is képes jeleket továbbítani. Mindemellett a kábelrendszerek és a különböző adatátviteli hálózatok számos szállítója és telepítője megismerkedett a koaxiális kábelen keresztüli jelátvitel technológiájával.

A koaxiális kábel négy részből áll. A kábel belsejében van egy központi mag (vezető, jelvezeték, vezeték, jelhordozó, belső vezető), amelyet szigetelőanyag (dielektrikum) vesz körül. Ezt a szigetelőréteget vékony fémháló veszi körül. A fém képernyő tengelye egybeesik a belső vezető tengelyével - innen származik a „koaxiális” elnevezés. Végül a kábel külső része a műanyag köpeny.

Sodrott érpár (TP - csavart érpár) - olyan kábel, amelyben egy szigetelt vezetőpárt kis számú fordulattal csavarnak egységnyi hosszonként. A csavarás célja a külső interferencia (külső forrásokból származó interferencia) és az áthallás (az egyik vezetőtől egy másik vezetőhöz való interferencia) csökkentése.

A száloptikai és koaxiális kábelekhez képest a sodrott érpárú kábelek használata számos jelentős előnnyel jár. Ez a kábel vékonyabb, rugalmasabb és könnyebben szerelhető. Ez is olcsó. Ennek eredményeként a sodrott érpárú kábel ideális adatátviteli eszköz olyan irodák vagy munkacsoportok számára, ahol nincs elektromágneses interferencia.

A csavart érpárú kábelnek azonban a következő hátrányai vannak: a külső elektromágneses interferencia erős hatása, az információszivárgás lehetősége és erős jelgyengülés. Ezenkívül a csavart érpárú vezetékek bőrhatásnak vannak kitéve - nagy áramfrekvenciákon az elektromos áram elmozdul a vezető közepétől, ami a vezető hasznos területének csökkenéséhez és a jel további csillapításához vezet.

Az árnyékolt (STP - árnyékolt csavart érpár) és az árnyékolatlan (UTP - árnyékolatlan csavart érpár) a csavart érpárok legfontosabb típusai. Ebben az esetben az UTP-kábel nem tartalmaz árnyékolást, míg az STP-kábel minden csavart érpár körül lehet árnyékolás, és ezen kívül egy másik árnyékolás, amely minden csavart érpárt lefed (S-STP kábel). A képernyő használata javítja a zajvédelmet.

Száloptikai kábel

Ez a kábel hatalmas sávszélességgel rendelkezik, és nagyon nagy távolságokra képes hang-, video- és adatjeleket továbbítani. Mivel az optikai kábel nem elektromos, hanem fényimpulzusokat használ az adatátvitelhez, immunis az elektromágneses interferenciára. Az optikai kábel megkülönböztető jellemzője, hogy nagyobb információbiztonságot nyújt, mint a rézkábel. Ennek az az oka, hogy a behatoló nem tudja lehallgatni a jeleket, hanem fizikailag csatlakoznia kell a kommunikációs vonalhoz. Az optikai kábelek hátrányai közé tartozik a magas költség és az elektromos kábelekhez képest kevesebb lehetséges visszakapcsolás, mivel az újracsatlakozások során a kommutáció helyén mikrorepedések jelennek meg, ami az optikai szál minőségének romlásához vezet.

Az optikai kábel szerkezete hasonló a koaxiális kábeléhez. A központi mag helyett azonban egy rúd vagy mag van, amelyet nem egy dielektrikum vesz körül, hanem egy optikai héj, amelyet viszont egy pufferréteg (lakkréteg) vesz körül. , erősítő elemek és egy külső bevonat. A mag és a héj egy egységként készül. A rúd átmérője 2 és több száz mikrométer között van. A héj vastagsága több száz mikrométertől néhány milliméterig terjed. A pufferréteg lehet laza (merev műanyag cső) vagy szorosan illeszkedő. Ingyenes véd a mechanikai sérülésektől és a hőmérséklettől, a szomszédos csak a mechanikai sérülésektől. Az erősítőelemek acélból, kevlárból stb. készülnek, azonban negatív hatást is kifejthetnek, például az acélból készült elemek vonzhatják magukhoz a villámcsapásokat. elektromos kábeleket takarva.

Az optikai kábel lehet egymódusú vagy többmódusú. Az egymódusú kábel kisebb szálátmérőjű (5-10 mikron), és csak a fénysugárzás egyenes vonalú terjedését teszi lehetővé (a központi mód mentén). A többmódusú kábel magjában a fény nem csak egyenes vonalban terjedhet (több módus mentén). Minél több mód, annál szűkebb a kábelkapacitás.

Az egymódusú kábel a legjobb teljesítményű, de egyben a legdrágább is. A műanyagból készült többmódusú kábel a leginkább

Tekintsük a természetes átviteli közeget - a légkört. Az elektromágneses hullámok a legszélesebb körben használt adathordozók a légkörben. Itt meg kell jegyezni, hogy az elektromágneses hullámok légkörben való terjedésének jellege a hullámhossztól függ. Az elektromágneses sugárzás spektruma rádiósugárzásra, infravörös sugárzásra, látható fényre, ultraibolya sugárzásra, röntgensugárzásra és gammasugárzásra oszlik. Jelenleg technikai nehézségek miatt ultraibolya, röntgen és gamma sugárzást nem alkalmaznak. A használt rádióhullámok viszont a hullámhossztól függenek. Fel vannak osztva (a hazai besorolást adjuk): extra hosszú (deka-kilométer), hosszú (kilométer), közepes (hektaméter), rövid (dekaméter), méter, deciméter, centiméter, milliméter, szubmilliméter. Az utolsó öt sávot ultrarövid hullámnak is nevezik. Ezen kívül az utolsó három tartományban a mikrohullámú sugárzás is szerepel (és egyes források szerint a deciméter tartomány egy része 0,3...0,1 m).

A mesterséges adatátviteli közeg tipikus és leggyakoribb képviselői a kábelek. Adatátviteli hálózat létrehozásakor a következő főbb kábeltípusok közül kell választani: optikai (szálas), koaxiális (koaxiális) és csavart érpárú (csavart érpár). Ebben az esetben mind a koaxiális (koaxiális kábel), mind a csavart érpárnál fémvezetőt használnak a jelek továbbítására, az optikai kábeleknél pedig üvegből vagy műanyagból készült fényvezetőt.

A több interfész által megosztott fizikai csatornát megosztott csatornának nevezzük. Gyakran használják a megosztott média kifejezést.

22. kérdés.

Megosztott adatátviteli közeghez való hozzáférési módok osztályozása.

1. Véletlen hozzáférési módszerek (Ethernet)

2. Determinisztikus (Token busz, Token ring)

Véletlenszerű: a médiumhoz való hozzáférés bármikor megtörténik, a többi hálózati előfizetőtől függetlenül.

Határozza meg: A környezethez való hozzáférés szigorúan meghatározott ideig és engedéllyel korlátozott.

A véletlen hozzáférésű módszerek fő hátránya az ütközések jelenléte.

A determinisztikus módszer fő előnye, hogy az átviteli idő független a terheléstől.

23. kérdés.

Véletlenszerű CSMA/CD hozzáférési módszer. Munka algoritmusa Hatékonyság.

Az Ethernet hálózatok az ütközésérzékeléssel (CSMA/CD) nevezett hordozó-érzékelés-többszörös hozzáférési módszert használják.

Ezt a módszert kizárólag logikai közös busszal rendelkező hálózatokban alkalmazzák (amely magában foglalja azokat a rádióhálózatokat, amelyek ezt a módszert eredményezték). Az ilyen hálózaton lévő összes számítógép közvetlen hozzáféréssel rendelkezik egy közös buszhoz, így bármely két hálózati csomópont közötti adatátvitelre használható. Ugyanakkor a hálózaton lévő összes számítógépnek lehetősége van azonnal (figyelembe véve a jel fizikai közegen keresztüli terjedésének késését) azokat az adatokat, amelyeket bármelyik számítógép elkezdett továbbítani a közös buszra (3.3. ábra). A csatlakozási séma egyszerűsége az egyik olyan tényező, amely meghatározta az Ethernet szabvány sikerét. Azt mondják, hogy a kábel, amelyhez az összes állomás csatlakozik, többszörös hozzáférés (MA) módban működik.

Rizs. 3.3. Véletlen hozzáférésű módszer CSMA/CD

A környezethez való hozzáférés szakaszai

A hálózaton keresztül továbbított összes adat meghatározott szerkezetű keretekbe kerül, és a célállomás egyedi címével látják el.

A keret átviteléhez az állomásnak gondoskodnia kell arról, hogy a megosztott adathordozó tiszta legyen. Ezt a jel alapharmonikusának meghallgatásával érik el, amelyet vivőérzéknek (CS) is neveznek. A foglalatlan közeg jele, hogy nincs rajta vivőfrekvencia, ami a Manchester kódolási módszerrel 5-10 MHz, az egyesek és nullák pillanatnyi átviteli sorrendjétől függően.

Ha az adathordozó szabad, akkor a csomópontnak joga van elkezdeni a keret továbbítását. Ez a keret az ábrán látható. 3.3 először. Csomó 1 megállapította, hogy a médium tiszta, és elkezdte továbbítani a keretét. A klasszikus Ethernet hálózatban koaxiális kábelen a csomóponti adó jelet ad 1 mindkét irányban el vannak osztva, így minden hálózati csomópont megkapja azokat. Az adatkeret mindig kíséri preambulum, amely 7 bájtból áll, amelyek 10101010 értékekből állnak, a 8. bájt pedig 10101011. A preambulum szükséges ahhoz, hogy a vevő bitenkénti szinkronba lépjen az adóval.

A kábelre csatlakoztatott összes állomás képes felismerni, hogy egy keretet továbbítottak, és a keretfejlécekben a saját címét felismerő állomás beírja annak tartalmát a belső pufferébe, feldolgozza a kapott adatokat, továbbadja a veremben, majd elküldi a keret a kábel mentén -válasz. A forrásállomás címét az eredeti keret tartalmazza, így a célállomás tudja, hogy kinek küldje el a választ.

Csomó 2 a csomópont általi keretátvitel során 1 a keretét is megpróbálta elküldeni, de megállapította, hogy a médium foglalt - vivőfrekvencia volt rajta - ezért a csomópont 2 kénytelen várni a csomópontig 1 nem hagyja abba a keret továbbítását.

A keretátvitel befejezése után minden hálózati csomópontnak ki kell bírnia egy 9,6 μs technológiai szünetet (Inter Packet Gap). Erre a szünetre, amelyet keretközi intervallumnak is neveznek, azért van szükség, hogy a hálózati adaptereket eredeti állapotukba hozzuk, valamint megakadályozzuk, hogy egy állomás kizárólagosan átvegye a környezetet. A technológiai szünet lejárta után a csomópontoknak joguk van elkezdeni a keretük továbbítását, mivel a médium szabad. A jel kábelen történő terjedésének késése miatt nem minden csomópont rögzíti szigorúan egyidejűleg azt a tényt, hogy a csomópont befejezte a keretátvitelt. 1.

A megadott példában a csomópont 2 megvárta a keret átvitelének végét a csomópont által 1, 9,6 μs-nál szünetelt, és elkezdte továbbítani a keretét.

Ütközés bekövetkezése

A leírt megközelítéssel lehetséges, hogy két állomás egyidejűleg egy adatkeretet próbál meg egy közös közegen keresztül továbbítani. A közeghallgatási mechanizmus és a képkockák közötti szünet nem garantálja azt a helyzetet, amikor két vagy több állomás egyidejűleg úgy dönt, hogy a médium tiszta, és megkezdi a kereteik továbbítását. Azt mondják, mi történik ütközés, Mivel a két képkocka tartalma közös kábelen ütközik és az információ torzul, az Ethernetben alkalmazott kódolási módszerek nem teszik lehetővé az egyes állomások jeleinek elválasztását a közös jeltől.

JEGYZET Vegye figyelembe, hogy ez a tény tükröződik az Ethernet technológia összes fizikai protokolljának (például 10Base-2,10Base-T stb.) nevében a „Base(band)” komponensben. Az alapsávi hálózat olyan alapsávi hálózatot jelent, amelyben az üzenetek digitálisan, egyetlen csatornán, frekvenciaosztás nélkül kerülnek elküldésre.

Az ütközés normális helyzet az Ethernet hálózatokban. ábrán látható példában. 3.4, az ütközést a 3. és az U csomópontok egyidejű adatátvitele okozta. Az ütközéshez nem szükséges, hogy több állomás abszolút egyidejűleg kezdje meg az adást. Sokkal valószínűbb, hogy az ütközés abból fakad, hogy az egyik csomópont korábban kezdi el az adást, mint a másik, de az első jeleinek egyszerűen nincs ideje elérni a második csomópontot, mire a második csomópont úgy dönt, hogy elkezdi adását. keret. Vagyis az ütközések a hálózat elosztott természetének következményei.

Az ütközés helyes kezelése érdekében az összes állomás egyidejűleg figyeli a kábelen megjelenő jeleket. Ha a továbbított és megfigyelt jelek különböznek, akkor a ütközésérzékelés (CD). Annak érdekében, hogy a hálózat összes állomása korán észlelje az ütközést, az ütközést észlelő állomás megszakítja keretének átvitelét (tetszőleges helyen, esetleg nem bájthatáron), és küldéssel erősíti az ütközési helyzetet. egy speciális, 32 bites sorozat a hálózathoz, az úgynevezett lekvár sorrend.

Rizs. 3.4. Az ütközés előfordulásának és terjedésének diagramja

Ezt követően az ütközést észlelő adóállomásnak le kell állítania az adást, és rövid, véletlenszerű időre szünetet kell tartania. Ezután ismét megpróbálhatja rögzíteni a médiát, és továbbítani a keretet. A véletlenszerű szünet kiválasztása a következő algoritmussal történik:

Szünet = L *(késleltetési intervallum),

ahol a késleltetési intervallum 512 bites intervallumnak felel meg (az Ethernet technológiában az összes intervallumot bitintervallumban szokás mérni; a bitintervallumot bt-vel jelöljük, és a két egymást követő adatbit kábelen való megjelenése közötti időnek felel meg; 10 Mbit/s sebesség esetén a bitintervallum 0,1 μs vagy 100 ns);

L egy egész szám, amelyet egyenlő valószínűséggel választunk ki a tartományból, ahol N ennek a keretnek az újraküldésének száma: 1,2,..., 10.

A 10. kísérlet után nem növekszik az az intervallum, amelyből a szünetet kiválasztja. Így egy véletlenszerű szünet értéke 0 és 52,4 ms között lehet.

Ha egy keret 16 egymást követő átviteli kísérlete ütközést okoz, akkor az adónak abba kell hagynia a próbálkozást, és el kell dobnia a keretet.

A hozzáférési mód leírásából jól látható, hogy valószínűségi jellegű, és annak valószínűsége, hogy egy közös médiumot sikeresen meg lehet szerezni, a hálózat terhelésétől, vagyis az állomások keretátviteli igényének intenzitásától függ. Amikor ezt a módszert a 70-es évek végén kifejlesztették, azt feltételezték, hogy a 10 Mbit/s-os adatátviteli sebesség nagyon magas a számítógépek kölcsönös adatcserére vonatkozó igényeihez képest, így a hálózat terhelése mindig csekély lesz. Ez a feltételezés időnként a mai napig igaz, de már léteznek valós idejű multimédiás alkalmazások, amelyek nagy terhelést jelentenek az Ethernet szegmensekre. Ebben az esetben sokkal gyakrabban fordulnak elő ütközések. Ha az ütközések intenzitása jelentős, az Ethernet hálózat hasznos áteresztőképessége meredeken csökken, mivel a hálózat szinte állandóan elfoglalt a keretek ismételt átviteli kísérleteivel. Az ütközések intenzitásának csökkentése érdekében vagy csökkentenie kell a forgalmat, például csökkentenie kell a csomópontok számát egy szegmensben vagy le kell cserélnie az alkalmazásokat, vagy növelnie kell a protokoll sebességét, például Fast Ethernet-re kell váltania.

Meg kell jegyezni, hogy a CSMA/CD hozzáférési módszer egyáltalán nem garantálja, hogy egy állomás valaha is hozzáférhet a közeghez. Természetesen csekély hálózati terhelés esetén kicsi a valószínűsége egy ilyen eseménynek, de amikor a hálózat kihasználtsági tényezője megközelíti az 1-et, egy ilyen esemény nagyon valószínűvé válik. A véletlen hozzáférésű módszer hátránya, hogy rendkívüli egyszerűségéért fizetni kell, ami az Ethernetet a legolcsóbb technológiává tette. Más hozzáférési módszerek - Token Ring és FDDI hálózatok token hozzáférése, 100VG-AnyLAN hálózatok Demand Priority módszere - mentesek ettől a hátránytól.

oldal 27 -tól 27 Az adattovábbítás fizikai alapjai(Kommunikációs vonalak,)

Az adattovábbítás fizikai alapjai

Minden hálózati technológiának biztosítania kell a diszkrét adatok megbízható és gyors továbbítását kommunikációs vonalakon. Bár nagy különbségek vannak a technológiák között, ezek a diszkrét adatátvitel közös elvein alapulnak. Ezek az alapelvek a bináris egyesek és nullák megjelenítésére szolgáló eljárásokban, különböző fizikai természetű kommunikációs vonalakban impulzusos vagy szinuszos jelek alkalmazásával, hibaészlelési és -javítási módszerekben, tömörítési módszerekben és kapcsolási módszerekben testesülnek meg.

Vonalakkommunikáció

Elsődleges hálózatok, vonalak és kommunikációs csatornák

A hálózati csomópontok közötti információt továbbító műszaki rendszer leírásakor a szakirodalomban több elnevezés is megtalálható: kommunikációs vonal, összetett csatorna, csatorna, kapcsolat. Ezeket a kifejezéseket gyakran felcserélve használják, és ez sok esetben nem okoz problémát. Ugyanakkor vannak sajátosságok a használatukban.

Link(link) egy szegmens, amely adatátvitelt biztosít két szomszédos hálózati csomópont között. Azaz a link nem tartalmaz közbenső kapcsoló- és multiplexelő eszközöket.

Csatorna A (csatorna) leggyakrabban a kapcsolat sávszélességének azt a részét jelöli, amelyet a váltás során önállóan használnak fel. Például egy elsődleges hálózati kapcsolat 30 csatornából állhat, amelyek mindegyikének kapacitása 64 Kbps.

Összetett csatorna(áramkör) egy út a hálózat két végcsomópontja között. Egy összetett csatornát az egyes közbenső kapcsolatok és a kapcsolókban lévő belső kapcsolatok alkotnak. Az „összetett” jelzőt gyakran elhagyják, és a „csatorna” kifejezést mind az összetett csatornára, mind a szomszédos csomópontok közötti csatornára, azaz egy linken belüli csatornára használják.

Kommunikációs vonal a másik három kifejezés bármelyikének szinonimájaként használható.

ábrán. két kommunikációs vonal opció látható. Az első esetben ( A) a vezeték több tíz méter hosszú kábelszakaszból áll, és egy összeköttetés. A második (b) esetben a kommunikációs vonal egy összetett csatorna, amelyet egy áramkörkapcsolt hálózatban telepítenek. Ilyen hálózat lehetne elsődleges hálózat vagy telefonhálózat.

Számítógépes hálózat esetében azonban ez a vonal egy kapcsolatot jelent, mivel két szomszédos csomópontot köt össze, és minden kapcsoló köztes berendezés átlátszó ezek számára. A számítástechnikai szakemberek és az elsődleges hálózati szakemberek közötti kölcsönös félreértés oka itt nyilvánvaló.

Az elsődleges hálózatokat kifejezetten azért hozták létre, hogy adatátviteli csatorna-szolgáltatásokat nyújtsanak számítógépes és telefonhálózatok számára, amelyek ilyen esetekben állítólag az elsődleges hálózatok „felül” működnek, és átfedő hálózatok.

A kommunikációs vonalak osztályozása

Link általában egy fizikai közegből áll, amelyen keresztül elektromos információs jelek, adatátviteli berendezések és közbenső berendezések továbbításra kerülnek. Az adatátvitel fizikai közege (fizikai adathordozó) lehet kábel, azaz vezetékek, szigetelő- és védőburkolatok és csatlakozó csatlakozók halmaza, valamint a föld légköre vagy a világűr, amelyen az elektromágneses hullámok terjednek.

Az első esetben beszélünk vezetékes környezet, a másodikban pedig - kb vezeték nélküli.

A modern távközlési rendszerekben az információ továbbítása a segítségével történik elektromos áram vagy feszültség, rádiójelek vagy fényjelek- mindezek a fizikai folyamatok az elektromágneses mező különböző frekvenciájú oszcillációit jelentik.

Vezetékes (felső) vezetékek A csatlakozások szigetelő vagy árnyékoló fonat nélküli, oszlopok közé fektetett és a levegőben lógó vezetékek. Még a közelmúltban is az ilyen kommunikációs vonalak voltak a fő vonalak a telefon- vagy távírójelek továbbítására. Manapság a vezetékes kommunikációs vonalakat gyorsan felváltják a kábelvonalak. De néhány helyen még megőrzik, és egyéb lehetőség hiányában továbbra is számítógépes adatok továbbítására használják. Ezen vonalak sebességi tulajdonságai és zajtűrése sok kívánnivalót hagy maga után.

Kábelvonalak meglehetősen összetett kialakításúak. A kábel több szigetelőrétegbe zárt vezetőkből áll: elektromos, elektromágneses, mechanikus és esetleg klimatikus. Ezenkívül a kábel felszerelhető csatlakozókkal, amelyek lehetővé teszik a különféle berendezések gyors csatlakoztatását. A számítógépes (és távközlési) hálózatokban három fő kábeltípust használnak: csavart rézvezetékpáron alapuló kábelek - árnyékolatlan csavart érpár(Unshielded Twisted Pair, UTP) és árnyékolt csavart érpár(árnyékolt csavart érpár, STP), koaxiális kábelek rézmagos, optikai kábelekkel. Az első két típusú kábelt is hívják rézkábelek.

Rádió csatornák A földi és műholdas kommunikációt rádióhullám-adó és -vevő segítségével alakítják ki. Nagyon sokféle rádiócsatorna létezik, amelyek mind a használt frekvenciatartományban, mind a csatornatartományban különböznek. Rádiósávok sugárzása(hosszú, közepes és rövid hullámok), más néven AM zenekarok, vagy amplitúdómodulációs (AM) tartományok, nagy távolságú kommunikációt biztosítanak, de alacsony adatátviteli sebességgel. A leggyorsabb csatornák azok, amelyek használják nagyon magas frekvencia tartományok(Very High Frequency, VHF), amelyhez frekvenciamodulációt (FM) használnak. Adatátvitelre is használható ultra magas frekvencia tartományok(Ultra High Frequency, UHF), más néven mikrohullámú szalagok(300 MHz felett). 30 MHz feletti frekvenciákon a jeleket már nem verik vissza a Föld ionoszférája, és a stabil kommunikációhoz közvetlen láthatóság szükséges az adó és a vevő között. Ezért ezeket a frekvenciákat vagy műholdas csatornák, vagy rádióközvetítő csatornák, vagy helyi vagy mobil hálózatok használják, ha ez a feltétel teljesül.