Беспроводные физические среды

Спектр используемых в сетях электромагнитных волн делится на следующие частотные диапазоны (таблица 4.2.).

Таблица 4.2. Частотные диапазоны беспроводной среды.

Номер	Название диапазона	Частота	Длина волны
	Высокочастотный	3 – 30 МГц	100 – 10 м
	VHF	50 - 100 Мгц	6 - 3 м
	УВЧ (UHF)	400-1000 МГц	75-30 см
	Микроволновый	3 109 – 1011 Гц	10 см – 3 мм
	Миллиметровый	1011 – 1013Гц	3 мм – 0,3 мм
	Инфракрасный	1012 – 6 1014	0,3 мм – 0,5 

Далее следуют диапазоны видимого света, ультрафиолетового излучения, рентгеновских и гамма-лучей.

Беспроводные среды используются там, где не существует кабельных или оптоволоконных каналов или их создание по каким-то причинам невозможно или слишком дорого. Низкие частоты, например 300 МГц, мало привлекательны из-за ограничений пропускной способности, а большие частоты более 30 ГГц работоспособны для расстояний не более 5км из-за поглощения радиоволн в атмосфере. При использовании 4, 5 и 6 диапазонов следует иметь в виду, что любые препятствия на пути волн приведут к их практически полному поглощению. Для этих диапазонов заметное влияние оказывает и поглощение в атмосфере.

Основную роль в поглощении радиоволн играет вода. По этой причине сильный дождь, град или снег могут привести к прерыванию связи. Атмосферные шумы, связанные в основном с грозовыми разрядами, влияют на радиосвязь при низких частотах до 2 МГц. Галактический шум, приходящий из-за пределов солнечной системы влияет на радиосвязь вплоть до 200 ГГц.

При частоте выше 100 МГц волна распространяется в строго определенном направлении и может быть сфокусирована с помощью параболической антенны. Для устройств, работающих на частотах 2.4 ГГц и выше, как правило, используются направленные антенны и необходима прямая видимость между приемником и передатчиком.

Радиоканалы для передачи информации используют частотные диапазоны 902-928 МГц на расстояниях до 10 км с пропускной способностью до 64кбит/с, а также 2,4 ГГц и 12 ГГц на расстояниях до 50 км, с пропускной способностью до 8 Мбит/с. Стремление увеличить пропускную способность канала заставляет использовать все более и более высокие частоты. На сегодня микроволновый диапазон широко используется в телефонии, сотовой телефонии, телевидении и других приложениях. Одним из главных достоинств микроволнового диапазона – нет необходимости в прокладке коммуникаций. Однако микроволны не проходят сквозь здания также как низкочастотные волны. Кроме этого, из-за рефракции в нижних слоях атмосферы, они могут отклоняться от прямого направления. Это обуславливает увеличение задержки и нарушение передачи. Передача на этих частотах зависит от погоды.

Инфракрасное излучение и излучение в миллиметровом диапазоне используется на небольших расстояниях в основном в блоках дистанционного управления. Основной недостаток излучения в этом диапазоне в том, что оно не проходит через преграды. Этот недостаток одновременно является преимуществом, так как излучение в одной комнате не мешает работе систем в других. Кроме того на применение таких частот не надо получать разрешения.

Инфракрасная связь поддерживает передачу данных через инфракрасные соединения с компьютерами и другими устройствами, использующими протоколы IrDA (Infrared Data Association). Она представляет собой недорогой способ соединения компьютеров друг с другом и с различными устройствами. Инфракрасный канал передачи данных устанавливается между двумя инфракрасными портами. Все данные по этому каналу передаются с основного устройства на вторичное (принимающее). Роль основного устройства присваивается динамически при установке связи и сохраняется до закрытия подключения. Ее может выполнять любое пригодное для этого устройство. При соединении двух компьютеров основную роль может взять на себя любой из них. Однако есть устройства, которые способны выполнять только вторичную роль, например, принтеры.

Видимый диапазон также используется передачи данных посредством лазера. Монохромное когерентное излучение лазера легко фокусируется, но дождь, туман или даже конвекционные потоки воздуха сильно влияют на качество связи.

Вопросы для самоконтроля по главе 4

1. По каким характеристикам обычно классифицируются каналы связи?

2. Что понимается под каналом тональной частоты? Как передаются мультимедийные сигналы по каналам тональных частот?

3. Определите понятие первичной и вторичной сетей.

4. Что такое сетевой узел? По каким признакам классифицируются сетевые узлы?

5. Назовите основные классы вторичных каналов связей.

6. Назовите и дайте определения основных характеристик сети.

7. Назовите основные отличия сетей с долговременной и с оперативной коммутацией.

8. Назовите основные виды оперативной коммутации.

9. Поясните принцип работы, преимущества и недостатки сетей с коммутацией сообщений.

10. В чем заключаются основные различия коммутации пакетов и каналов?

11. Что определяет метод доступа к среде передачи данных?

12. В чем сущность и отличия вероятностных и детерминированных методов доступа к среде передачи данных?

13. Охарактеризуйте метод коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий CSMA/CD?

14. При каких обстоятельствах может возникать ситуации коллизии?

15. Какая должна быть минимальная длина поля данных кадра для распознавания коллизий?

16. В чем заключается приоритетный метод доступа с рассылкой предупреждений и для решения каких проблем он применяется?

17. Сформулируйте сущность метода маркерного доступа.

18. На чем основан метод протокола приоритетных запросов?

19. Какие методы доступа, исключающие возникновение коллизий, используются в глобальных сетях?

20. В чем заключается суть понятия мультиплексирования?

21. Поясните, на чем основан метод мультиплексирования с разделением длины волны?

22. Перечислите основные характеристики физической среды передачи информации.

23. Что относят к физическим средам передачи информации?

24. Что такое кабельная система? Какие факторы влияют на выбор кабельной системы?

25. Что такое структурированная кабельная система? Каковы ее преимущества?

26. Опишите конструкцию и принцип работы коаксиального кабеля.

27. Опишите конструкцию и принцип работы кабеля «витая пара».

28. Перечислите и охарактеризуйте основные категории витой пары.

29. Какие характеристики свойственны оптоволоконным линиям связи? В чем их достоинства?

30. Опишите структуру и принцип работы оптоволоконных кабелей различных типов.

31. Перечислите и охарактеризуйте основные типы световодов, применяемых в оптических кабелях.

32. Перечислите диапазоны спектра электромагнитных волн, используемые в беспроводных сетях.

33. Какие атмосферные факторы могут привести к помехам передачи данных беспроводным способом?

34. Дайте характеристику метода беспроводной передачи данных на основе протокола IrDA.

ЛОКАЛЬНЫЕ СЕТИ

Локальной вычислительной сетью (ЛВС) называется сеть, объединяющая компьютеры, находящиеся на относительно близком расстоянии (в одной комнате, в одном или близко расположенных зданиях), с целью передачи данных из одного компьютера в другие. Локальные сети состоят из оконечных и промежуточных устройств, соединенных кабельной системой. Определим некоторые основные термины:

1. Сетевой узел – оконечное или промежуточное устройство с сетевым адресом. К сетевым узлам относятся компьютеры, выступающие в роли рабочих станций или серверов; периферийные устройства; сетевые телекоммуникационные устройства.

2. Кабельный сегмент – отрезок кабеля или цепочка отрезков кабелей, электрически соединенных друг с другом и обеспечивающих соединение двух или более узлов сети;

3. Сетевой сегмент – совокупность узлов сети, использующих общую физическую среду передачи;

4. Логическая сеть – совокупность сетевых узлов с единой системой адресации сетевого уровня модели OSI. Как правило, логическая сеть имеет свой адрес, этими адресами оперируют маршрутизаторы для передачи пакетов между сетями.

Использование локальных сетей позволяет получить такие преимущества как:

1. Разделение ресурсов, что позволяет управлять периферийными устройствами со всех сетевых узлов;

2. Разделение данных, что предоставляет возможность доступа и управления базами данных со всех сетевых узлов;

3. Разделение программных средств, что предоставляет возможность совместного одновременного использования программных средств пользователями сети;

4. Разделение вычислительных ресурсов, что позволяет использовать вычислительные мощности всех сетевых узлов совместно всеми сетевыми системами;

5. Реализация многопользовательского режима, что позволяет работать в сети одновременно множеству пользователей.