Физическая структуризация сети. Повторитель, концентратор

Физическая структуризация сети. Повторитель, концентратор

Топология физических связей (физическая структура сети). В этом случае конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компьютеров, то есть ребрам графа соответствуют отрезки кабеля, связывающие пары узлов. (Топология определяет способ взаимосвязи узлов сети (компьютеров, концентраторов и т.п.) Базовые топологии – общая шина, звезда, кольцо. Узел сети — это устройство, соединённое с другими устройствами как часть компьютерной сети. Узлами могут быть любые сетевые устройства.)

Простейшее из коммуникационных устройств - повторитель.Используется для увеличения общей длины сети. Преодолеваются ограничения на длину связи за счет улучшения качества передаваемого сигнала (восстановление мощности и амплитуды, улучшение фронтов).

Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физических сегментов, называется концентратором или хабом(hub - основа, центр деятельности). Концентраторы повторяют сигнал, пришедший по одному из портов, на других портах. Концентраторы характерны почти для всех базовых технологий локальных сетей.

Концентратор всегда изменяет физическую топологию сети, но при этом не изменяет логическую топологию.

РСОД. Классификация по степени однородности

РСОД – распределённые системы обработки данных – это любая система, позволяющая организовывать взаимодействие независимых, но связанных между собой ЭВМ. Эти системы предназначены для автоматизации таких объектов, которые характеризуются территориальной распределённостью пунктов возникновения и распределения инфы.

По признаку однородности выделяют полностью неоднородные РСОД, частично неоднородные и полностью однородные.

- Полностью неоднородные РСОД, характеризуются тем, что в них объединены ЭВМ на основе различных архитектур и функционирование программ в различных ОС. Коммуникацией таких машин является сеть на основе протокола Х.25.

- Частично неоднородные РСОД строят на базе однотипных ЭВМ работающих под управлением различных ОС, либо наоборот, различная архитектурная структура и одна ОС.

- Однородные РСОД строятся на однотипных вычислительных средствах, оснащенных одинаковыми ОС.

РСОД. Классификация по архитектурным особенностям

- РСОД на основе систем телеобработки. Они не обеспечивают полного, симметричного и независимого взаимодействия процессов РСОД.

-РСОД на основе сетевой технологии. Такая форма взаимодействия, при которой любой из процессов одной из машин по своей инициативе может установить логическую связь с другим процессом любой ЭВМ.

РСОД. Логическая структура

1. Информационно-вычислительная служба: решение задач пользователей сети;

2. Транспортная служба: решение всех задач, связанных с передачей сообщений по сети. Она управляет потоками, маршрутами и данными;

3. Терминальная служба: обеспечивает взаимодействие терминалов с сетью– преобразование форматов и кодов, управление разнотипными терминалами, обработка процедурами обмена инфой;

4. Административная служба: управляет сетью, реализует процедуры реконфигурации и восстановления, собирает статистику о функционировании сети, осуществляет её тестирование;

5. Интерфейсная служба: решает задачи обеспечения взаимодействия разнотипных ЭВМ.

РСОД. Физическая структура

Распределение элементов логической структуры по различным ЭВМ задает физическую структуру РСОД. Элементами такой структуры являются ЭВМ, связанные между собой и с терминалом. При этом в одной ЭВМ может реализовываться несколько служб.

1. Главные ЭВМ; 2. Коммуникационные ЭВМ; 3. Интерфейсные ЭВМ; 4. Терминальные ЭВМ; 5. Административные ЭВМ.

Модель OSI. Сетевой уровень

Сетевой уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей. Внутри сети эта передача осуществляется соответствующим канальным уровнем, а между сетями обеспечивается данным уровнем. Уровень предназначен для определения пути передачи данных. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, определении кротчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок и заторов в сети. На этом уровне работает такое сетевое устройство, как маршрутизатор. Сообщения этого уровня называются пакетами. Определены 2 вида протоколов: 1)Сетевые(routed) – реализуют продвижение пакетов через сеть; 2) Протоколы маршрутизации(routing) – с помощью них роутер собирает инфу о топологии межсетевых соединений. Протоколы уровня IP, IPX.

Стек OSI

Стек OSI - это набор вполне конкретных спецификаций протоколов, образующих согласованный стек протоколов. Стек OSI в отличие от других стандартных стеков полностью соответствует модели взаимодействия OSI, он включает спецификации для всех семи уровней модели взаимодействия открытых систем. Протоколы стека OSI отличает большая сложность, что требует больших затрат вычислительной мощности.

Стек TCP/IP

Основные протоколы – протокол транспортного уровня TCP, и протокол сетевого уровня IP. IP обеспечивает продвижение пакета по составной сети, а TCP гарантирует надёжность его доставки. Предъявляет высокие требования к ресурсам и сложен для администрирования, требует высокой квалификации сис.админов, имеет большое количество централизованных служб, которые упрощают администрирование, но требует внимательной настройки.

Стек IPX/SPX

Этот стек является оригинальным стеком протоколов фирмы Novell, который она разработала для своей сетевой операционной системы NetWare еще в начале 80-х годов. ОС NetWare ориентирована на работу в локальных сетях небольших размеров, состоящих из персональных компьютеров со скромными ресурсами. А большие корпоративных сети, а также глобальные сети стек перегружал широковещательными пакетами, которые интенсивно используются несколькими протоколами этого стека.

Стек NetBIOS/SMB

Протокол NetBIOS работает на трех уровнях модели взаимодействия открытых систем: сетевом, транспортном и сеансовом. NetBIOS может обеспечить сервис более высокого уровня, чем протоколы IPX и SPX, однако не обладает способностью к маршрутизации. Таким образом, NetBIOS не является сетевым протоколом в строгом смысле этого слова. NetBIOS содержит много полезных сетевых функций, которые можно отнести к сетевому, транспортному и сеансовому уровням, однако с его помощью невозможна маршрутизация пакетов, так как в протоколе обмена кадрами NetBIOS не вводится такое понятие как сеть. Это ограничивает применение протокола NetBIOS локальными сетями, не разделенными на подсети. Протокол SMB, соответствующий прикладному и представительному уровням модели OSI, регламентирует взаимодействие рабочей станции с сервером. На основе SMB реализуется файловая служба, а также службы печати и передачи сообщений между приложениями.

Архитектура сетей TCP/IP

В состав стека протоколов TCP/IP, кроме Transmission Control Protocol(TCP) и Internet Protocol(IP), входят: User Datagram Protocol (UDP), Internet Control Message Protocol (ICMP), ARP (Address Resolution Protocol), RARP (Reverse Address Resolution Protocol) и ряд протоколов прикладного уровня, в частности TELNET, FTP, SMTP, SNMP и HTTP. Протокольный стек TCP/IP разбит на 4 уровня. Сетевой уровень (IP) обеспечивает передачу информации через произвольную комбинацию сетей, использующих этот же набор протоколов. IP-протокол предоставляет лишь один вид сервиса -передачу пакетов без предварительного установления соединения и настолько хорошо, насколько получиться. Пакеты пересылаются между узлами коммутации без предварительного установления соединения; они маршрутизируются независимо, и пакеты одного приложения могут доставляться по разным маршрутам. Узлы коммутации, соединяющие смежные сети, могут испытывать перегрузки и уничтожать пакеты. Ответственность за восстановление утерянных пакетов и надлежащий порядок их передачи приложению лежит на транспортном уровне, который представлен протоколами TCP и UDP.Разнообразие требований сетевых приложений обусловило необходимость двух протоколов транспортного уровня. Приложения передачи файлов и web (FTP, HTTP) для пересылки своих сообщений используют ТСР, приложения управления сетевыми устройствами, служба имен (SNMP, DNS), потоковые приложения реального времени используют в качестве транспортного протокола UDP (протокольные блоки ТСР - сегменты, блоки UDP – дейтаграммы).

Сетевой уровень (протокол IP) мультиплексирует протокольные блоки транспортного уровня в IP-потоки; при этом сегменты транспортного уровня могут фрагментироваться (если они превышают максимально допустимый размер, определяемый канальным протоколом). Протокольные блоки IP называют пакетами.

После вычисления маршрута передачи пакета, посредством протокола ARP определяется физический адрес следующего на маршруте хоста и пакет направляется на физический уровень сети.

IP протокол

Основной протокол стека TCP/IP, - Internet Protocol (IP), - по своим функциям соответствует сетевому уровню модели взаимодействия открытых систем (OSI). Механизмы протокола обеспечивают ненадежную доставку пакетов данных между сетевыми устройствами (устройствами, имеющими сетевой адрес) в режиме без предварительного установления соединения (дейтограммный сервис). Этот тип сервиса часто называют сервисом «настолько хорошо, как получиться» (best effort service), что отражает отсутствие в протоколе процедур контроля доставки пакетов. Решение задачи надежности доставки возлагается на протоколы верхних уровней, главным образом на TCP. Основными функциями протокола IP являются:

• формирование пакетов из сегментов транспортного уровня, с предварительной фрагментацией (если необходимо) последних;

• обеспечение логической адресации сетевых устройств

• поддержка процесса маршрутизации

• продвижение пакетов от одного узла коммутации до другого.

Адресация в сетях IP

Для идентификации каждого компьютера в IP-сети необходима система их адресации. При этом учитывается, что сетевые устройства (компьютер, маршрутизатор и т.д.) могут иметь несколько сетевых интерфейсов, и каждый из них должен иметь уникальный адрес. Каждое сетевое устройство имеет адреса трех типов:

1. Физический адрес узла, определяемый используемой технологией канального уровня. Для Ethernet - это MAC-адрес его сетевой карты, назначаемый фирмой-производителем. Он представляет собой шести-байтовое число, первые три байта которого однозначно определяют фирму-производителя, а последние три байта - уникальны для каждой карточки, произведенной в рамках данной фирмы.

2. IP-адрес, состоящий из 4-х байтов, и также являющийся совершенно уникальным.

3. Символьный идентификатор - имя, назначаемое по определенным правилам и являющееся полным эквивалентом IP-адреса.

IP-адрес строится по двухуровневой иерархии, т.е. он объединяет в себе адрес сети и адрес хоста. Разделение сетевого адреса на 2 части имеет большой практический смысл, ибо позволяет магистральным маршрутизаторам существенно сократить размер своих таблиц коммутации, формируя их на основании только сетевой части адреса назначения. Для удовлетворения потребностей адресации сетей различного масштаба были введены несколько классов сетей, отличающиеся размером полей, отводимых для указания номера сети и номера хоста. При этом, размер поля полного адреса всегда равен 32 битам. Структура адресов сетей разных классов приведена на слайде.

IP-адрес обычно записывается в форме 4-х трехразрядных десятичных чисел, разделенных точкой. Каждое из этих десятичных чисел соответствует одному байту двоичного представления адреса. Так, например, адрес 10000000 10000111 01000100 00000101 в десятичном представлении имеет вид 128.135.68.5. В этом случае, т.к. первые два бита адреса - 10, то это адрес хоста, принадлежащего сети класса Bи, следовательно, левые 16 бит являются адресом сети, а правые16 бит - адресом хоста.

Некоторые адреса являются зарезервированными и не могут присваиваться хостам. Так, адрес 127.х.х.х (х - означает любое число, обычно 0) зарезервирован для обратной связи, используемой при тестировании взаимодействия процессов на одной сетевой станции. Когда приложение использует этот адрес в качестве адреса назначения, стек TCP/IP данного хоста возвращает данные приложению, ничего не передавая на физический интерфейс. Поэтому адреса, начинающиеся на 127, запрещается присваивать сетевым устройствам. Другим зарезервированным адресом является, так называемый, широковещательный адрес, содержащий 1, или 0, во всех своих битах. Пакет с адресом назначения 255.255.255.255 (1.1.1.1) будет доставлен всем устройствам сети, к которой принадлежит узел-отправитель, но маршрутизаторы такие пакеты не обрабатывают. Существует и направленное широковещание - способ адресации, при котором один пакет, отосланный в определенную сеть, будет доставлен всем ее хостам. Такой пакет должен содержать корректный адрес сети и иметь все биты адреса хоста равными 1. Так, например, пакет с адресом 184.90.255.255 будет доставлен всем станциям сети класса В,имеющей адрес 184.90.

IP маршрутизация

Каждый хост (станция, маршрутизатор) ведет свои маршрутные таблицы, которые и определяют порядок обработки IP-пакетов. Если в таблице маршрутизации станции-отправителя указано, что станция назначения является непосредственно присоединенной к той же ЛВС, то из таблицы физических адресов, которая ведется на каждой сетевой станции, извлекается физический адрес узла назначения, пакет инкансулируется в кадр канального протокола и передается к станции назначения. Если таблица маршрутизации станции-отправителя не содержит искомый сетевой адрес, то пакет отправляется по адресу маршрутизатора, который был указан при конфигурировании станции в качестве шлюза по умолчанию (default router, default gateway). Этот шлюз обязательно имеет физический интерфейс в той же ЛВС, что и станция-отправитель. При получении пакета маршрутизатор проверяет, не совпадает ли адрес назначения этого пакета с его собственным IP-адресом. Если это так, то пакет передается модулю протокола, указанного в поле «Протокол» заголовка пакета. В противном случае, маршрутизатор посредством своей таблицы определяет адрес следующего хоста, которому он должен передать этот пакет, и свой интерфейс, на который следует его направить. Каждая строка в таблице маршрутизации содержит следующую информацию: IP-адрес сети (узла) назначения, IP-адрес следующего маршрутизатора, способного обеспечить передачу пакета в эту сеть (этому узлу), имя выходного интерфейса и некоторые флаги. Флаги содержат уточняющую информацию о каждой записи в таблице. Так например, флаг Hопределяет, является ли данная строка таблицы маршрутом к хосту (Н=1), или к сети (Н=0); флаг Gуточняет, является ли она маршрутом к другому маршрутизатору (G=1), или определяет путь к непосредственно подключенной станции (G=0).

Поиск в таблице маршрутизации ведется следующим образом. Прежде всего, сканируется ее первый столбец с целью нахождения записи, точно соответствующей адресу назначения пакета. Если такая обнаруживается, то пакет отправляется по адресу, указанному в столбце «Следующий узел». В противном случае, ведется поиск строки, содержащей адрес сети назначения. Если такой записи нет, то ищется строка, определяющая маршрут по умолчанию, т.е. маршрут к узлу с более полной информацией о траектории передачи этого пакета. Если не один из перечисленных вариантов не реализуем, то пакет уничтожается, а узлу-отправителю отправляется сообщение «Хост недостижим».

Протокол ARP

Для доставки IP-пакета к станции назначения, или от одного маршрутизатора к другому, необходимо передать его протоколу канального уровня, который «умеет» передавать кадры только по физическим адресам устройств. В IP-сетях задачу преобразования сетевых адресов в физические решает протокол ARP (Address Resolution Protocol).

Пусть хост Н1 хочет отослать пакет хосту Н3, MAC-адрес которого не известен. Хост Н1 генерирует так называемый ARP-запрос - специальный пакет, имеющий широковещательный адрес назначения. В теле этого запроса находится IP-адрес хоста, MAC-адрес которого необходимо узнать. Каждый хост сети, получив такой пакет, сравнивает находящийся в нем IP-адрес со своим. Если совпадение обнаружено, то этот хост посылает запрашивающей станции ответный пакет (ARP-ответ), содержащий его физический адрес, в противном случае пакет уничтожается. Для того, чтобы уменьшить количество ARP-запросов, каждое сетевое устройство имеет специальную буферную память, в которой хранится ARP-таблица, пополняемая каждый раз, когда хост получает ARP-ответ. В ARP-таблице могут быть как статические, так и динамические записи. Статические записи добавляются администратором и сохраняются в таблице до перезагрузки устройства. Кроме того, в таблице всегда содержится широковещательный адрес (FF FF FF FF FF FF), который позволяет принимать широковещательные запросы. Динамические записи добавляются и удаляются автоматически.

Протокол ICMP

Если маршрутизатор не может по каким-то причинам отправить пакет к узлу назначения, то он отсылает соответствующее сообщение узлу-отправителю. Эти функции выполняет протокол ICMP - Internet Control Message Protocol. Хотя его сообщения инкапсулируются в IP-пакет, протокол ICMP является протоколом сетевого уровня. Протокол не способен информировать промежуточные узлы о возникших ошибках, поскольку в IP-пакете нет поля для записи маршрута. Соответственно, когда пакет пришел на некий маршрутизатор и в ходе его обработки обнаружилась необходимость отправки сообщения ICMP, то единственным получателем такого сообщения будет узел - отправитель исходного пакета.

Протокол ICMP генерируют два вида сообщений: управляющие и сообщения об ошибках. Сообщения ICMP начинаются тремя обязательными полями: «Тип», «Код» и «Контрольная сумма». Поле «Тип» определяет содержание сообщения и его формат.

Протокол UDP

Протокол IP «умеет» доставлять пакеты данных взаимодействующим хостам, но не «знает» как обеспечить взаимосвязь приложений и не имеет почти никаких средств обеспечения надежности доставки сообщений - он проверяет лишь целостность заголовка пакета. Два протокола транспортного уровня, UDP и TCP, обеспечивают IP-сетям механизмы взаимодействия прикладных процессов, выполняющихся на конечных станциях. Протокол UDP (User Datagram Protocol) ориентирован на сервис без установления соединений и не обеспечивает надежную передачу сегментов между сетевыми приложениями. Взаимодействие между прикладными процессами UDP реализует посредством механизма протокольных портов.Протокольный порт можно определить как абстрактную точку присутствия конкретной прикладной программы, выполняющейся на конкретном хосте. Когда рабочая станция получает пакет, в котором указан ее IP-адрес, она может направить его определенной программе, используя уникальный номер порта, назначенный этой программе в ходе выполнения процедуры установления соединения. Таким образом, в стеке протоколов TCP/IP порт является механизмом поддержания рабочей станцией одновременного выполнения нескольких прикладных процессов. Каждый порт (прикладной процесс) идентифицируется целым положительным числом (номером порта). Номера портов приложения, выполняющегося на разных станциях, указываются в заголовке UDP-сегмента. Эта информация дополняется на сетевом уровне IP-адресами взаимодействующих станций. Благодаря этому, создается видимость непосредственного обмена данными между процессами. Сегмент данных протокола UDP состоит из двух частей: заголовка и области данных. Заголовок имеет четыре 16-битных поля, определяющих порт отправителя, порт получателя, длину сегмента и контрольную сумму(вычисление опционально, при работе в надежных локальных сетях она не вычисляется и тогда это поле заполняется нулями).

Протокол TCP

TCP — это транспортный механизм, предоставляющий поток данных, с предварительной установкой соединения, за счёт этого дающий уверенность в достоверности получаемых данных, осуществляет повторный запрос данных в случае потери данных и устраняет дублирование при получении двух копий одного пакета. В отличие от UDP, гарантирует, что приложение получит данные точно в такой же последовательности, в какой они были отправлены, и без потерь.

Аналогично UDP, каждый прикладной процесс для TCP-модуля представляется номером порта. Структура из пары переменных (порт, IP-адрес) называется сокетом.Соединение между отправителем и получателем однозначно определяется двумя сокетами. Для хранения всей информации, необходимой для установления и поддержания соединения, определена специальная структура данных - блок управления передачей (Transmission Control Block - TCB).В эту структуру, кроме двух сокетов, входят флаги безопасности и приоритета соединения, указатели буферов отправителя и получателя, указатели номеров очередного сегмента и сегмента повторной посылки, а также ряд других переменных.

ТСР не сохраняет границы сообщений и рассматривает данные, которые поступают ему от приложения, как поток байтов. Свои сегменты он формирует так, как считает необходимым, но с учетом свойств протокола сетевого уровня (сегмент должен полностью поместиться в IP-пакет). Таким образом, если приложение отсылает сообщение, размер которого составляет 1000 байтов, то на приемной стороне оно может быть представлено двумя частями по 500 байт, тремя частями по 300, 300 и 400 байт и.т.д.

Фаза передачи данных TCP

Пусть в момент t₀ ТСР-модуль хоста Вобъявил величину своего окна равной 2048 байт и номер следующего ожидаемого байта 2000. Такой размер окна позволяет хосту Аотправить без подтверждения 2 Кбайта данных, однако в его выходном буфере имеется лишь 1024 байта данных. Хост Аотправляет эти данные нумеруя байты начиная с 2000. Одновременно, он объявляет величину своего окна равной 1024 байта и подтверждает, что номер ожидаемого первого байта от хоста Бдолжен быть равен 1. Хост Бзадерживает выдачу подтверждения на прибывший сегмент данных, полагая, что у него появятся данные для отправки хосту А,вместе с которыми он отправит и подтверждение. Тем временем, в момент t₂ модуль ТСР хоста Аснова получил от своего приложения 1024 байт данных и передал их хосту Б.После этого величина окна отправки на хосте Астала равной нулю и дальнейшая отправка им данных до получения подтверждения от хоста Боказывается невозможной. В момент t₃ модуль ТСР хоста Бполучил 128 байт данных для отправки; вместе с ними он отправляет подтверждение получения от хоста Адвух сегментов данных, указывая Ack_no=4048. К этому моменту в буферной памяти модуля ТСР хоста Боказывается свободными лишь 512 байт, поэтому он объявляет величину своего окна приема равной 512. Когда хост Аполучит этот сегмент, он установит величину окна отсылки равной 512 байт и, несмотря на то, что в момент t₄ в его буфере имеется 2048 байт данных, он сможет отослать только 512 байт и не перегрузит буфер хоста Б.

Линии связи.

Линия или канал связи состоит в общем случае из:

• физической среды (media), по которой передаются электрические сигналы,

• аппаратуры передачи данных,

• промежуточной аппаратуры.

В зависимости от среды линии делятся на:

• проводные или воздушные,

• кабельные (медные и волоконно - оптические),

• радиоканалы наземной и спутниковой связи.

Проводные (воздушные) линии - провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. Традиционно передают телефонные или телеграфные сигналы, но при отсутствии других возможностей эти линии используются и для передачи компьютерных данных. Скоростные качества и помехозащищенность плохие. Сегодня быстро вытесняются кабельными.

Кабельные линии - проводники, заключенных в несколько слоев изоляции: электрической, электромагнитной, механической, а также, возможно, климатической. Три основных типа кабеля:

• кабели на основе скрученных пар медных проводов,

• коаксиальные кабели с медной жилой,

• волоконно-оптические кабели.

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель - несимметричная конструкция и состоит из внутренней медной жилы и оплетки, отделенной от жилы слоем изоляции. Существует несколько типов коаксиального кабеля — для локальных сетей, для глобальных сетей, для кабельного телевидения и т. п.

Коаксиальный кабель состоит из:

A — оболочки (служит для изоляции и защиты от внешних воздействий) из светостабилизированного (то есть устойчивого к ультрафиолетовому излучению солнца) полиэтилена;

B — внешнего проводника (экрана) в виде оплетки из меди, медного или алюминиевого сплава;

C — изоляции, выполненной в виде сплошного (полиэтилен, вспененный полиэтилен, сплошной фторопласт, фторопластовая лента и т. п.) диэлектрического заполнения, обеспечивающей постоянство взаимного расположения (соосность) внутреннего и внешнего проводников;

D — внутреннего проводника в виде одиночного прямолинейного или свитого в спираль многожильного провода, трубки, выполняемых из меди, медного сплава, алюминиевого сплава, омеднённой стали, омедненного алюминия, посеребренной меди и т. п.

Благодаря совпадению центров обоих проводников, а также определенному соотношению между диаметром центральной жилы и экрана, внутри кабеля в радиальном направлении образуется режим стоячей волны, позволяющий снизить потери электромагнитной энергии на излучение почти до нуля. В то же время экран обеспечивает защиту от внешних электромагнитных помех.

Оптоволоконный кабель

Волоконно-оптические кабели состоят из центрального проводника света (сердцевины) — стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла — оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки. В зависимости от распределения показателя преломления и от величины диаметра сердечника различают:

• многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления;

• многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления;

• одномодовое волокно.

Одномодовый кабель (Single Mode Fiber, SMF):

• центральный проводник очень малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света - от 5 до 10 мкм. При этом практически все лучи света распространяются вдоль оптической оси световода, не отражаясь от внешнего проводника

• полоса пропускания очень широкая - до сотен гигагерц на километр

• изготовление тонких качественных волокон для одномодового кабеля представляет сложный технологический процесс, что делает одномодовый кабель достаточно дорогим

• в волокно такого маленького диаметра достаточно сложно направить пучок света, не потеряв при этом значительную часть его энергии.

Многомодовый кабель (Multi Mode Fiber, MMF):

• более широкие внутренние сердечники, которые легче изготовить технологически

• в многомодовых кабелях во внутреннем проводнике одновременно существует несколько световых лучей, отражающихся от внешнего проводника под разными углами. Угол отражения луча называется модой луча

• имеют более узкую полосу пропускания — от 500 до 800 МГц/км. Сужение полосы происходит из-за потерь световой энергии при отражениях, а также из-за интерференции лучей разных мод.

В качестве источников излучения света в волоконно-оптических кабелях применяются:

• светодиоды;

• полупроводниковые лазеры.

Для одномодовых кабелей применяются только полупроводниковые лазеры, так как при таком малом диаметре оптического волокна световой поток, создаваемый светодиодом, невозможно без больших потерь направить в волокно. Для многомодовых кабелей используются более дешевые светодиодные излучатели.

Витая пара

Вита́я па́ра (англ. twisted pair) — вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой, покрытых пластиковой оболочкой. Свивание проводников производится с целью повышения связи проводников одной пары (электромагнитная помеха одинаково влияет на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов. Витая пара — один из компонентов современных структурированных кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве сетевого носителя во многих технологиях, таких как Ethernet, Arcnet и Token ring. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в монтаже, является самым распространённым решением для построения локальных сетей.

Витая пара существует в экранированном варианте (Shielded Twisted Pair, STP), когда пара медных проводов обертывается в изоляционный экран, и неэкранированном (Unshielded TwistedPair, UTP), когда изоляционная обертка отсутствует.

Беспроводные каналы связи

Радиоканалы наземной и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн. Это могут быть каналы в диапазоне коротких, средних и длинных волн (KB, CB и ДВ), называемые также диапазонами амплитудной модуляции. Обеспечивают дальнюю связь, но при невысокой скорости передачи данных.

УКВ, для которых характерна частотная модуляция (Frequency Modulation, FM), а также диапазонах сверхвысоких частот (СВЧ или microwaves). В диапазоне СВЧ (свыше 4 ГГц) сигналы уже не отражаются ионосферой Земли и для устойчивой связи требуется наличие прямой видимости между передатчиком и приемником. Поэтому такие частоты используют либо спутниковые каналы, либо радиорелейные каналы, где это условие выполняется.

Самосинхронизирующиеся коды

Самосинхронизирующиеся коды – коды, сигналы которых несут для передатчика указания о том, в какой момент времени нужно осуществлять распознавание очередного бита (или нескольких бит, если код ориентирован более чем на два состояния сигнала). Любой резкий перепад сигнала - так называемый фронт - может служить хорошим указанием для синхронизации приемника с передатчиком.

Среди самосинхронизирующихся кодов можно отметить Биполярный импульсный и Манчестерский коды.

Кроме потенциальных кодов в сетях используются и импульсные коды, когда данные представлены полным импульсом или же его частью - фронтом. Наиболее простым случаем такого подхода является биполярный импульсный код, в котором единица представлена импульсом одной полярности, а ноль - другой. Каждый импульс длится половину такта. Такой код обладает отличными самосинхронизирующими свойствами, но постоянная составляющая, может присутствовать, например, при передаче длинной последовательности единиц или нулей.

В манчестерском коде для кодирования единиц и нулей используется перепад потенциала, то есть фронт импульса. При манчестерском кодировании каждый такт делится на две части. Информация кодируется перепадами потенциала, происходящими в середине каждого такта. Единица кодируется перепадом от низкого уровня сигнала к высокому, а ноль - обратным перепадом. В начале каждого такта может происходить служебный перепад сигнала, если нужно представить несколько единиц или нулей подряд. Так как сигнал изменяется по крайней мере один раз за такт передачи одного бита данных, то манчестерский код обладает хорошими самосинхронизирующими свойствами. Полоса пропускания манчестерского кода уже, чем у биполярного импульсного. У него также нет постоянной составляющей, для передачи данных используются два уровня сигнала (в биполярном импульсном три).

Коды без самосинхронизации

Типичным примером такого кода является потенциальный код без возвращения к нулю NRZ - Non Return to Zero. Метод потенциального кодирования, называемый также кодированием без возврата к нулю, то есть при передаче последовательности единиц сигнал не возвращается к нулю в течение такта. Метод NRZ прост в реализации, обладает хорошей распознаваемостью ошибок (из-за двух резко отличающихся потенциалов), но не обладает свойством самосинхронизации. При передаче длинной последовательности единиц или нулей сигнал на линии не изменяется, поэтому приемник лишен возможности определять по входному сигналу моменты времени, когда нужно в очередной раз считывать данные. Даже при наличии высокоточного тактового генератора приемник может ошибиться с моментом съема данных, так как частоты двух генераторов никогда не бывают полностью идентичными. Поэтому при высоких скоростях обмена данными и длинных последовательностях единиц или нулей небольшое рассогласование тактовых частот может привести к ошибке в целый такт и, соответственно, считыванию некорректного значения бита. Другим серьезным недостатком метода NRZ является наличие низкочастотной составляющей, которая приближается к нулю при передаче длинных последовательностей единиц или нулей. Из-за этого многие каналы связи, не обеспечивающие прямого гальванического соединения между приемником и источником, этот вид кодирования не поддерживают. В результате в чистом виде код NRZ в сетях не используется. Тем не менее используются его различные модификации, в которых устраняют как плохую самосинхронизацию кода NRZ, так и наличие постоянной составляющей. Таким кодом является AMI - Bipolar Alternate Mark Inversion (Метод биполярного кодирования с альтернативной инверсией (поочередная инверсия "единиц")).

В коде AMI используются три уровня потенциала - отрицательный, нулевой и положительный. Для кодирования логического нуля используется нулевой потенциал, а логическая единица кодируется либо положительным потенциалом, либо отрицательным, при этом потенциал каждой новой единицы противоположен потенциалу предыдущей.

Код AMI частично ликвидирует проблемы постоянной составляющей и отсутствия самосинхронизации, присущие коду NRZ. Длинные же последовательности нулей также опасны для кода AMI, как и для кода NRZ - сигнал вырождается в постоянный потенциал нулевой амплитуды.

Существует код, похожий на AMI – Потенциальный код с инверсией при единице NRZI - Non Return to Zero with ones Inverted - код с двумя уровнями сигнала. При передаче нуля он передает потенциал, который был установлен в предыдущем такте (то есть не меняет его), а при передаче единицы потенциал инвертируется на противоположный.

Такой код удобен в тех случаях, когда использование третьего уровня сигнала весьма нежелательно, например в оптических кабелях, где устойчиво распознаются два состояния сигнала - свет и темнота.

Потенциальный код 2B1Q - потенциальный код с четырьмя уровнями сигнала для кодирования данных. Название кода отражает его суть - каждые два бита (2В) передаются за один такт сигналом, имеющим четыре состояния (1Q), Паре бит 00 соответствует потенциал -2,5 В, паре бит 01 соответствует потенциал -0,833 В, паре 11 - потенциал +0,833 В, а паре 10 - потенциал +2,5 В. При этом способе кодирования требуются дополнительные меры по борьбе с длинными последовательностями одинаковых пар бит, так как при этом сигнал превращается в постоянную составляющую. При случайном чередовании бит спектр сигнала в два раза уже, чем у кода NRZ, так как при той же битовой скорости длительность такта увеличивается в два раза. Таким образом, с помощью кода 2B1Q можно по одной и той же линии передавать данные в два раза быстрее, чем с помощью кода AMI или NRZI. Однако для его реализации мощность передатчика должна быть выше, чтобы четыре уровня четко различались приемни<