Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Тема Середовище передачі даних

Скачати 115.34 Kb.

Тема Середовище передачі даних




Скачати 115.34 Kb.
Дата конвертації12.05.2017
Розмір115.34 Kb.

Тема 5. Середовище передачі даних



Мета теми – розглянути різні типи середовищ передачі даних; познайомитися зі структурою коаксіального кабелю, витої пари, оптоволоконного кабелю.
Передача даних (обмін даними, цифрова передача, цифровий зв'язок) - фізичне перенесення даних цифрового (бітового) потоку у вигляді сигналів від точки до точки або від точки до множини точок засобами електрозв'язку каналом зв'язку; як правило, для подальшої обробки засобами обчислювальної техніки.
Коаксіа́льний ка́бель (від лат. со - «сумісно» та axis - «вісь») - електричний кабель із співвісними провідниками.
Оптоволокно́ або оптичне волокно - це технічний виріб, що складається з оптичного світловоду і захисних покриттів та маркуючої кольорової оболонки.


Ключові поняття: середовище передачі даних; коаксіальний кабель; неекранована вита пара; екранована вита пара; оптоволоконний кабель.
Оптоволоконний кабель (нід. kabel) - конструкція з одного або кількох ізольованих один від одного оптичних волокон (оптоволокно), укладених в оболонку. Крім власне жил і ізоляції може містити екран, силові елементи та інші конструктивні елементи.

Середовище передачі даних

Середовищем передачі даних називається фізичне середовище, придатне для проходження сигналу. Щоб комп'ютери могли обмінюватися кодованою інформацією, середовище повинне забезпечити їхнє фізичне з'єднання один з одним.

Можна виділити два основних середовища передачі даних:



  • дротове (за участю кабелів);

  • бездротове (без участі кабелів).

Найчастіше в комп'ютерних мережах застосовуються кабельні з'єднання, які виступають в якості середовища передачі електричних або оптичних сигналів між комп'ютерами та іншими мережевими пристроями. При цьому використовуються наступні типи кабелю:

  • коаксіальний кабель;

  • неекранована вита пара;

  • екранована вита пара;

  • оптоволоконний кабель.

Основні проблеми, характерні для всіх дротових мереж, – їхня низька мобільність, досить великі капіталовкладення у кабельну інфраструктуру і відносно мала дальність передачі сигналу. До бездротових мереж це відноситься меншою мірою, тому вони все частіше входять у наше життя.
Бездротова мережа - тип комп'ютерної мережі, яка використовує бездротове з'єднання для передачі даних й підключення до мережевих вузлів.
Для бездротової передачі даних використовують декілька способів:

  • технологію радіозв’язку;

  • передачу у мікрохвильовому діапазоні;

  • інфрачервоне випромінювання;

  • світлове випромінювання у видимому діапазоні (лазерна технологія).
    Ви́диме сві́тло - область спектру електромагнітних хвиль, що безпосередньо сприймається людським оком. Характеризується довжинами хвиль від 380 (фіолетовий колір) до 750 (червоний колір) нм.


Кабельні з’єднання застосовуються у високошвидкісній передачі даних на обмежених відстанях. При побудові мобільних мереж, великих корпоративних мереж або глобальних мереж застосовується комбінація кабельних та бездротових з’єднань.
Глоба́льна мере́жа - англ. Wide Area Network,(WAN)- комп'ютерна мережа, що охоплює величезні території (тобто будь-яка мережа, чиї комунікації поєднують цілі мегаполіси, області або навіть держави і містять у собі десятки, сотні а то і мільйони комп'ютерів).
Корпоративна мережа - це мережа, головним призначенням якої є підтримка роботи конкретного підприємства, що володіє даною мережею. Користувачами корпоративної мережі є тільки співробітники даного підприємства.


Кабельні з’єднання

Коаксіальний кабель (coaxial cable). Коаксіальний кабель складається із зовнішнього циліндричного пустотілого провідника, що оточує один внутрішній дріт (рис.  1).

Коаксіальний кабель складається із двох провідних елементів. Один з них – мідний дріт, який перебуває в центрі кабелю й оточений шаром гнучкої ізоляції. Поверх ізоляційного матеріалу розташований екран з тонких переплетених мідних дротів або з металевої фольги, який в електричному колі відіграє роль другого дроту. Зовнішнє оплетення слугує для екранування центрального дроту від впливу перешкод. Зовні екран покритий оболонкою.


Рисунок 1 – Структура коаксіального кабелю


Для локальних мереж застосування коаксіального кабелю надає декілька переваг:

  • коаксіальний кабель може використовуватися без посилення сигналу на більших відстанях, ніж екранована або неекранована вита пара. Це означає, що сигнал може проходити довші відстані між мережевими вузлами без повторювача для посилення сигналу;

  • коаксіальний кабель дешевше за оптоволоконний.

Нарешті, протягом довгого часу коаксіальний кабель використовувався у всіх типах обміну даними, що дозволило добре вивчити дану технологію.

За товщиною коаксіальний кабель, який використовується у комп'ютерних мережах, можна розділити на два види: товстий (Thicknet) і тонкий (Thinnet).

Як правило, з більш товстим кабелем працювати менш зручно. Про це слід пам'ятати, особливо якщо кабель треба буде простягати по вже існуючих коробах і жолобах з обмеженим розміром. Він досить твердий через екран. У деяких ситуаціях прокласти товстий кабель досить складно, тому необхідно пам'ятати, що чим складніше середовище передачі даних в монтажі, тим дорожчий і сам монтаж. З тонким коаксіальним кабелем працювати зручніше – він більш гнучкий.

На кінцях коаксіального кабелю, як правило, використовується спеціальний роз’єм – BNC-конектор (рис. 2). Щоб відбитий сигнал поглинався на кінцях кабелю, встановлюються BNC-термінатори, один з яких обов'язково повинен бути заземлений.

Раніше при створенні комп'ютерних мереж застосовувався в основному коаксіальний кабель. Зважаючи на те, що вартість витої пари різко знизилася сьогодні, а кабель на витій парі легше у використанні і значно гнучкіший, коаксіальний кабель використовується вкрай рідко. Зараз же він у більшості мереж замінений витою парою або оптичними кабелями.

Рисунок 2 – BNC-конектори різних типів


Неекранована вита пара (unshielded twisted-pair UTP). Кабель на основі неекранованої витої пари використовується в багатьох мережах і являє собою чотири пари скручених між собою дротів, при цьому кожна пара ізольована від інших.

Кабель UTP, що застосовується у мережах передачі даних, має чотири пари мідних дротів. Зовнішній діаметр UTP становить близько 0,17 дюйми (4,35 мм). Невеликий діаметр кабелю дає певні переваги при монтажі. Оскільки неекранована вита пара може використовуватися в більшості мережевих архітектур, популярність її продовжує зростати.

Використання кабелю UTP простіше у монтажі та дешевше за інші типи середовища передачі даних. Фактично питома вартість UTP на одиницю довжини менше, ніж у будь-якого іншого типу кабелів, що використовуються в локальних мережах. Однак, реальною перевагою витої пари залишається її розмір. Оскільки цей тип кабелю має невеликий зовнішній діаметр, він буде не так швидко заповнювати перетин коробів, як інші види. Цей фактор стає особливо важливим, коли мова йде про монтаж мережі в старих будинках. Крім того, на кінцях кабелю UTP, як правило, використовується спеціальний роз’єм – RJ-конектор (registered jack connector) (рис. 3).

rj-45.gif

Рисунок 3 – RJ-конектор


Спочатку RJ-конектор застосовувався для підключення до телефонної лінії, а зараз використовується в мережевих з'єднаннях і гарантує надійне підключення. Це пояснює істотне зниження кількості потенційних джерел шуму в мережі.

Слід зазначити, що кабель UTP є більш схильним до впливу електричних шумів і перешкод, ніж інші типи носіїв. Раніше можна було говорити, що кабель UTP уступає за швидкістю передачі даних іншим видам кабелів, але зараз, фактично, UTP є найшвидшим середовищем передачі даних на основі мідних провідників. Однак, у випадку використання кабелю UTP, відстань між підсилювачами сигналу менше, ніж при використанні коаксіального кабелю.

Залежно від характеристик кабелі на витій парі розділяються на п'ять категорій:


  • кабелі категорії 1 (UTP 1) застосовують там, де вимоги до швидкості передачі мінімальні. Зазвичай це кабелі для передачі голосу й низькошвидкісної передачі даних. До 1983 р. кабель категорії 1 був основним кабелем для телефонного з’єднання в США;

  • кабелі категорії 2 (UTP 2) розроблені фірмою IBM для застосування у власних кабельних системах. Головна їхня відмінність від кабелю категорії 1 – це смуга пропускання 1 МГц;
    Смуга пропускання частот (англ. Bandwith) - діапазон частот, у межах якого амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) акустичного, радіотехнічного або оптичного пристрою є досить рівномірною для того, щоб забезпечити передачу сигналу без суттєвого викривлення його форми.


  • кабелі категорії 3 (UTP 3) мають смугу пропускання 16 МГц. Такі типи кабелів використовувалися як для передачі даних, так і для передачі голосу, тому сьогодні кабельні системи багатьох будинків побудовані на кабелі третьої категорії;

  • кабелі категорії 4 (UTP 4) являють собою покращений варіант кабелю категорії 3 – смуга пропускання 20 МГц, підвищена стійкість до перешкод і низькі втрати. На практиці застосовувався рідко, в основному там, де було необхідно збільшити довжину сегмента мережі;

  • кабелі категорії 5 (UTP 5) спеціально розроблені для підтримки високошвидкісних технологій. Смуга пропускання кабелю категорії 5 – 100 МГц. Він сьогодні замінив кабель категорії 3, і всі нові технології локальних мереж орієнтуються саме на нього.

Особливе місце займають кабелі категорій 6 і 7, які мають смугу пропускання 200 і 600 МГц відповідно. Кабелі категорії 7 обов'язково екрануються; категорії 6 можуть бути як екранованими, так і ні. Вони використовуються у високошвидкісних мережах на відрізках більшої довжини за кабелі п'ятої категорії. Ці кабелі дорожчі за вартістю.

Екранована вита пара (shielded twisted-pair STP). Кабель на основі екранованої витої пари (рис. 4) поєднує в собі методи екранування й скручування дротів. Призначений для використання в мережах передачі даних і правильно прокладений STP-кабель у порівнянні з UTP-кабелем має більшу стійкість до електромагнітних і радіочастотних перешкод без істотного збільшення ваги або розміру кабелю.

Рисунок 4 – Структура екранованої витої пари


Кабель STP має всі переваги та недоліки кабелю UTP, але він краще захищає від усіх типів зовнішніх перешкод. Кабель на основі екранованої витої пари дорожче, ніж на основі неекранованої.

На відміну від коаксіального кабелю, у кабелі STP екран не є частиною ланцюга передачі даних. Тому у кабеля повинен бути заземлений тільки один кінець. Зазвичай його заземлюють у концентраторі або в комутаційній шафі. Неправильне заземлення кабелю може стати основною причиною проблем у мережі, оскільки в цьому випадку екран починає працювати як антена, яка приймає електричні сигнали від інших дротів у кабелі та від зовнішніх джерел електричних шумів. І, нарешті, довжина відрізків кабелю на основі екранованої витої пари без встановлення підсилювачів сигналів не може бути такою ж великою як при використанні інших середовищ передачі даних.



Оптоволоконний кабель (fiber optic cable). Оптоволоконний кабель є середовищем передачі даних, яке здатне проводити модульований світловий сигнал. Існують два різні типи оптоволоконного кабелю: багатомодовий (multi-mode) або одномодовий (single-mode). Суть відмінності між цими двома типами зводиться до різних режимів проходження світлових променів у кабелі. В одномодовому кабелі практично всі промені проходять той самий шлях, у результаті чого вони досягають приймача одночасно, і форма сигналу майже не змінюється. Для одномодового кабелю застосовуються лазерні прийомопередавачі, що використовують світло виключно з необхідною довжиною хвилі.
Довжина - відстань від точки до точки, вимір кривої: для відрізка прямої довжина - відстань між його кінцями, для ламаної - сума довжин її ланок, для інших кривих - верхня границя довжини ламаної лінії, вписаної в цю криву.
У багатомодовому кабелі траєкторія світлових променів має помітний розкид, у результаті чого форма сигналу на прийомному кінці кабелю змінюється. Для передачі використовується звичайний (не лазерний) світлодіод, що знижує вартість і збільшує термін служби прийомопередавачів у порівнянні з одномодовим кабелем. Багатомодовий кабель – це основний тип оптоволоконного кабелю на теперішній час, тому що він дешевший і доступніший.

Оптоволоконний кабель несприйнятливий до електромагнітних перешкод і здатний забезпечувати більш високу швидкість передачі даних, ніж кабелі на основі витої пари і коаксіальний кабель.

Електромагні́тна зава́да (електромагні́тна перешко́да) - небажане фізичне явище або вплив електричних, магнітних або електромагнітних полів, електричних струмів або напружень зовнішнього або внутрішнього джерела, яке порушує нормальну роботу технічних засобів або викликає погіршення їх технічних характеристик і параметрів.

Приклад. Лінія оптоволокна довжиною 450 км зв’язує два міста: Париж та Ліон. Швидкість – 400 гігабіт на сек. Інфраструктура створена компанією Alcatel Lucent (технологія фотонного двигуна).

Джерело: http://korrespondent.net/business/web/1500626-400-gigabit-v-sekundu-vo-francii-poyavilas-samaya-vysokoskorostnaya-v-mire-liniya-svyazi

На відміну від інших середовищ передачі даних, що мають в основі мідні елементи, оптоволоконний кабель не проводить електричні сигнали. Замість цього в оптоволоконному кабелі відповідні до бітів сигнали замінюються світловими імпульсами.

Своїм коріннями оптоволоконний зв'язок іде у винаходи, зроблені ще в XIX столітті. Але тільки в 1960-х роках з появою твердотілих лазерних джерел світла та високоякісного скла без домішок він почав активно застосовуватися на практиці.

Джере́ла сві́тла - природні тіла або технічні пристрої різної конструкції і різними способами перетворення енергії, основним призначенням яких є отримання світлового випромінювання з різною довжиною хвилі, - як видимої частини спектру, так і невидимі для людського ока промені (наприклад, інфрачервоні).
Широке поширення оптоволоконний кабель одержав завдяки телефонним компаніям, які застосовували його в міжміському зв'язку.

Оптоволоконний кабель, що використовується в мережах передачі даних, складається із двох скловолокон, які поміщені в окремі оболонки (рис.  5). Якщо подивитися на кабель у поперечному перерізі, то можна побачити, що кожне скловолокно оточене шаром відбиваючого покриття, потім іде шар із пластмаси, що має назву кевлар (kevlar) (захисний матеріал, який зазвичай використовується в куленепробивних жилетах), і далі йде зовнішня оболонка. Зовнішня оболонка зазвичай робиться із пластику й служить для захисту всього кабелю. Вона відповідає вимогам відповідних протипожежних і будівельних норм.

Будіве́льні но́рми - затверджений суб'єктом нормування нормативно-правовий акт, який містить обов'язкові вимоги у сфері будівництва, містобудування та архітектури.


Рисунок 5 – Структура оптоволоконного кабелю


Призначення кевлару полягає в тому, щоб додати кабелю додаткові пружні властивості й оберегти від механічного ушкодження тендітні, товщиною з людське волосся, скловолокна. Якщо потрібен монтаж кабелю під землею, то іноді, для додання додаткової твердості, у його конструкцію вводять дріт з нержавіючої сталі.

Світлопровідними елементами оптоволоконного кабелю є центральна жила й світловідбиваюче покриття. Центральна жила – це, як правило, дуже чисте скло з високим коефіцієнтом переломлення. Якщо центральну жилу оточити покриттям зі скла або пластмаси з низьким коефіцієнтом переломлення, то світло може як би захоплюватися центральною жилою кабелю. Цей процес називається повним внутрішнім відбиттям і дозволяє оптопровідниковому волокну відігравати роль світловоду й проводити світло на величезні відстані, навіть при наявності вигинів.

Ста́ль чи кри́ця (рос. Сталь; англ. Steel; нім. Stahl) - сплав заліза з вуглецем, який містить до 2,14 % вуглецю і домішок (кремній, марганець, сірка, фосфор та гази).
По́вне вну́трішнє відбиття́ (англ. total internal reflection) - явище, що спостерігається при поширенні хвиль різної фізичної природи в середовищах, фізичні властивості яких змінюються в просторі. Для ілюстрації змісту явища часто використовують дані про поширення хвиль в кусково неоднорідному середовищі.

Крім того, що оптоволоконний кабель стійкий до електромагнітних перешкод, він також не піддається впливу радіочастотних перешкод. Завдяки відсутності внутрішніх і зовнішніх шумів сигнал може проходити по оптоволоконному кабелю більшу відстань, ніж у будь-яких інших середовищах передачі даних. Оскільки електричні сигнали не використовуються, оптоволоконний кабель є ідеальним рішенням для з'єднання будинків, які мають різне електричне заземлення. Беручи до уваги, що довгі прольоти мідного кабелю між будинками можуть бути місцем влучення ударів блискавки, використання оптоволокна в цій ситуації також є більш зручним.

Також, подібно кабелю UTP, оптоволоконний кабель має невеликий діаметр, він відносно плоский і схожий на шнур від лампи. Тому в один жолоб легко поміститься кілька оптоволоконних кабелів. Таким чином, цей носій є ідеальним рішенням для старих будинків з обмеженим простором.

Необхідно відзначити, що оптоволоконний кабель дорожче й складніше у монтажі за інші носії. Оскільки роз’єми для цього кабелю являють собою оптичні інтерфейси, то вони повинні бути ідеально пласко відполірованими й не мати подряпин. Таким чином, його монтаж може виявитися досить складним. Зазвичай навіть досвідченому монтажникові для створення одного з'єднання потрібно кілька хвилин. Усе це може суттєво підвищити погодинну вартість роботи, і при створенні великих мереж вартість робіт може стати неприйнятно високою.

Бездротові з’єднання

Технології радіозв'язку пересилають дані по радіочастотах і практично не мають обмежень за дальністю. Вони використовуються як в локальних мережах, так і для мережевих з'єднань на великих відстанях. Оскільки радіосигнали легко перехопити, потрібен обов'язково захист даних кодуванням і/або шифруванням.

Передача даних у мікрохвильовому діапазоні використовує більш високі частоти і застосовується як на коротких відстанях (об'єднання локальних мереж в різних будівлях), так і в глобальних комунікаціях – за допомогою супутників і наземних супутникових антен.

Зáхист інформáції (англ. Data protection) - сукупність методів і засобів, що забезпечують цілісність, конфіденційність і доступність інформації за умов впливу на неї загроз природного або штучного характеру, реалізація яких може призвести до завдання шкоди власникам і користувачам інформації.
Супу́тникова антена - комплект обладнання для прийому або передачі сигналів з або на штучний супутник. Включає дзеркало або рефлектор, один або декілька конвертерів, штангу для кріплення конвертера, мультифід (для позиціювання та кріплення 2-го та наступних конверторів), стійку або кронштейн та вузол кріплення (підвіску).
Головне обмеження такого зв'язку: і передавач, і приймач мають бути в зоні прямої видимості один одного.



Технології, що використовують інфрачервоне (ІЧ) випромінювання, часто застосовуються для двосторонньої або широкомовної передачі на близьких відстанях. Інфрачервона передача зазвичай використовується в складських і офісних приміщеннях, частіше за все для взаємодії з портативними (мобільними) пристроями. Хоча швидкості інфрачервоних мереж і зручність їх використання дуже привабливі, виникають труднощі при передачі сигналів на відстань більше 30 метрів. До того ж ІЧ-сигнали легко блокуються будь-якими предметами, а також схильні до перешкод з боку сильних джерел світла та тепла, які є практично в будь-якому приміщенні.

Для бездротових мереж також застосовують світлове випромінювання у видимому діапазоні (наприклад, за допомогою лазерів), хоча цей спосіб передачі використовується рідко. Проте цей спосіб з'єднання може бути зручний для зв'язку між висотними будівлями. Лазерна передача стійка до інтерференцій (перекриття сигналів), прослуховувань, але дуже залежить від атмосферних явищ і працює на коротких відстанях в умовах прямої видимості.


Скачати 115.34 Kb.

  • Середовище передачі даних