Расширяемость и масштабируемость

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 27Следующая ⇒

Расширяемость (extensibility) означает возможность сравнительно легкого добавления отдельных элементов сети (пользователей, компьютеров, дополнений, служб), наращивания длины сегментов сети и замены существующей аппаратуры, более мощной в достаточно ограниченных пределах.

Масштабируемость (scalability) значит, что сеть позволяет наращивать количество узлов и длину связей в очень широких пределах, при этом производительность сети не ухудшается.

Прозрачность

Прозрачность (transparency) сети достигается в том случае, когда сеть представляется пользователям не как множество отдельных компьютеров, связанных между собой сложной системой кабелей, а как единственная традиционная вычислительная машина с системой деления времени. Прозрачность может быть достигнута на двух разных уровнях – на уровне пользователя и на уровне программиста. На уровне пользователя прозрачность значит, что для работы с изъятыми ресурсами он использует те же команды и привычные ему процедуры, что и для работы с локальными ресурсами. На программном уровне прозрачность заключается в том, что дополнению для доступа к изъятым ресурсам нужны те же вызовы, что и для доступа к локальным ресурсам.

Управляемость

Управляемость сети имеет в виду возможность централизована контролировать состояние основных элементов сети, обнаруживать и решать проблемы, которые возникают при работе сети, выполнять анализ производительности и планировать развитие сети.

Совместимость

Совместимость значит, что сеть способна заключать в себе самое разнообразное программное и аппаратное обеспечение, то есть в ней могут сосуществовать разные операционные системы, которые поддерживают разные стеки коммуникационных протоколов, и работать аппаратные средства и дополнения от разных производителей. Сеть, которая состоит из разнотипных элементов, называется неоднородной или гетерогенной.

Контрольные вопросы

Стандартизация сетей?

Источники стандартов?

Популярные стеки протоколов?

4. Перечислите требования, предлагаемые к современным вычислительным сетям?

Лекция 7. Линии связи. Классификация и характеристики линий связи. Типы кабелей.

План:

Классификация линий связи.

Характеристики линий связи

Типы кабелей

4. Структурированная кабельная система зданий

5. Контрольные вопросы

Классификация линий связи

При построении сетей применяются линии связи, в которых используются различные физические среды: телефонные и телеграфные провода, медные коаксиальные и волоконно-оптические кабели, медные витые пары и радиоволны.

Классификация линий связи.

Часто термины линия связи, составной канал, канал и звено используются как синонимы. Но есть специфика их употребления.

· Звено (link) —сегмент, обеспечивающий передачу данных между двумя соседними узлами сети (не содержит промежуточных устройств).

· Канал (channel) - часть пропускной способности звена, используемая независимо при коммутации. Например, звено первичной сети может состоять из 30 каналов, каждый из которых обладает пропускной способностью 64 Кбит/с.

· Составной канал (circuit) — это путь между двумя конечными узлами сети, образующийся отдельными каналами промежуточных звеньев.

Линия связи может использоваться как синоним для любого из трех остальных терминов.

Рис. 7.1. Состав линии связи

Существуют объективные причины для неоднозначного понимания терминов. На рис. 7.1 показаны два варианта линии связи. В первом случае (рис. 7.1, а) линия состоит из сегмента кабеля длиной несколько десятков метров и представляет собой звено. Во втором случае (рис. 7.1, б) линия связи представляет собой составной канал, развернутый в сети с коммутацией каналов.

Физическая среда передачи данных

Линии связи отличаются физической средой, используемой для передачи информации.

Рис. 7.2. Типы сред передачи данных

Физическая среда передачи данных может представлять собой:

Проводные (воздушные) линии связи представляют собой провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. Используются для телефонных или телеграфных сигналов. Сегодня вытесняются кабельными. Обладают низкими скоростными качествами и низкой помехозащищенностью.

Кабельные линии. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции: электрической, электромагнитной, механической и, возможно, климатической. В компьютерных (и телекоммуникационных) сетях применяются три основных типа кабеля:

1. кабели на основе скрученных пар медных проводов — неэкранированная витая пара (Unshielded Twisted Pair, UTP) и экранированная витая пара (Shielded Twisted Pair, STP), характеризуются отличным отношением качества к стоимости, а также простотой монтажа

2. коаксиальные кабели с медной жилой,

3. волоконно-оптические кабели - обладают широкой полосой пропускания и низкой чувствительностью к помехам (используются как магистрали крупных территориальных и городских сетей, так и высокоскоростные локальные сети).

Первые два типа кабелей называют также медными кабелями.

Радиоканалы наземной и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн.

Диапазоны широковещательного радио (длинных, средних и коротких волн), АМ-диапазон (амплитудной модуляции -Amplitude Modulation, AM), обеспечивают дальнюю связь при невысокой скорости передачи данных.

Диапазоны очень высоких частот (Very High Frequency, VHF), (применяется частотная модуляция - Frequency Modulation, FM))применяются для более скоростных каналов.

Диапазоны ультравысоких частот (Ultra High Frequency, UHF), применяются при наличие прямой видимости между передатчиком и приемником (используются в спутниковых или радиорелейных каналах).

Беспроводные каналы используются чаще всего в тех случаях, когда кабельные линии связи применить нельзя, например при прохождении канала через малонаселенную местность или же для связи с мобильными пользователями сети

Аппаратура передачи данных

Линии связи состоят не только из среды передачи, но и аппаратуры. Аппаратура передачи данных (Data Circuit Equipment, DCE) в компьютерных сетях присоединяет компьютеры или коммутаторы к линиям связи, например:

□ модемы (для телефонных линий),

□ терминальные адаптеры сетей ISDN,

□ устройства для подключения к цифровым каналам первичных сетей DSU/CSU (Data Service Unit/Circuit Service Unit).

DCE работает на физическом уровне модели OSI, отвечая за передачу информации в физическую среду (в линию) и прием из нее сигналов нужной формы, мощности и частоты.

Аппаратура пользователя линии связи, вырабатывающая данные для передачи по линиям связи и подключаемая непосредственно к аппаратуре передачи данных, носит обобщенное название оконечное оборудование данных (Data Terminal Equipment, DTE), например:

· компьютеры,

· коммутаторы и маршрутизаторы.

Эту аппаратуру не включают в состав линии связи.

Промежуточная аппаратура обычно используется на линиях связи большой протяженности. Она решает две основные задачи:

· улучшение качества сигнала;

· создание постоянного составного канала связи между двумя абонентами сети.

Роль промежуточной аппаратуры может выполняться:

1. повторителями,

2. усилителями (повышающими мощность сигналов),

3. регенераторами (наряду с повышением мощности восстанавливающих форму импульсных сигналов, исказившихся при передаче на большое расстояние)

4. концентраторами.

В первичных сетях так же применяются — мультиплексоры (MUX), демультиплексоры и коммутаторы. Эта аппаратура создает между двумя абонентами сети постоянный составной канал из отрезков физической среды — кабелей с усилителями.

В зависимости от типа промежуточной аппаратуры все линии связи делятся на аналоговые и цифровые. В аналоговых линиях промежуточная аппаратура предназначена для усиления аналоговых сигналов, то есть сигналов, которые имеют непрерывный диапазон значений. В цифровых линиях связи передаваемые сигналы имеют конечное число состояний, и используется специальная промежуточная аппаратура — регенераторы, которые улучшают форму импульсов и восстанавливают период их следования.

Характеристики линий связи

Важная роль при определении параметров линий связи отводится спектральному разложению передаваемого по этой линии сигнала.

Для сигналов произвольной формы, встречающихся на практике, спектр можно найти с помощью специальных приборов — спектральных анализаторов. Искажение передающей линией связи синусоиды какой-либо частоты приводит, в конечном счете, к искажению амплитуды и формы передаваемого сигнала любого вида. Искажения формы проявляются в том случае, когда синусоиды различных частот искажаются неодинаково. Если это аналоговый сигнал, передающий речь, то изменяется тембр голоса. При передаче импульсных сигналов, характерных для компьютерных сетей, и сигналы могут плохо распознаваться на приемном конце линии.

Передаваемые сигналы искажаются из-за:

· несовершенства линий связи.

· внешних помех (создаются различными электрическими двигателями, электронными устройствами, атмосферными явлениями и т. д.).

· внутренних помех (наводки одной пары проводников на другую).

Затухание и волновое сопротивление

Степень искажения синусоидальных сигналов линиями связи оценивается такими характеристиками, как затухание и полоса пропускания

Затухание показывает, насколько уменьшается мощность эталонного синусоидального сигнала на выходе линии связи по отношению к мощности сигнала на входе этой линии. Измеряется в децибелах (дБ)

Так как затухание зависит от длины линии связи, то в качестве характеристики линии связи используется так называемое погонное затухание, то есть затухание на линии связи определенной длины. Для кабелей локальных сетей в качестве такой длины обычно используют 100 м. Для территориальных линий связи погонное затухание измеряют для расстояния в 1 км

Обычно затуханием характеризуют пассивные участки линии связи, состоящие из кабелей и кроссовых секций, без усилителей и регенераторов.

Волновое сопротивление, представляет собой полное (комплексное) сопротивление, которое встречает электромагнитная волна определенной частоты при распространении вдоль однородной медной цепи. Измеряется в Омах и зависит от таких параметров линии связи, как активное сопротивление, погонная индуктивность и погонная емкость, а также от частоты самого сигнала.

Помехоустойчивость и достоверность

Помехоустойчивость линии, определяет способность линии противостоять влиянию помех. Помехоустойчивость линии зависит от типа используемой физической среды, а также от средств экранирования и подавления помех самой линии. Наименее помехоустойчивыми являются радиолинии, хорошей устойчивостью обладают кабельные линии и отличной — волоконно-оптические линии. Обычно для уменьшения помех, создаваемых внешними электромагнитными полями, проводники экранируют и/или скручивают.

Еще одним практически важным показателем является защищенность кабеля (Attenuation/ Crosstalk Ratio, ACR). Защищенность определяется как разность между уровнями полезного сигнала и помех. Чем больше значение защищенности кабеля, тем в соответствии с формулой Шеннона данные можно передавать по этому кабелю с потенциально более высокой скоростью.

Достоверность передачи данных характеризует вероятность искажения каждого передаваемого бита данных. Иногда этот же показатель называют интенсивностью битовых ошибок (Bit Error Rate, BER). Величина BER для линий связи без дополнительных средств защиты от ошибок (например, самокорректирующихся кодов или протоколов с повторной передачей искаженных кадров) составляет, как правило, 10^-4-10^-6, в оптоволоконных линиях связи — 10^-9.

Полоса пропускания и пропускная способность

Полоса пропускания – непрерывный диапазон частот, для которого затухание не превышает некоторый заранее заданный предел. Т.е. полоса пропускания определяет диапазон частот синусоидального сигнала, при которых сигнал передается по линии связи без значительных искажений.

Рис. 7.3. Полосы пропускания линий связи и популярные частотные диапазоны

Часто граничными частотами считаются частоты, на которых мощность выходного сигнала уменьшается в два раза по отношению к входному, что соответствует затуханию в -3 дБ.

Пропускная способность линии характеризует максимально возможную скорость передачи данных, которая может быть достигнута на это линии. Особенностью пропускной способности является то, что с одной стороны, эта характеристика зависит от параметра физической среды, а, с другой — определяется способом передачи данных.

7.3 Типы кабелей

Сегодня как для внутренней (кабели зданий), так и для внешней проводки чаще всего применяются три класса проводных линий связи.

8. витая пара;

9. коаксиальные кабели;

10. волоконно-оптические кабели.

Экранированная и неэкранированная витая пара

Витой парой называется скрученная пара проводов. Кабель может состоять из нескольких скрученных пар.

Скручивание проводов снижает влияние внешних и взаимных помех на полезные сигналы, передаваемые по кабелю.

Основные особенности конструкции кабелей схематично показаны на рис. 7.4. Кабели на основе витой пары являются симметричными, то есть они состоят из двух одинаковых в конструктивном отношении проводников. Симметричный кабель на основе витой пары может быть как экранированным, так и неэкранированным.

Рис. 7.4. Устройство кабелей

Нужно отличать электрическую изоляцию проводящих жил, которая имеется в любо1- кабеле, от электромагнитной изоляции. Первая состоит из непроводящего диэлектрического слоя — бумаги или полимера, например поливинилхлорида или полистирола. Во втором случае помимо электрической изоляции проводящие жилы помещаются также 1 внутрь электромагнитного экрана, в качестве которого чаще всего применяется проводящая медная оплетка.

Кабель на основе неэкранированной витой пары, используемый для проводки внутри здания, разделяется в международных стандартах на категории (от 1 до 7).

1. Кабели категории 1 применяются там, где требования к скорости передачи миниманы. Обычно это кабель для цифровой и аналоговой передачи голоса и низкоскоростн (до 20 Кбит/с) передачи данных. До 1983 года это был основной тип кабеля для телефонной разводки.

2. Кабели категории 2 были впервые применены фирмой IBM при построении собственной кабельной системы. Главное требование к кабелям этой категории — снособность передавать сигналы со спектром до 1 МГц.

3. Кабели категории 3 были стандартизованы в 1991 году. Стандарт EIA-568 определил электрические характеристики кабелей для частот в диапазоне до 16 МГц. Кабели категории 3, предназначенные как для передачи данных, так и для передачи голоса составляют сейчас основу многих кабельных систем зданий.

4. Кабели категории 4 представляют собой несколько улучшенный вариант кабелей кггг- J гории 3. Кабели категории 4 обязаны выдерживать тесты на частоте передачи cfim^H 20 МГц и обеспечивать повышенную помехоустойчивость и низкие потери сигнала.: ii практике используются редко.

5. Кабели категории 5 были специально разработаны для поддержки высокоскороста^Н протоколов Их характеристики определяются в диапазоне до 100 МГц. Болыпин I - > высокоскоростных технологий (FDDI, Fast Ethernet, ATM и Gigabit Ethernet) орие- »- ровано на использование витой пары категории 5. Кабель категории 5 пришел на замену кабелю категории 3, и сегодня все новые кабельные системы крупных зданий строятся именно на этом типе кабеля (в сочетании с волоконно-оптическим).

6. Особое место занимают кабели категорий 6 и 7, которые промышленность начала выпускать сравнительно недавно. Для кабеля категории 6 характеристики определяются до частоты 250 МГц, а для кабелей категории 7 — до 600 МГц. Кабели категории 7 обязательно экранируются, причем как каждая пара, так и весь кабель в целом. Кабель категории 6 может быть как экранированным, так и неэкранированным. Основное назначение этих кабелей — поддержка высокоскоростных протоколов на отрезках кабеля большей длины, чем кабель UTP категории 5.

Все кабели UTP независимо от их категории выпускаются в 4-парном исполнении. Каждая из четырех пар кабеля имеет определенный цвет и шаг скрутки.

Экранированная витая пара хорошо защищает передаваемые сигналы от внешних помех. Наличие заземляемого экрана удорожает кабель и усложняет его прокладку.

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель состоит из несимметричных пар проводников. Каждая пара представляет собой внутреннюю медную жилу и соосную с ней внешнюю жилу, которая может быть полой медной трубой или оплеткой, отделенной от внутренней жилы диэлектрической изоляцией. Внешняя жила играет двоякую роль — по ней передаются информационные сигналы и она является экраном, защищающим внутреннюю жилу от внешних электромагнитных полей. Существует несколько типов коаксиального кабеля, отличающихся характеристиками и областями применения:

для локальных компьютерных сетей,

для глобальных телекоммуникационных сетей,

для кабельного телевидения и т. п.

Основные типы и характеристики этих кабелей.

1. -«Толстый» коаксиальный кабель разработан для сетей Ethernet 10Base-5 с волновым сопротивлением 50 Ом и внешним диаметром около 12 мм. Этот кабель имеет достаточно толстый внутренний проводник диаметром 2, 17 мм, который обеспечивает хорошие механические и электрические характеристики (затухание на частоте 10 МГц — не хуже 18 дБ/км). Зато этот кабель сложно монтировать — он плохо гнется.

2. «Тонкий» коаксиальный кабель предназначен для сетей Ethernet 10Base-2. Обладая внешним диаметром около 50 мм и тонким внутренним проводником 0, 89 мм, этот кабель не так прочен, как «толстый» коаксиал, зато обладает гораздо большей гибкостью, что удобно при монтаже. «Тонкий» коаксиальный кабель также имеет волновое сопротивление 50 Ом, но его механические и электрические характеристики хуже, чем у «толстого» коаксиального кабеля. Затухание в этом типе кабеля выше, чем в «толстом» коаксиальном кабеле, что приводит к необходимости уменьшать длину кабеля для получения одинакового затухания в сегменте.

3. Телевизионный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом широко применяется в кабельном телевидении. Существуют стандарты локальных сетей, позволяющие использовать такой кабель для передачи данных.

Волоконно-оптический кабель

Волоконно-оптический кабель состоит из тонких (5-60 микрон) гибких стеклянных волокон (волоконных световодов), по которым распространяются световые сигналы. Это наиболее качественный тип кабеля — он обеспечивает передачу данных с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/с и выше) и к тому же лучше других типов передающей среды обеспечивает защиту данных от внешних помех (в силу особенностей распространения света такие сигналы легко экранировать).

Каждый световод состоит из центрального проводника света (сердцевины) — стеклянного волокна, и стеклянной оболочки, 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 величины диаметра сердечника различают:

1. многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления (рис. 7.5, а);

2. многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления (рис. 7.5, б)

3. одномодовое волокно (рис. 7.5, в).

Понятие «мода» описывает режим распространения световых лучей в сердцевине кабе. - В одномодовом кабеле (Single Mode Fiber, SMF) используется центральный проводник очень малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света — от 5 до 10 мкм. При это^1 практически все лучи света распространяются вдоль оптической оси световода, не ражаясь от внешнего проводника. Изготовление сверхтонких качественных волокон одномодового кабеля представляет собой сложный технологический процесс, что дслаш одномодовый кабель достаточно дорогим. Кроме того, в волокно такого маленького метра достаточно сложно направить пучок света, не потеряв при этом значительную ч^сш его энергии.

В многомодовых кабелях (Multi Mode Fiber, MMF) используются более широкие тренние сердечники, которые легче изготовить технологически. В многомодовых ка'V-тв во внутреннем проводнике одновременно существует несколько световых лучей, етуЛ жающихся от внешнего проводника иод разными углами. Угол отражения луча называе^И модой луча. В многомодовых кабелях с плавным изменением коэффициента прелом. ■ я режим отражения лучей имеет сложный характер. Возникающая при этом интерференция ухудшает качество передаваемого сигнала, что приводит к искажениям передаваемых импульсов в многомодовом оптическом волокне. По этой причине технические характеристики многомодовых кабелей хуже, чем одномодовых.

Рис. 7.5. Типы оптического кабеля

Учитывая это, многомодовые кабели применяют в основном для передачи данных на скоростях не более 1 Гбит/с на небольшие расстояния (до 300-2000 м), а одномодовые — для передачи данных со сверхвысокими скоростями в несколько десятков гигабитов в секунду г^при использовании технологии DWDM — до нескольких терабитов в секунду) на рас- ВКи -о нескольких десятков и даже сотен километров (дальняя связь).

й- -очников света в волоконно-оптических кабелях применяются: * или светоизлучающие диоды (Light Emitted Diode, LED);

44 5 мг > i1 овые лазеры, или лазерные диоды.

Для одномодовых кабелей применяются только лазерные диоды, так как при таком малом диаметре оптического волокна световой поток, создаваемый светодиодом, невозможно без больших потерь направить в волокно — он имеет чересчур широкую диаграмму направленности излучения, в то время как лазерный диод — узкую. Более дешевые светодиодные излучатели используются только для многомодовых кабелей.

Стоимость волоконно-оптических кабелей ненамного превышает стоимость кабелей на витой паре, но проведение монтажных работ обходится намного дороже из-за трудоемкости операций и высокой стоимости применяемого монтажного оборудования.

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒