Реферат: Технологии создания сетей

по сети. В Системах Broadband  передается смесь сигналов по одной физической

линии, образующаяся в процессе мультиплексирования. Сигналы могут быть

уплотнены во времени или с помощью разных несущих частот. Мультиплексирование

сигналов обеспечивает более эффективную передачу, так как позволяют многим

передатчикам делить физическую среду между собой.

[КС 6-7]

[1]Упражнение 6

[5]1. Опишите два основных вида уплотнения информации. Какой из них

используется только для цифровых сигналов?

2. Какие системы используют весь канал для передачи: broadband или baseband?

[КС 6-8]

                             [ Преобразование сигналов ]

[0]Раздел 7. [2]Преобразование сигналов

[1]Цели

[5]В результате изучения данного раздела вы сможете:

1. Давать определение модема и указывать причины его использования;

2. Давать определение кодека и указывать причины его использования.

[1]Введение

[5]Обычно при передаче от одного устройства другому данные претерпевают

изменения и/или комбинируются с другими сигналами. Изменение данных

заключается в преобразовании исходной информации в форму, приемлемую

для обработки в следующем устройстве. Предметом рассмотрения в данном

разделе является оборудование, необходимое для выполнения этой задачи.

[КС 7-1]

        [  DTE и DCE оборудование   ]

                 среда

        [ к рис. на стр. 7-2 (в поле рисунка)]

[1]DTE и DCE оборудование

[5]Оконечное оборудование данных (DTE - Data Terminal Equipment)

является основным термином для обозначения устройства, обеспечивающего

интерфейс с пользователем. Обычно таким оборудованием является терминал

или ЭВМ. На DTE исполняются пользовательские прикладные программы.

Оконечное оборудование канала данных (DCE - Data Circuit-terminating Equipment)

обеспечивает подключение DTE к связному каналу. DCE обычно выполняются в

отдельном конструктиве независимом от DTE и среды передачи данных, хотя это

вовсе и необязательно. Первейшей задачей DCE является преобразование данных

DTE в сигналы, пригодные для передачи по коммуникационной среде. Модем - это

один из примеров DCE.

Широко используемые протоколы DTE - DCE и DCE - DTE рассматриваются в разделе

14.

[КC 7-2]

            [    Модем                                 ]

            [ Цифровые данные        Аналоговый сигнал ]

            [                        (несущая частота) ]

            [ к рис. на стр. 7-3 (в поле рисунка)      ]

[1]Модемы

[5]Модем (МОдулятор/ДЕМодулятор) - это специальный тип DCE, расположенный

между DTE и аналоговой средой передачи данных, такой как телефонная линия или

микроволновый трансивер. Модем модулирует двочными данными из DTE аналоговую

несущую, кодируя некоторым образом двоичные 0 и 1 для их последующей передачи.

На приемном конце модем демодулирует аналоговый сигнал, выделяя двоичные

данные для целевого DTE.

Модемы используются для передачи данных на большие расстояния, поскольку

цифровые сигналы внутренних передатчиков DTE не обладают достаточной

мощностью, вследствие чего при передаче на значительные расстояния

проявляется эффект потери данных. Другой способ использования модемов

применяется тогда, когда несколько коммуникационных каналов располагаются в

одной и той же передающей среде. В этом случае модемы могут быть выбраны так,

чтобы они обладали различными несущими частотами.

Хотя электронные модемы несомненно полезны для различных приложений, они не

всегда требуются для соединения двух устройств. На относительно коротких

расстояниях (например, внутри небольшой конторы) простое электрическое

соединение может быть выполнено с помощью нульмодемного кабеля.

Нульмодемный кабель соединяет передающие цепи одного DTE с приемными цепями

другого. Простое электрическое соединение может быть выполнено с помощью

кабеля, состоящего из проводов, разведенных в соответствии с требованием к

нульмодему. Модем смешивает двоичные данные с аналоговой несущей так, как

того требуют соответствующие методы кодирования, рассмотренные в разделе 5.

[КС 7-3]

      [       Кодек                            ]

      [ Аналоговые данные      Цифровые данные ]

      [ к рис. на стр. 7-4 (в поле рисунка)    ]

[1]Устройство кодирования и декодирования сигналов

[5]Устройство кодирования и декодирования сигналов или кодек (КОдер/ДЕКодер)

используется для кодирования аналоговых данных (например, голоса) в цифровой

сигнал и обратно. Оцифрованные голосовые данные могут

быть переданы, например, с помощью модема. Принимающий кодек, если он

применятся, восстанавливает аналоговые данные.

Из-за того, что используется цифровой метод передачи данных, кодеки обладают

соответствующими преимуществами в сравнении с аналоговой передачей (дешевы,

менее подвержены воздействию шума). Более того, применение оцифрования

голосовых данных становится все более популярным в электронных почтовых

системах и в интерактивных системах распознавания речи.

Методы, применяемые в кодеке для преобразования АНАЛОГ-ЦИФРА, в данном курсе

не рассматриваются. Кодеки изготавливаются в виде отдельной аппаратуры

таким образом, что приходится иметь дело лишь с его выходным цифровым

сигналом.

[1]Итоги

[5]При передаче аналоговых данных по цифровым каналам или цифровых данных

по аналоговым каналам требуется их преобразование. Для выполнения

преобразований используются модемы и кодеки, которые соотносят типы

передаваемых данных с типом несущей. Наиболее известны при этом модемы.

Они широко применяются для обеспечения связи цифровых ЭВМ и терминалов с

помощью телефонных сетей общего пользования.

[КС 7-4]

[1] Упражнение 7

[5]1. Какой из приведенных способов является лучшим для подключения лазерного

принтера к ЭВМ, расположенной в том же здании учреждения (в 20 футах друг от

друга)?

А. Два модема.

В. Нульмодемный кабель.

С. Кодек.

2. Какой из приведенных ниже способов является лучшим для подключения

принтера к ЭВМ, расположенной в том же здании учреждения (между принтером и

ЭВМ 20 этажей)?

А. Два модема.

В. Нульмодемный кабель.

С. Кодек.

D. А и С.

Е. В и С.

[КС 7-5]

[КС 7-6]

                                          [ Передача данных ]

[0]Раздел 8   [2]Передача данных

[1]Цели

[5]В результате изучения этого раздела вы сможете:

1. Определять различные типы передающих сред и их основные характеристики,

включая: стоимость, простоту развертывания, скорость/емкость, устойчивость к

помехам;

2. Определять режимы передачи данных, их преимущества и недостатки;

3. Определять асинхронный и синхронный режимы передачи данных, указывать их

ключевые характеристики, преимущества и недостатки.

[1]Введение

[5]Передача данных между ЭВМ и каким-либо устройством сопряжена с действием

целого ряда факторов. Одним из таких факторов является тип передающей среды.

Различия между однонаправленной, разделяемой двунаправленной и общей

двунаправленной средой определяют то, как осуществляется передача данных.

Важным фактором является и способ синхронизации передачи данных.

Все эти факторы в некоторой степени взаимозависимы. В данном разделе

обсуждаются факторы, влияющие на процесс передачи данных и, в частности,

рассматривается их взаимосвязь.

[КС 8-1]

         [  передача данных    ]

         [ к рис. на стр. 8-2 (в поле рисунка)]

[1]Среда передачи

[5]В любой сети ЭВМ среда передачи переносит данные в форме сигналов между

сетевыми интерфейсами. Сигналы представляются в форме электрического тока,

микроволн, радиоволн или светового излучения. Каждый тип среды передачи имеет

определенные преимущества и недостатки, определяемые характеристиками ее

компонентов и применяемых сигналов. Среди параметров среды, позволяющих судить

о ее преимуществах и недостатках, рассматриваются следующие: стоимость,

простота развертывания, скорость и/или емкость, устойчивость к помехам.

Передающая среда может быть также классифицирована в терминах "ограниченная"

и "неограниченная". Ограниченная среда передачи (например, витая пара,

коаксиальный кабель, оптоволокно) заключает передаваемый сигнал внутрь

физического проводника, а в случае неограниченной среды передачи - нет.

В случае малых областей, таких как комната, здание, для связи ЭВМ обычно

используется единственная ограниченная среда передачи. Ограниченная среда

специального назначения или комбинация ограниченной и неограниченной сред

обычно применяется для связи удаленных станций (например, зданий).

Неограниченная среда характерна для сетей с мобильными станциями, и широко

используется в континентальных, межконтинентальных и глобальных сетях ЭВМ.

[КС 8-2]

         [ Ограниченная среда   ]

         [ Проводник  среда     ]

         [ Передатчик  Приемник ]

         [ к рис. на стр. 8-3 (в поле рисунка)]

[1]Ограниченная среда передачи

[5]Ограниченная среда представляется проводами или кабелями, которые проводят

электричество или свет. Витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконный

кабель являются примерами ограниченной среды передачи.

[КС 8-3]

         [ Витая пара             ]

         [ Проводник    Изоляция  ]

         [ к рис. на стр.8-4 (в поле рисунка)]

[1]Витая пара

[5]Скрученная пара изолированных проводов образует витую пару (Twisted Pair

Cable - TP). Витые пары формируют ТР кабель. Пары могут укладываться в

кабелегон или же размещаться внутри изоляционной оплетки (например, стандартный

телефонный кабель).  Совместно с ТР-кабелем используются телефонные разъемы

RJ-11 (2 ТР) или RJ-45 (4 ТР), а также многоштырьковые разъемы RS-232 и

RS-449. (Эти разъемы и интерфейсы рассматриваются позднее в данном курсе).

Большинство ТР-кабелей не экранированы. Однако в некоторых ТР-кабелях в

изоляционной оплетке отдельные витые пары помещены в сетчатые экраны. В

сети LocalTalk (Apple) и некоторых сетях фирмы IBM применяются экранированные

ТР кабели. Для этих сетй существуют свои собственные уникальные требования к

разъемам, длине кабеля и т.п..

В сравнении с нескрученными многопроводными кабелями в ТР кабеле уменьшается

взаимовлияние соседних пар и воздействие окружающей среды. Экранирование

еще в большей степени уменьшает интерференцию. Различные ТР кабели имеют

различные электрические свойства, определяемые типом проводника, изоляции, а

также степенью скрутки проводников.

[КС 8-4]

[5]Преимущества:

- В области передачи речи существует устоявшиеся технологии и стандарты,

основанные на технике ТР-кабелей;

- В большинстве учреждений существуют телефонные системы, использующие

ТР-кабели. Свободные витые пары могут быть применены для создания сети ЭВМ;

- Сети на основе ТР-кабелей могут быть просто и быстро развернуты;

- Сети на основе ТР-кабелей относительно дешевы.

[5]Недостатки:

- Сети на основе ТР-кабелей чувствительны к электромагнитному излучению,

особенно в случае неэкранированных витых пар;

- Непригодны для сверхскоростной передачи данных;

- Некоторые новые стандарты для применения ТР-кабелей в сетях ЭВМ в

настоящее время не вполне сформировались и не обрели стабильного состояния.

[КС 8-5]

           [ Коаксиальный кабель   ]

           [ Внешняя пластиковая    Внешний   Изолятор   Внутренний ]

           [    оболочка           проводник             проводник  ]

           [ к рис. на стр. 8-6 (в поле рисунка) ]

[1]Коаксиальный кабель

[5]Коаксиальный кабель (или просто коаксиал) изготавливается из двух соосных

проводников ( отсюда и название "со"- общий, "axis" - ось). В центре кабеля

располагается медный провод, заключенный в изоляционную пластиковую оболочку

(изолятор). На изоляторе в виде сетки из проводов или фольги размещается

второй проводник, играющий роль экрана. И, наконец, плотная пластиковая

изоляционная трубка образует внешнюю оболочку кабеля.

Полоса пропускания коаксиала занимает промежуточное положение между витой

парой и оптическим кабелем. Кабель со значительной полосой пропускания

является основой для создания широкомасштабных региональных сетей ЭВМ. В

зависимости от типа сети и требуемых услуг используются различные стандарты

на коаксиальный кабель. Возможности большинства типов сетей обеспечиваются

следующими стандартами коаксиальных кабелей:

- RG-8 и RG-11 толстый Ethernet кабель (50 Ом);

- RG-58 тонкий Ehernet кабель (50 Ом);

- RG-59 используется в системах кабельного телевидения (75 Ом);

- RG-62 используется в сетях ARCNET (93 Ом)

[КС 8-6]

[5]Преимущества:

- Существуют устоявшиеся технологии и стандарты, которые способствуют

обеспечению совместимости и взаимной работоспособности оборудования

различных производителей;

- Устойчивость к электромагнитному излучению лучше, чем в случае витой пары;

- Обеспечивает значительно более широкую полосу пропускания по сравнению с

витой парой;

- Обладает хорошими механическими свойствами, может использоваться в

условиях с повышенными требованиями эксплуатации.

[5]Недостатки:

- Коаксиальный кабель подобно витой паре не защищен от возможности

"подслушивания", недостаточно высока устойчивость к электромагнитному

излучению;

- Некоторые типы коаксиалов обладают большим весом, большими размерами, а

также большой стоимостью.

[КС 8-7]

         [  Оптический кабель                        ]

         [ Защитная внешняя  Стеклянная   Оптическое ]

         [    оболочка       оболочка       ядро     ]

         [ к рис. на стр.8-8 (в поле рисунка)        ]

[1]Оптоволоконный кабель (Fiber)

[5]Оптоволоконный кабель изготавливается из светопроводящего стекла

(пластических волокон), расположенного в центре толстой трубки из защитного

материала, которая, в свою очередь, помещается во внешнюю твердую оболочку.

Многочисленные волокна увязываются в центральной части кабеля. При этом

кабель может быть полностью неметаллическим. В  отличие от двух ранее

рассмотренных типов кабелей опто-волоконный кабель не допускает "утечки"

информации и устойчив к электромагнитному излучению.

Оптические кабели значительно компактнее и более легкие, чем кабели из

медного провода. Большие информационные магистрали, использующие оптические

кабели могут обеспечить гораздо большее число соединений, чем аналогичного

размера проводные кабели. Ослабление сигнала в оптических волокнах меньше,

чем в медных проводах. Поэтому для осуществления передачи информации на

длинные расстояния требуется меньшее число повторителей (устройств

регенерации сигналов).

Интерфейсные устройства оптических сетей преобразуют электрические сигналы

ЭВМ в световые сигналы, направляемые в оптоволокно, а также выполняют

обратные преобразования. Световые

импульсы генерируются светодиодами (LEDs - Light Emmiting Diodes) или лазерными

диодами (ILDs - Injection Laser Diods). Преобразование световых импульсов в

электрические сигналы выполняются с помощью фотодиодов.

Оптическое волокно обеспечивает чрезвычайно широкую полосу пропускания,

поскольку она определяется высокочастотными свойствами протонов, в отличие от

низкочастотных свойств сугубо электрических систем.

[КС 8-8]

[5]Преимущества:

- устойчивость к электромагнитному излучению, а также отсутствие излучения

во вне делают оптический кабель чрезвычайно надежной и безопасной

коммуникационной средой;

- обеспечивается чрезвычайно широкая полоса пропускания.

Недостатки:

- оборудование сетевых интерфейсов и оптоволоконные кабели относительно

дороги;

- подключение требует высоко точного изготовления элементов и

тщательной ручной доводки;

- технология прокладки и конфигурирования оптического кабеля относительно

сложна.

[1]Сравнение преимуществ и недостатков ограниченных сред.

[5]Для того, чтобы сравнить характеристики и достоинства различных сред,

необходимо рассмотреть их в реальной обстановке функционирования конкретных

приложений. При этом следует учитывать такие параметры, как требования к

сетевым интерфейсам, устойчивость к электромагнитному излучению (EMI),

требования к безопасности, требования к полосе пропускания. Полоса

пропускания является наиболее типичной характеристикой.

 ---------------------------------------------------------------

 |   Тип      | Стоимость  |    Стоимость     |     EMI        |

 |   среды    | кабеля     | монтажа среды    |чувствительность|

 |            | (50 футов) |                  |                |

 |------------|------------|------------------|----------------|

 | Витая пара | Наименьшая |   Наименьшая     |   Высокая      |

 |            |            |(0, если уже      |                |

 |            |            | смонтирована)    |                |

 |------------|------------|------------------|----------------|

 | Коаксиал   |  Средняя   |  Более  дорогая  |   Средняя      |

 |------------|------------|------------------|----------------|

 | Оптоволокно|  Высокая   |  Наибольшая      | Иммунитет      |

 |            |            |(специальное      |                |

 |            |            | оборудование,    |                |

 |            |            | доводка)         |                |

 ---------------------------------------------------------------

           Рис. 8-1. Ограниченные среды, сравнение.

[КС 8-9]

      [   Неограниченная среда      ]

      [ Передатчик         Cигнал   ]

      [                  Приемник   ]

      [ к рис. на стр.8-10 (в поле рисунка)]

[1]Неограниченная среда передачи

[5]В неограниченной среде передача и прием электромагнитных сигналов

осуществляется без электрических или оптических проводников. Микроволны,

радиоволны, инфракрасное излучение, лазерная связь являются примерами

неограниченных сред передачи информации (иногда называемые "беспроводными"

средами). Преимущества и недостатки сред обсуждаются в конце раздела. Ниже

рассматриваются типы неограниченных сред.

[КС 8-10]

          [ Микроволны   ]

        приемопередающая

          антена

        прямого видения

[1]Микроволны

[5]Микроволновая передача данных реализуется в двух формах: в виде систем

наземного базирования, в виде спутниковых систем. Обе эти системы

функционально одинаковы, но возможности каждой системы различны.

[1]Наземные микроволновые системы

[5]Микроволновые сигналы наземных систем, представляемые частотами

гигагерцового диапазона, излучаются между прямонаправленными параболлическими

антенами. Микроволновый тракт может использоваться для решения проблемы

обеспечения возможности совместной передачи телевизионного трафика и трафика

данных, и может являться альтернативой применения кабеля.

Микроволновые тракты могут быть также использованы для связи отдельных

зданий в пределах ограниченного пространства, где прокладка кабеля или

затруднена, или слишком дорого обходится.

Микроволновые тракты подвержены внешнему влиянию электротехнических помех,

не защищены от "подслушивания". Высокочастотные микроволны в значительной

степени ослабляются на больших расстояниях в дождливую погоду и в густом

тумане. На коротких расстояниях ослабление незначительно. Для построения

коротких трактов передачи информации между зданиями используются небольшие

дешевые высокочастотные антенны.

[КС 8-11]

[5]Преимущества:

-прокладка трактов значительно дешевле, чем выполнение земляных работ при

прокладке кабелей и т.п.;

-обеспечение широкой полосы пропускания.

[5]Недостатки:

-требуются лицензирование и санкционирование на использование оборудования;

-чувствительны к внешним воздействиям электротехнических помех, легко

подвержены нарушению защиты (например, прослушиванию тракта).

Подобно наземным микроволновым системам спутниковые микроволновые системы

используют низкие гигагерцовые частоты. Сигналы передаются между прямонаправленными

параболическими антеннами, одна из которой располагается на Земле, другая -

на спутнике, выведенном на геоцентрическую орбиту. Передача данных, телефонного

и телевизионного трафиков может быть осуществлена с помощью таких систем через

океаны и континенты. На основе таких средств возможно развертывание

множественных приемопередающих систем, а также сквозных выделенных систем

типа точка-точка.

[1]Спутниковые микроволновые системы

[5]Спутниковые микроволновые тракты также подвержены воздействию внешней

среды, электромагнитным помехам и подвержены нарушению защиты

(перехвату информации). Тракты полностью зависят от космической модемной

технологии, однако с их помощью возможно осуществление коммуникации с

наиболее отдаленными и труднодоступными районами Земли.

[5]Преимущества:

- задержка распространения и стоимость связи не зависят от расстояния между

приемником и передатчиком;

- между передающей и принимающей точками даже, если они находятся на различных

континентах, не требуется какого-либо посредничества дополнительных наземных

служб связи;

- обеспечивается довольно широкая полоса пропускания;

- наземные станции могут быть как стационарными, так и мобильными,

расположенными на самолетах или на морских судах;

- спутниковые системы обеспечивают как узконаправленную, так и

широковещательную передачу данных.

[5]Недостатки:

- требуется лицензирование и санкционирование на использование оборудования;

- подверженность внешним влияниям, электромагнитным помехам, нет защиты от

перехвата информации;

- требуется дорогая модемная космическая технология;

- из-за больших расстояний сигналы претерпевают заметные задержки по

сравнению с задержками при использовании прямых трактов.

[КС 8-12]

      [ Лазерная передача                   ]

      [Приемник         Передающий лазер    ]

      [Передающий лазер      Приемник       ]

      [ к рис. на стр. 8-13 (в поле рисунка)]

[1]Лазер

[5]Коммуникационный лазер излучает узкий пучок когерентного света (обычно

инфракрасного), который модулируется импульсами передаваемых данных.

Излучение воспринимается фотодиодами и преобразуется в последовательность

битов. Лазерная передача, также как и микроволновая, выполняется в условиях

прямой видимости приемника и передатчика. Однако, поскольку свет имеет

большую частоту, чем микроволны, полоса пропускания (информационная емкость)

лазерного тракта во много раз шире. Кроме этого, лазерное излучение

обладает большей направленностью, чем микроволновое излучение.

[5] Преимущества:

- не требуется лицензирование на использование среды передачи данных;

- между передающей и принимающей точками не требуется какого-либо

посредничества дополнительных наземных служб связи;

- лазерный тракт устойчив к внешним воздействиям, электромагнитным помехам

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29