ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 39
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
подключения не нужны дорогие интерфейсные устройства, способные производить спектральное разделение сигнала, как для многомодовых кабелей. Однако скорость в оптоволокне может превышать 50 Гб/c.
Волоконно-оптические кабели дороже, сложнее монтируются и имеют сложные повторители. Но в то же время огромным преимуществом таких кабелей является то, что они не чувствительны к электрическим наводкам и агрессивным внешним средам, отвечают высоким требованиям информационной безопасности.
Волоконно-оптические кабели удобно применять в кольцевых сетях, где передача идет в одном направлении.
Электромагнитный спектр
Кроме вышеперечисленных кабелей в качестве среды передачи могут быть использованы радиоканалы, инфракрасное и другое излучение. Радио канал используется обычно для связи между локальными сетями, а инфракрасное излучение – в пределах одного помещения в “поле зрения” другой машины. Движение электронов порождает электромагнитные волны, которые могут распространяться в пространстве (даже в вакууме). В вакууме все электромагнитные волны распространяются с одинаковой скоростью независимо от частоты. Это и есть скорость света приблизительно равная 3*108 м/с. Число колебаний электромагнитной волны в секунду называется частотой (Гц). Расстояние между двумя последовательными максимумами или минимумами называется длиной волны. Эти три величины связаны между собой фундаментальным соотношением:
λ*f = c; существует мнемоническое правило которое гласит, что λ*f ≈ 300, если длина волны измеряется в метрах, а частота в мегагерцах. Например, волны с частотой 100МГц имеют длину волны 3м.
Электромагнитный спектр имеет вид:
Радио, микроволновый и инфракрасный диапазон могут быть использованы для передачи информации с помощью амплитудной, частотной или фазовой модуляции волн. Ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучения были бы даже лучше благодаря их
высоким частотам, однако, их сложно генерировать и модулировать, они плохо проходят через здания и опасны для всего живого. Распределение диапазонов частот имеет свое название и основывается на длине волн.
Количество информации, которое может переносить электромагнитная волна связано с частотным диапазоном канала. Современные технологии позволяют кодировать несколько бит на Герц на низких частотах. При некоторых условиях это число может возрасти восьмикратно на высоких частотах. Кроме диапазона частот необходимо учитывать диапазон длин волн, в котором ослабление сигнала имеет наименьшее значение. Например, в оптике используют диапазоны 1,3мкм и 1,55мкм, потому, что ослабление мощности в этих диапазонах волн составляет менее 5% на километр. Чем шире диапазон длин волн, тем выше скорость передачи данных. Большинство систем связи используют узкие полосы частот, что позволяет обеспечить уверенный прием сигнала.
Радиочастотные ЛВС
В радиочастотных ЛВС с распределенным по спектру сигналом возможна работа в двух вариантах.
В первом случае используется расширенный спектр с прямой последовательностью. Работа в этом режиме заключается в том, что пользовательское сообщение кодируется псевдослучайной кодовой последовательностью, т.е. формируется широкополосный сигнал. Несущая частота модулируется закодированной последовательностью и полученный шумоподобный сигнал передается одновременно на нескольких частотах в пределах используемого диапазона. Приемник выделяет сообщение каждого пользователя из шума с помощью коррелятора, отыскивающего конкретный псевдослучайный элемент сигнала. Мобильные телефоны 2 и 3 поколения.
Второй метод использует расширенный спектр с подстройкой частоты. Здесь диапазон разделен на большое число узких частотных каналов и передатчик постоянно “скачет” с одной частоты на другую. Изменение частот работы производится 100-и раз в секунду. Приемное устройство изменяет частоты в том же порядке и учитывает время пребывания на каждой частоте. Последовательность перехода обычно выбирается так, чтобы соседние частотные каналы были разнесены на несколько МГц.
Аппаратные средства, в которых используется распределенный по спектру сигнал, позволяют генерировать сигналы проникающие, сквозь сооружения из наиболее распространенных стройматериалов, т.о. обеспечивая более высокую дальность связи. С помощью этого метода обеспечивается практически абсолютная помехоустойчивость и высокая надежность. Военные системы связи, 802.11 и Bluetooth.
Основным недостатком метода является относительно низкая скорость передачи и возможная электромагнитная совместимость с рядом расположенными ЛВС.
Микроволновые ЛВС
Передача в микроволновом диапазоне отличается тем, что на частотах свыше 100МГц радиоволны распространяются почти по прямой и могут быть сфокусированы в узкие пучки. Концентрация энергии в пучке при помощи параболической антенны приводит к улучшенному соотношению сигнал/шум (ослабление, дБ = 10Lg(Рпередачи/Рприема)). Но при этом антенны должны быть точно направлены друг на друга. Допускается установка нескольких параллельных приемопередатчиков на одной вышке без риска возникновения взаимных помех. До появления оптики это был основной междугородний вид связи. Микроволны распространяются строго по прямой, и чем выше ретрансляторы, тем большее расстояние сигнал может преодолеть. Максимально расстояние между передатчиками может быть рассчитано как квадратный корень из их высоты. В отличие от радиоволн микроволны не проходят через здания, но могут отражаться от атмосферных слоев. В результате отраженные волны запаздывают, отличаются по фазе и это приводит к подавлению сигнала. Это явление называется
многолучевым затуханием и является серьезной проблемой для микроволновых ЛВС.
Инфракрасные ЛВС
Существуют три разновидности инфракрасных ЛВС работающих в различных режимах:
1. Режим прямой видимости. Область применения - без физических препятствий. Дальность связи – до 30м, скорость передачи высокая.
2. Режим рассеянного излучения. В этом случае рассеянные сигналы, отражаясь от стен и потолка, охватывают площадь ≈ 30м2. Скорость передачи здесь не велика.
3. Режим отраженного излучения. В системах отраженного излучения оптические приемопередатчики, установленные рядом с ПК-станциями, направлены в одну общую точку (отражатель на потолке). Такие сети хорошо работают в помещении с высокими потолками. Показатели характеристик немного лучше, чем у сетей с рассеянным излучением.
Преимуществами таких ЛВС являются:
· хорошая скорость передачи, сравнимая с проводными ЛВС;
· более высокую степень безопасности связи.
Главный недостаток таких ЛВС:
· требование прямой видимости между источником и приемником сигнала.
2. Модель OSI
OSI модель, или модель стека протоколов TCP/IP, или модель открытых систем, или модель сетевого взаимодействия – это ядро, на котором управляется и взаимодействует любая современная сеть и подключенные к ней устройства. Поэтому её желательно знать всем тем, кто работает в «сетевой» индустрии. Без данных знаний даже в том же программировании будет достаточно тяжело.
Модели OSI позволяют взаимодействовать устройствам в компьютерной сети по определенным правилам и протоколам. Если раскрыть расшифровку аббревиатуры термина, то получится английская надпись: «Open Systems Interconnection Basic Reference Model», – что дословно можно перевести как: «Эталонная Модель Взаимодействия Открытых Систем». В модели существует 7 уровней, которые используются для передачи информации от одного устройства к другому.
Уровни
Представим себе, что у нас есть два компьютера. Один принадлежит Василию, а второй Диме. Они подключены к одной сети. Василий отправил письмо напрямую к Диме. Теперь встает вопрос – а как теперь это письмо передать по сетевому кабелю? Как мы можем вспомнить компьютер может понимать только одну информацию – нулей (0) и единиц (1).
Также и по кабелю мы не можем передать информацию в обычном буквенном виде. И то если письмо содержит только буквы. Тогда встает вопрос о том, чтобы как-то перевести данное письмо на второе устройство. Именно для этих целей и нужна эталонная модель OSI с 7 уровнями.
При отправке письма информация проходит 7 стадий от верхнего к нижнему уровню, чтобы перевести его в обычные биты. Далее эти биты передаются по кабелю к компьютеру Димы. И уже его устройство делает обратный процесс – перевод битов в понятное для человека письмо.
При этом чаще всего используются протоколы TCP/IP. Когда вы будете читать любую информацию по данной теме, смотреть таблицы, то помните, что сейчас используются именно протоколы модели TCP/IP. Те же протоколы, которые описаны в таблицах, есть, но они уже давно устарели и являются просто ознакомительной информацией.
Давайте взглянем на все уровни OSI 7, и вам станет немного понятнее, о чем я говорю:
Нумерация идет сверху вниз от высокого до низшего уровня: от седьмого прикладного уровня до первого – физического.
Каждый уровень выполняет определенные цели для перевода информации из одного вида в другой. Также вы можете видеть, что информация передается в разном виде. Почти у каждого уровня есть свой PDU (protocol data unit) или единица измерения информационных данных. Например, на физическом (самом низком уровне) – это обычные биты или последовательность нулей и единиц, которые уже можно передавать по кабелю.
Почти каждый сетевой уровень оперирует своими протоколами данных. Можно посмотреть примерную последовательность перехода информации от одного вида PDU в другой:
Также, исходя из таблицы, вы можете заметить два названия:
Это примерное разделение всех уровней на две градации. Самые интересные из уровней – это как раз класс «Media Layers», так как ими чаще всего и оперируют сетевые инженеры. И они же за них отвечают головой.
Принцип работы
Для удобства представления работы 7-ми уровней модели OSI давайте посмотрим на картинку ниже.
У нас есть два компьютера, которые на определенном уровне могут взаимодействовать только по протоколам. Можно сказать – это определенные вид данных, который понятен компьютерам на выделенном уровне. Например, на физическом уровне модели OSI используются протоколы, а данные передаются битами. На том же канальном уровне модели OSI информация передается кадрами используя свои протоколы.
Но для перевода информации от одного уровня к другому используются специальные службы. Также обратите внимание, что на транспортном уровне данные впервые разбиваются на сегменты. Каждый сегмент имеет «нумерованную» метку. Данная метка нужна, чтобы второе принимающее устройство поняло – в каком порядке склеивать эти сегменты, чтобы получить нужные данные. Далее на других уровнях идет разбиение на пакеты, кадры и в самом конце на биты. Пакеты, кадры также имеют свои очередные метки.
Немножко поподробнее о том, каким образом идет перевод информации с одного уровня на другой. Советую прям вникнуть в эту информацию, так как это нужно для понимания всей сути модели OSI. Если что-то будет непонятно, то прочтите её ещё раз или можете спросить меня какие-то нюансы ниже в комментариях. Чтобы было наглядно понятнее, давайте посмотрим на картинку ниже – тут представлена схема перевода информации к разному виду по всем уровням сетевой модели OSI.
Волоконно-оптические кабели дороже, сложнее монтируются и имеют сложные повторители. Но в то же время огромным преимуществом таких кабелей является то, что они не чувствительны к электрическим наводкам и агрессивным внешним средам, отвечают высоким требованиям информационной безопасности.
Волоконно-оптические кабели удобно применять в кольцевых сетях, где передача идет в одном направлении.
Электромагнитный спектр
Кроме вышеперечисленных кабелей в качестве среды передачи могут быть использованы радиоканалы, инфракрасное и другое излучение. Радио канал используется обычно для связи между локальными сетями, а инфракрасное излучение – в пределах одного помещения в “поле зрения” другой машины. Движение электронов порождает электромагнитные волны, которые могут распространяться в пространстве (даже в вакууме). В вакууме все электромагнитные волны распространяются с одинаковой скоростью независимо от частоты. Это и есть скорость света приблизительно равная 3*108 м/с. Число колебаний электромагнитной волны в секунду называется частотой (Гц). Расстояние между двумя последовательными максимумами или минимумами называется длиной волны. Эти три величины связаны между собой фундаментальным соотношением:
λ*f = c; существует мнемоническое правило которое гласит, что λ*f ≈ 300, если длина волны измеряется в метрах, а частота в мегагерцах. Например, волны с частотой 100МГц имеют длину волны 3м.
Электромагнитный спектр имеет вид:
Радио, микроволновый и инфракрасный диапазон могут быть использованы для передачи информации с помощью амплитудной, частотной или фазовой модуляции волн. Ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучения были бы даже лучше благодаря их
высоким частотам, однако, их сложно генерировать и модулировать, они плохо проходят через здания и опасны для всего живого. Распределение диапазонов частот имеет свое название и основывается на длине волн.
Количество информации, которое может переносить электромагнитная волна связано с частотным диапазоном канала. Современные технологии позволяют кодировать несколько бит на Герц на низких частотах. При некоторых условиях это число может возрасти восьмикратно на высоких частотах. Кроме диапазона частот необходимо учитывать диапазон длин волн, в котором ослабление сигнала имеет наименьшее значение. Например, в оптике используют диапазоны 1,3мкм и 1,55мкм, потому, что ослабление мощности в этих диапазонах волн составляет менее 5% на километр. Чем шире диапазон длин волн, тем выше скорость передачи данных. Большинство систем связи используют узкие полосы частот, что позволяет обеспечить уверенный прием сигнала.
Радиочастотные ЛВС
В радиочастотных ЛВС с распределенным по спектру сигналом возможна работа в двух вариантах.
В первом случае используется расширенный спектр с прямой последовательностью. Работа в этом режиме заключается в том, что пользовательское сообщение кодируется псевдослучайной кодовой последовательностью, т.е. формируется широкополосный сигнал. Несущая частота модулируется закодированной последовательностью и полученный шумоподобный сигнал передается одновременно на нескольких частотах в пределах используемого диапазона. Приемник выделяет сообщение каждого пользователя из шума с помощью коррелятора, отыскивающего конкретный псевдослучайный элемент сигнала. Мобильные телефоны 2 и 3 поколения.
Второй метод использует расширенный спектр с подстройкой частоты. Здесь диапазон разделен на большое число узких частотных каналов и передатчик постоянно “скачет” с одной частоты на другую. Изменение частот работы производится 100-и раз в секунду. Приемное устройство изменяет частоты в том же порядке и учитывает время пребывания на каждой частоте. Последовательность перехода обычно выбирается так, чтобы соседние частотные каналы были разнесены на несколько МГц.
Аппаратные средства, в которых используется распределенный по спектру сигнал, позволяют генерировать сигналы проникающие, сквозь сооружения из наиболее распространенных стройматериалов, т.о. обеспечивая более высокую дальность связи. С помощью этого метода обеспечивается практически абсолютная помехоустойчивость и высокая надежность. Военные системы связи, 802.11 и Bluetooth.
Основным недостатком метода является относительно низкая скорость передачи и возможная электромагнитная совместимость с рядом расположенными ЛВС.
Микроволновые ЛВС
Передача в микроволновом диапазоне отличается тем, что на частотах свыше 100МГц радиоволны распространяются почти по прямой и могут быть сфокусированы в узкие пучки. Концентрация энергии в пучке при помощи параболической антенны приводит к улучшенному соотношению сигнал/шум (ослабление, дБ = 10Lg(Рпередачи/Рприема)). Но при этом антенны должны быть точно направлены друг на друга. Допускается установка нескольких параллельных приемопередатчиков на одной вышке без риска возникновения взаимных помех. До появления оптики это был основной междугородний вид связи. Микроволны распространяются строго по прямой, и чем выше ретрансляторы, тем большее расстояние сигнал может преодолеть. Максимально расстояние между передатчиками может быть рассчитано как квадратный корень из их высоты. В отличие от радиоволн микроволны не проходят через здания, но могут отражаться от атмосферных слоев. В результате отраженные волны запаздывают, отличаются по фазе и это приводит к подавлению сигнала. Это явление называется
многолучевым затуханием и является серьезной проблемой для микроволновых ЛВС.
Инфракрасные ЛВС
Существуют три разновидности инфракрасных ЛВС работающих в различных режимах:
1. Режим прямой видимости. Область применения - без физических препятствий. Дальность связи – до 30м, скорость передачи высокая.
2. Режим рассеянного излучения. В этом случае рассеянные сигналы, отражаясь от стен и потолка, охватывают площадь ≈ 30м2. Скорость передачи здесь не велика.
3. Режим отраженного излучения. В системах отраженного излучения оптические приемопередатчики, установленные рядом с ПК-станциями, направлены в одну общую точку (отражатель на потолке). Такие сети хорошо работают в помещении с высокими потолками. Показатели характеристик немного лучше, чем у сетей с рассеянным излучением.
Преимуществами таких ЛВС являются:
· хорошая скорость передачи, сравнимая с проводными ЛВС;
· более высокую степень безопасности связи.
Главный недостаток таких ЛВС:
· требование прямой видимости между источником и приемником сигнала.
2. Модель OSI
OSI модель, или модель стека протоколов TCP/IP, или модель открытых систем, или модель сетевого взаимодействия – это ядро, на котором управляется и взаимодействует любая современная сеть и подключенные к ней устройства. Поэтому её желательно знать всем тем, кто работает в «сетевой» индустрии. Без данных знаний даже в том же программировании будет достаточно тяжело.
Модели OSI позволяют взаимодействовать устройствам в компьютерной сети по определенным правилам и протоколам. Если раскрыть расшифровку аббревиатуры термина, то получится английская надпись: «Open Systems Interconnection Basic Reference Model», – что дословно можно перевести как: «Эталонная Модель Взаимодействия Открытых Систем». В модели существует 7 уровней, которые используются для передачи информации от одного устройства к другому.
Уровни
Представим себе, что у нас есть два компьютера. Один принадлежит Василию, а второй Диме. Они подключены к одной сети. Василий отправил письмо напрямую к Диме. Теперь встает вопрос – а как теперь это письмо передать по сетевому кабелю? Как мы можем вспомнить компьютер может понимать только одну информацию – нулей (0) и единиц (1).
Также и по кабелю мы не можем передать информацию в обычном буквенном виде. И то если письмо содержит только буквы. Тогда встает вопрос о том, чтобы как-то перевести данное письмо на второе устройство. Именно для этих целей и нужна эталонная модель OSI с 7 уровнями.
При отправке письма информация проходит 7 стадий от верхнего к нижнему уровню, чтобы перевести его в обычные биты. Далее эти биты передаются по кабелю к компьютеру Димы. И уже его устройство делает обратный процесс – перевод битов в понятное для человека письмо.
При этом чаще всего используются протоколы TCP/IP. Когда вы будете читать любую информацию по данной теме, смотреть таблицы, то помните, что сейчас используются именно протоколы модели TCP/IP. Те же протоколы, которые описаны в таблицах, есть, но они уже давно устарели и являются просто ознакомительной информацией.
Давайте взглянем на все уровни OSI 7, и вам станет немного понятнее, о чем я говорю:
-
Уровень 7 – Прикладной – application. -
Уровень 6 – Представительский – presentation. -
Уровень 5 – Сеансовый – session. -
Уровень 4 – Транспортный – transport. -
Уровень 3 – Сетевой – -
Уровень 2 – Канальный – data link. -
Уровень 1 – Физический – physical layer.
Нумерация идет сверху вниз от высокого до низшего уровня: от седьмого прикладного уровня до первого – физического.
Каждый уровень выполняет определенные цели для перевода информации из одного вида в другой. Также вы можете видеть, что информация передается в разном виде. Почти у каждого уровня есть свой PDU (protocol data unit) или единица измерения информационных данных. Например, на физическом (самом низком уровне) – это обычные биты или последовательность нулей и единиц, которые уже можно передавать по кабелю.
Почти каждый сетевой уровень оперирует своими протоколами данных. Можно посмотреть примерную последовательность перехода информации от одного вида PDU в другой:
-
С седьмого по пятый уровень – идет операция с данными. -
Далее на транспортном уровне данные переводятся в сегменты или дейтаграммы. -
На сетевом уровне они переводятся в пакеты. -
Далее идет перевод в кадры или фреймы. -
Ну и в самом конце вся информация переводится в обычные биты.
Также, исходя из таблицы, вы можете заметить два названия:
-
Media Layers (нижние уровни) – чаще всего уже используются в коммутаторах, маршрутизаторах, хабах – где идет задача передачи информации по кабелю. -
Host Layers (верхние уровни) – используются уже на самих устройствах: телефонах, планшетах, компьютерах, ноутбуках и т.д.
Это примерное разделение всех уровней на две градации. Самые интересные из уровней – это как раз класс «Media Layers», так как ими чаще всего и оперируют сетевые инженеры. И они же за них отвечают головой.
Принцип работы
Для удобства представления работы 7-ми уровней модели OSI давайте посмотрим на картинку ниже.
У нас есть два компьютера, которые на определенном уровне могут взаимодействовать только по протоколам. Можно сказать – это определенные вид данных, который понятен компьютерам на выделенном уровне. Например, на физическом уровне модели OSI используются протоколы, а данные передаются битами. На том же канальном уровне модели OSI информация передается кадрами используя свои протоколы.
Но для перевода информации от одного уровня к другому используются специальные службы. Также обратите внимание, что на транспортном уровне данные впервые разбиваются на сегменты. Каждый сегмент имеет «нумерованную» метку. Данная метка нужна, чтобы второе принимающее устройство поняло – в каком порядке склеивать эти сегменты, чтобы получить нужные данные. Далее на других уровнях идет разбиение на пакеты, кадры и в самом конце на биты. Пакеты, кадры также имеют свои очередные метки.
Немножко поподробнее о том, каким образом идет перевод информации с одного уровня на другой. Советую прям вникнуть в эту информацию, так как это нужно для понимания всей сути модели OSI. Если что-то будет непонятно, то прочтите её ещё раз или можете спросить меня какие-то нюансы ниже в комментариях. Чтобы было наглядно понятнее, давайте посмотрим на картинку ниже – тут представлена схема перевода информации к разному виду по всем уровням сетевой модели OSI.
-
Первые 3 верхних уровня: прикладной, представительский и сеансовый – оперируют данными почти в чистом виде. Поэтому про них говорить нет смысла. Но я напишу о них пару строк в самом конце статьи. -
Далее на транспортном уровне OSI с помощью служб данные переходят в Сегменты (Дейтаграммы). Посмотрите внимательно как это происходит. Идет разбиение на несколько сегментов. Каждому сегменту приписывается заголовок, которые нужен для того, чтобы знать в каком порядке нужно соединять данные сегменты в будущем. Можно сказать, что сегмент – это фрагмент данных с заголовком. -
На этом этапе из транспортного уровня сегменты переводятся в пакеты. Это происходит достаточно просто – каждому сегменты, приписывается свой заголовок пакета. Наверное, вы уже заметили, что наша информация растет в размерах. Как раз из-за дописания заголовков. В итоге пакеты имеют больший размер чем сегменты. -
Далее информация из пакетов переходит на нижележащий канальный уровень. И так давайте перечислим все то, что у нас тут есть:-
Сегменты – данные с заголовком сегмента. -
Заголовок пакета, который расположен выше сегмента. -
Заголовок кадра, который приписывается пакету. -
Подсчитывается контрольная сумма и приписывается каждой доле информации. Она необходима для того, чтобы принимающая информация поняла, что получила нужную информацию. В общем для проверки. Если контрольная сумма будет неправильной, то принимающий компьютер может запросить повторную отправку данных.
-
-
Ну и в самом конце все кадры будут переведены в биты и отправлены по кабелю.