Файл: Основные линии связи для компьютерных сетей.pdf

СМК Ф 7.5.0-01-34
МИНОБРНАУКИ
РОССИИ
федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Череповецкий государственный университет»
Череповец, 2021
Институт (факультет)
Институт Информационных Технологий
Кафедра
Информационной безопасности
Курсовая работа
по дисциплине:
Оптические и электрические линии связи на тему:
Основные линии связи для компьютерных сетей
Выполнил студент(ка) группы
группа
направления подготовки (специальности)
Инфокоммуникационные технологии и си- стемы связи
шифр, наименование
фамилия, имя, отчество
Руководитель
фамилия, имя, отчество
должность
Оценка _______________, _______________
количество баллов
Подпись преподавателя_________________

2
Содержание
Введение ......................................................................................................................................... 3
Глава I. Основные виды линий связи .......................................................................................... 4 1.1
Анализ информационных источников .......................................................................... 4 1.2
Кабельные линии связи .................................................................................................. 4 1.2.1
Коаксиальный кабель .............................................................................................. 4 1.2.2
Волоконно-оптический кабель ............................................................................... 6 1.2.3
Кабель типа «витая пара» ....................................................................................... 8 1.3
Беспроводные линии связи .......................................................................................... 10 1.4.1 Инфракрасные волны ................................................................................................. 10 1.4.2 Радиоволны, сигналы с узкополосным спектром .................................................... 11 1.4.3 Радиоволны, широкополосные сигналы .................................................................. 11
Глава II. Стандарты линий связи ............................................................................................... 13 2.1 Стандарты кабельной линии связи .................................................................................. 13 2.1.1 Стандарты коаксиальных кабелей ............................................................................ 13 2.1.2 Стандарты волоконно-оптического кабеля .............................................................. 14 2.1.3 Стандарты «витой пары» ........................................................................................... 15 2.1.4 Сравнение разных типов кабелей ............................................................................. 16 2.2 Стандарты беспроводной связи ....................................................................................... 18 2.2.1 Стандарты WLAN (Wi-Fi) ......................................................................................... 18 2.2.2 Стандарты WPAN (Zigbee) ........................................................................................ 19 2.2.3 Стандарты WPAN (Bluetooth) ................................................................................... 20 2.2.4 Сравнение стандартов беспроводных линий связи. ................................................ 21
Заключение ................................................................................................................................... 22
Литература ................................................................................................................................... 23

3
Введение
Связь является одним из самых главных факторов в современном мире. В наши дни почти везде используются различные способы передачи информации. Гуляя по улице вы должно быть замечаете столбы с линиями передач, или сидя дома вас могут окружать раз- личные кабеля от домашнего телефона или же интернет-модема. О видах этих связей и будет рассказано в данной курсовой работе.
Цель: детальное изучение сфер применения линий связи в компьютерных сетях и их стандартов.
Задачи:
1.
Анализ информационных источников
2.
Перечисление основных линий связи
3.
Рассмотрение существующих стандартов для всех видов связи
Объект:
Линии связи
Предмет:
Стандарты линий связи

4
Глава I. Основные виды линий связи
1.1 Анализ информационных источников
Данные из 2 и 3 пункта были взяты из Современные информационные каналы и системы связи : учебник / В. А. Майстренко, А. А. Соловьев, М. Ю. Пляскин, А. И. Тихо- нов ; Омский государственный технический университет, Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ), Академия военных наук Российской
Федерации. – Омск : Омский государственный технический университет (ОмГТУ), 2017. –
452 с. : табл., граф., схем., ил.
Информация из 4 пункта была взята из Скляров, О. К. Волоконно-оптические сети и системы связи : учебное пособие : [16+] / О. К. Скляров. – Москва : СОЛОН-ПРЕСС,
2009. – 266 с.
Данные для 2 главы были взяты из стандарта IEEE 802.
1.2 Кабельные линии связи
Кабельные каналы имеют довольно сложную структуру. Кабель состоит из про- водников, заключенных в несколько слоев изоляции. В компьютерных сетях используют три типа кабелей:

Коаксиальный кабель

Оптоволоконный кабель

«Витая пара»
1.2.1 Коаксиальный кабель
Изначально коаксиальный кабель использовался для передачи сигнала от обще- ственных телевизионных антенн непосредственно к телевизорам. В последствие его стали широко применять в кабельном телевидении, компьютерных сетях, системах видеона- блюдения и прочих инженерных радиотехнических комплексах.

5
Рисунок 1. Строение коаксиального кабеля
Состав кабеля:

медная жила, заключѐнная в изоляцию;

металлическая экранирующая оплѐтка;

внешняя оболочка.
Коаксиальный кабель представляет собой тип медного кабеля, специально со- зданного с металлическим экраном и другими компонентами, спроектированными для блокировки помех сигнала. Вкратце, это электрический кабель, состоящий из располо- женных соосно центрального проводника и экрана. Коаксиальный кабель состоит из внут- реннего проводника, изоляции, внешнего проводник экрана и оболочки. Благодаря тому что оси у обоих совпадают электромагнитное поле полностью сосредоточено между про- водниками в изоляции и не выходит за пределы кабеля, это исключает потери энергии на излучение и защищает кабель от внешних электромагнитных наводок. Основное назначе- ние коаксиального кабеля - передача высокочастотного сигнала в различных областях техники: системах связи, сетях совещания, антенных системах, системах управления из- мерения контроля, видеонаблюдения, а также системах сигнализации.
Коаксиальный кабель классифицируется по волновому сопротивлению, чаще все- го он бывает номиналов 50-75 Ом, реже 100-150 Ом и 200 Ом, а также встречаются кабеля с ненормированным волновым сопротивлением. Маркируется коаксиальный кабель сле- дующим обозначением RG11, RG8 так называемые «толстый» Ethernet 75-50 Ом. В насто- ящее время практически не используется. RG58 «тонкий» Ethernet с волновым сопротив- лением 50 Ом имеет три разновидности:

RG58U со сплошным центральным проводником

RG58A/U с многожильным центральным проводником

6

И RG58C/U – военный кабель
Коаксиальный кабель в основном используется компаниями кабельного телеви- дения для подключения своих спутниковых антенн к домам клиентов и предприятиям.
Также иногда телефонные компании используют для подключения центральных офисов к телефонным столбам рядом с клиентами. В некоторых домах и офисах используется коак- сиальный кабель, но его широкое использование в качестве среды Ethernet-подключения на предприятиях и в центрах обработки данных было заменено развертыванием кабелей с витой парой.
В последние годы коаксиальные кабели стали важным компонентом нашей ин- формационной супермагистрали. Они находятся в самых разнообразных жилых, коммер- ческих и промышленных установках. Из широковещательной сети, телевизионного теле- визионного вещания (CATV), локальной сети (LAN), телевидения с замкнутым контуром
(CCTV) во многие другие приложения, коаксиальный кабель заложил основу для простой и экономичной коммуникационной инфраструктуры.
1.2.2 Волоконно-оптический кабель
Волоконно-оптический кабель - это кабельное изделие, в котором полезные сиг- налы передаются по оптическим волокнам (ОВ), а не по медным жилам. Передача инфор- мации осуществляется в оптическом формате при помощи светового излучения.
В конструкцию ВОК входят от двух до нескольких сотен оптоволокон, количе- ство которых зависит от назначения оптоволоконного кабеля. Оптоволокно производится из разных типов кварцевого стекла с добавлением определенных легирующих материалов, которые изменяют коэффициент преломления светового луча.

7
Рисунок 2. Волоконно-оптический кабель в разрезе
Оптоволокно - это специальный материал, имеющий специальную структуру ис- пользующую свет, как переносчик данных. Оптоволоконные кабели используют в первую очередь для передачи информации. Одни из основных сфер применения волоконно- оптического кабеля это телекоммуникации и интернет. Суть работы кабеля заключается в том, что в качестве переносчика информации в оптоволоконных кабелях используют свет, а свет, как известно, движется с очень высокой скоростью. Под внутренней оболочкой находится оптическое волокно и оно может состоять из разных материалов таких, как стекло, пластик или различные полимеры. По этим полимерам и движется свет. Благодаря этому свет не рассеивается, за счѐт чего скорость передачи сигнала будет очень высокой, и сама передача может происходить на большие расстояния. Для того чтобы всѐ работало, оболочка должна иметь показатель преломления чуть меньше чем показатель преломле- ния сердцевины из стекла. Оболочку покрывают различными химикатами, чтобы снизить показатель преломления. В итоге когда свет будет попадать на систему под нужным уг- лом, вместо тог чтобы пройти сквозь оболочку он будет полностью отражѐн. Но так как везде имеются свои изъяны, сигнал в длинном оптоволокне, будет рассеиваться. Чтобы исправить это на местах рассеивания света, применяют ретрансляторы либо ещѐ лучше усилители.
Волоконно-оптические кабели подразделяются по количеству мод на 2 подгруппы
1)
Одномодовое волокно
Одномодовое оптоволокно (одномод) или SingleMode (SM) – способность переда- чи только одной моды(одного светового несущего сигнала). Поскольку такое волокно имеет сердечник диаметром 10 мкм и меньше (очень тонкий), при передаче сигнала

8 наблюдается меньшая модовая дисперсия. Это позволяет передавать сигнал на большие расстояния, не используя повторители. Однако одномодовое оптоволокно и сопутствую- щие его компоненты приема-передачи оптического сигнала стоят дороже.
В цифрах: пропускная способность одномодового оптоволокна - 10 Гбит/с и бо- лее.
2)
Многомодовое волокно
Многомодовое оптоволокно (многомод) или MultiMode (MM) – способность пе- редачи нескольких независимых световых сигналов (мод), которые различаются фазами или длинами волн. Однако это требует большего диаметра сердечника, а с увеличением диаметра сердечника световода увеличивается вероятность отражения света от внешней поверхности сердечника. Возникает модовая дисперсия, иначе говоря – рассеивание. В результате уменьшается расстояние и пропускная способность между повторителями сиг- нала.
В цифрах: пропускная способность многомодового оптоволокна - до 2,5 Гбит/с.
Рисунок 3. Одномодовое и многомодовое волокно в разрезе
На сегодняшний день оптические волокна очень широко применяются. Самая большая пропускная способность среди всех других конкурентов. Но есть и недостатки: это стоимость кабеля и невозможность согнуть кабель из-за его хрупкости.
1.2.3 Кабель типа «витая пара»
Кабель «витая пара» нашѐл широкое распространение как в телекоммуникацион- ной области так и в других промышленных областях для коммуникации различного обо- рудования для передачи цифрового сигнала. «Витая пара» представляет из себя скручен-

9 ные между собой два провода. В кабеле «витая пара» объединяется по несколько таких пар, как правило, это 2 витые пары, 4 витые пары, 8 витых пар и так далее. Бывают даже кабели со 100 витыми парами, но они не получили столь широкого распространения. Са- мые распространѐнные «витые пары» это 2 витые пары и 4 витые пары. Используются они, как правило, для прокладки локальных сетей. Таблица 1. Категории "витой пары"

3 категория – используется она для прокладки телефонных сетей

5 и 5е категория – используется для прокладки локальных интернет-сетей до
100 Мбит

6 категория – они выдерживают передачу сигнала до 250 МГц и использует- ся для прокладки сетей до 10 Гбит/с передачи сигнала.
Для обеспечения защиты от электромагнитных помех применяю экранировние кабеля фольгой и металлической оплеткой. Отличие UTP от FTP состоит в наличии экра- нирования у второго типа обозначения. В зависимости от того какого вида экранирование применено в кабеле, разделяют следующие типы обычной и защищенной витой пары:

10
U/UTP. Нет общего экранирования (U), витые пары неэкранированные (UTP);
F/UTP. Общее экранирование из фольги (F), витые пары неэкранированные
(UTP);
SF/UTP. Общее экранирование из оплетки (S) и общий экран из фольги (F), витые пары неэкранированные (UTP);
S/FTP. Общее экранирование с оплеткой (S), витые пары защищены фольгой
(FTP);
F/FTP. Общее экранирование из фольги (F), витые пары также экранированы фольгой (FTP);
U/FTP. Без общего экранирования, витые пары защищены фольгой (FTP).
1.3 Беспроводные линии связи
Если по каким-либо причинам соединить компьютеры кабелем не представляется возможным, или сильно затруднено, может оказаться полезным применение беспровод- ных технологий. Беспроводные сети в основном используют три технологии передачи данных: передача в инфракрасном диапазоне, передача данных с помощью широкополос- ных радиосигналов и передача данных с помощью обычных (“узкополосных”) радиосиг- налов.
1.4.1 Инфракрасные волны
Инфракрасные каналы работают в диапазоне высоких частот вплоть до 1000 ГГц, где сигналы мало подвержены влиянию электромагнитных помех, следовательно, переда- ча данных может осуществляться на высокой скорости.
Существует три основных типа инфракрасных каналов: прямой видимости (прие- мопередатчики направлены друг на друга), рассеянного излучения (волны отражаются от пол, стен, потолка помещения) и отраженного излучения (приемопередатчики направлены на общий отражатель). Основная проблема таких каналов – поглощение и рассеивание инфракрасных волн в атмосфере, сильная зависимость от погодных условий. Даже лист бумаги, случайно оказавшийся между передатчиком и приемником, может полностью блокировать передачу данных.

11
Использование ненаправленной антенны и маломощного передатчика (100 мВт) ограничивает дальность связи до 30-50 м. Направленная антенна и более мощный пере- датчик (250 мВт) увеличивают возможную дальность связи до 10 км.
Выпускается оборудование для организации высокоскоростных инфракрасных каналов (до 155 Мбит/c) при дальности связи до 150 м.
1.4.2 Радиоволны, сигналы с узкополосным спектром
Обычный радиосигнал занимает узкую полосу радиоспектра вблизи несущей ча- стоты. Для надежного приема такой сигнал должен обладать значительной энергией.
Мощный сигнал, с одной стороны, является сильным источником помех, а с другой – сам сильно подвержен влиянию внешних помех.
В узкополосных системах связи используется полоса частот в диапазоне 18-19
ГГц. Сигнал на этой частоте не может проникать через стены (металлические и бетонные).
Для организации компьютерных сетей узкополосные системы практически не применяют- ся.
1.4.3 Радиоволны, широкополосные сигналы
Организация радиоканала, как правило, осуществляется в диапазонах частот око- ло 900 МГц, 2.4 ГГц и 5.7 ГГц.
Широкополосный (spreadspectrum) сигнал занимает значительно более широкий частотный диапазон, чем тот, что потребовался бы при обычной передаче. Для расшире- ния спектра используются две основные технологии, основанные на использовании псев- дослучайного (шумоподобного) кодирования сигнала. Обе технологии лежат в основе стандарта IEEE802.11.
Первый способ формирования широкополосного сигнала – метод частотных скач- ков (FrequencyHoppingSpreadSpectrum, FHSS). Весь выделенный диапазон частот разбива- ется на несколько поддиапазонов (IEEE802.11 определяет для FHSS разбиение на 79 под- диапазонов). Передатчик постоянно переходит с одного поддиапазона на другой: напри-