Файл: Основные линии связи для компьютерных сетей.pdf

12 мер, первый бит передается в первом поддиапазоне, второй – в 12, третий – в 7, четвертый
– в 53 и т.д. Ясно, что, не зная последовательности и частоты переключения диапазонов, сигнал принять невозможно. Каждая пара приемник – передатчик должна работать на со- гласованной последовательности поддиапазонов. Кроме того, если в одной полосе одно- временно работают несколько передатчиков с разными последовательностями переклю- чения поддиапазонов, то они практически не мешают друг другу. Вероятность случайного совпадения используемых поддиапазонов в некоторый момент времени (и, соответствен- но, порчи данных) достаточно невелика, так что такие ошибки могут обрабатываться про- токолами более высокого уровня.
Второй способ называется методом прямой последовательности
(DirectSequenceSpreadSpectrum, DSSS). При передаче в каждый блок данных встраиваются пустые биты (с псевдослучайными – шумоподобными – значениями). После каждого ин- формационного бита добавляется свое количество пустых битов. Получаемые последова- тельности битов в DSSS называются чипами. Каждый чип затем передается на своей ча- стоте (IEEE802.11 определяет для DSSS11 несущих частот). Восстановление сигнала осу- ществляется с помощью специального процессора, выделяющего данные из шума с по- мощью коррелятора.
При использовании миниатюрных ненаправленных антенн возможна передача данных на расстояние до нескольких десятков метров (30-50 м). Максимальная дальность связи при работе со всенаправленной антенной достигает 8 км. Направленные антенны (в условиях прямой видимости) позволяют увеличить дальность связи до 10 км, а с исполь- зованием усилителей – до 50 км. Наиболее распространенное в настоящее время оборудо- вание обеспечивает пропускную способность в 2 Мбит/с, хотя встречаются и более высо- коскоростные (например, 4 Мбит/c) устройства.
Расширение спектра частот позволяет значительно уменьшить мощность источ- ника сигналов (типичное значение выходной мощности – 30..50 мВт). Радиосигнал с рас- пределенным спектром обладает высокой помехоустойчивостью и надежностью, он спо- собен проникать сквозь здания и другие сооружения, что обеспечивает относительно большую дальность связи (для беспроводных сред). Однако при этом достигается относи- тельно низкая скорость передачи. К недостаткам таких каналов относится и возможная электромагнитная несовместимость отдельных сетей, расположенных недалеко друг от друга

13
Глава II. Стандарты линий связи
2.1 Стандарты кабельной линии связи
2.1.1 Стандарты коаксиальных кабелей
Стандарт 10BASE5 (Толстый Ethernet)
Таблица 2. Характеристики 10BASE5
Параметр
Значение
Волновое сопротивление
50 Ом
Наружный диаметр кабеля
10 мм
Диаметр центрального проводника
2 мм
Максимальная длина сегмента
500 м
Максимальное число станций в сети
1024
Максимальное число станций в сегменте
100
Минимальное расстояние между станциями
0.8 м
Макс. число репитеров между станциями
2
Это жѐсткий кабель с жѐсткой центральной жилой, пористым изолирующим за- полнителем, защитным плетѐным экраном и защитной оболочкой. Кабель должен прокла- дываться единым цельным сегментом, T-образных связей не допускается.
Преимущества 10Base5
Толстые сети имеют по сравнению с тонкими два больших преимущества:

большее допустимое расстояние без применения повторителей;

большее допустимое количество узлов (компьютеров) на сегмент.
Преимуществом толстых (и тонких) коаксиальных кабелей по сравнению с не- экранированной витой парой является относительно меньшая чувствительность к элек-тромагнитным помехам, обусловленная наличием внешнего защитного экрана.
Недостатки 10Base5
Из-за малой гибкости кабеля толстую сеть труднее устанавливать, чем тонкую.
Кроме того, для добавления в сеть узлов (компьютеров) в кабеле нужно просверливать отверстие, необходимое для установки разъема "зуб вампира".
Установка толстой сети обходится относительно дорого. Не только потому, что толстый кабель стоит дороже тонкого или неэкранированной витой пары, но и потому, что для каждого сетевого компьютера нужно покупать дополнительное оборудование (тран- сивер и трансиверный кабель).
Стандарт 10BASE2 (Тонкий Ethernet)
Таблица 3. Характеристики 10BASE2

14
Параметр
Значение
Волновое сопротивление
50 Ом
Наружный диаметр кабеля
5 мм
Диаметр центрального проводника
1 мм
Максимальная длина сегмента
185 м
Максимальное число станций в сети
1024
Максимальное число станций в сегменте
30
Минимальное расстояние между станциями
0.5 м
Макс. число репитеров между станциями
2
Основными активными компонентами сети 10 Base 2 являются повторители – ре- питеры, которые обеспечивают возможность объединения нескольких физических сег- ментов в один логический сегмент.
Преимущества 10Base2
Сеть 10Base2 легко установить и конфигурировать. Поэтому эта архитектура хо- ро-шо подходит для небольших временных сетей, например в классных комнатах, где сеть нужно периодически снимать и устанавливать. В сети 10Base2 используется меньше кабе- ля, чем в 10BaseT Тонкий кабель сети 10Base2 дешевле, чем толстый ка-бель, используе- мый в 10Base5. В топологии 10Base2 не нужны дополнительные ком-поненты, такие как концентраторы или внешние трансиверы. Поэтому установка сети 10Base2 обходится до- вольно дешево.
Недостатки 10Base2
К сожалению, топология 10Base2 не предназначена для больших сетей из-за огра- ничений на длину сегмента кабеля и количество узлов на сегмент. К тому же пропу-скную способность 10 Мбит/с сегодня вряд ли уже можно считать высокой.
2.1.2 Стандарты волоконно-оптического кабеля
Стандарт 100BASE FX
Таблица 4. Характеристики 100BASE FX
Параметр
Значение
Скорость передачи
100 Мбит/с
Максимальная длина сегмента
2 км – одномод, 400 м - многомод
Стандарт 100BASE SX
Таблица 5. Характеристики 100BASE SX
Параметр
Значение
Скорость передачи
100 Мбит/с
Максимальная длина сегмента
300 м

15
Стандарт 1000BASE LX
Таблица 6. Характеристики 1000BASE LX
Параметр
Значение
Скорость передачи
1000 Мбит/с
Максимальная длина сегмента
5 км – одномод, 550 м - многомод
1000BASE LX предназначен в основном для подключения высокоскоростных концентраторов, Ethernet коммутаторов и маршрутизаторов вместе в разных кабельных шкафах или зданиях, использующих движение длинных кабелей, и разработан для под- держки дальних многомодовых магистральных волокон и одномодовых кампусных маги- стралей.
2.1.3 Стандарты «витой пары»
Стандарт 10BASE T
Таблица 7. Характеристики 10BASE T
Параметр
Значение
Максимальная длина сегмента
100 м
Максимальное число станций в сегменте
2
Тип используемого соединителя
RG45
Категория сетевых компонентов
3 и выше
Макс. число репитеров между станциями
2
Для обеспечения информационного обмена в технологии 10 Base T используются две неэкранированные витые пары (unshielded twisted pair - UTP). Одна пара служит для передачи данных, другая – для приема.
Сеть 10 Base T имеет топологию типа «звезда». В сегменте этой сети может нахо- диться только два устройства – обычно это рабочая станция и повторитель (репитер, хаб).
Поскольку каждый компонент сети 10 Base T использует отдельные сигнальные пары для передачи и приема информации, факт возникновения коллизии в этой сети регистрируется в момент, когда передающая станция обнаруживает появление сигнала SFD на линии принимаемых данных.
В технологии 10 Base T возможно использование двух режимов информационно- го обмена:

Полудуплексный режим (передача и приѐм данных не осуществляется одно- временно)

Полнодуплексный режим (передача и приѐм данных осуществляется одно- временно)

16
В полнодуплексном режиме производительность сети повышается вдвое.
Стандарт 100BASE TX
Таблица 8. Характеристики 100BASE TX
Параметр
Значение
Скорость передачи
100 Мбит/с
Максимальная длина сегмента в метрах
100 м
Среда передачи
Витая пара UTP Cat. 3,4,5
Сигнальная схема
4B/5B
Битовое кодирование
MLT-3
Число витых пар
2 витых пары
Стандарт 100BASE T4
Таблица 9. Характеристики 100BASE T4
Параметр
Значение
Скорость передачи
100 Мбит/с
Максимальная длина сегмента в метрах
100 м
Среда передачи
Витая пара UTP Cat.5 (5e)
Сигнальная схема
8B/6T
Битовое кодирование
MLT-3
Число витых пар
4 витых пары
2.1.4 Сравнение разных типов кабелей

Пропускная способность, дистанция и скорость
Коаксиальный кабель и витая пара - провода из меди или на основе меди, покры- тые изолирующим слоем из других материалов. Они оба могут использоваться в телеви- дении и телефонии, для передачи данных в виде электрических сигналов. В то время, как оптоволоконный кабель может передавать те же типы данных с более широкой пропуск- ной способностью, быстрой скоростью и высокой частотой. Он сделан из очень тонкой и гибкой стеклянной или пластиковой трубки.
Таблица 10. Сравнение кабелей по скорости, пропускной способности и макси- мальной дистанции
Тип кабеля
Скорость
Пропуская Спо- собность
Дистанция оптоволоконный ка- бель
10/100/1000Mbps,
10/40/100/200Gbps
До 4700MHz
До 80km

17 витая пара
До 10Gbps
До 4700MHz
До 100m
Коаксиальный кабель
—
750MHz (де- фолт)
До 500m

Таблица 11. Сравнение кабелей по стоимости

Стоимость
Тип кабеля
Описание
Цена оптоволоконный кабель
50ft LC-
LC дуплексные 9/125 одномодо- вые оптические патч-корды
372.00 руб витая пара
50ft 24AWG патч-корд Cat.6 UTP с Snag- less Boot
713.00 руб
Коаксиальный кабель
50ft RG6 цифровой экранированный ко- аксиальный кабель
855.00 руб
Из данной таблицы видно, что цена на оптоволоконный кабель наиболее низкая при одной и той же длине.

Установка
Хотя оптоволоконные кабели имеют большие преимущества с точки зрения гиб- кости полосы пропускания и надежности, они не так широко распространены, как коакси- альные кабели или кабели витая пара. Оптоволокно более хрупкое и тонкое, чем кабели других двух типов, что требует осторожности в процессе его установки, использования и технического обслуживания. По сравнению с кабелем витая пара, коаксиальный кабель может передавать данные на более дальние расстояния. Но из-за диэлектрического изоля- тора, окружающего медную сердцевину, коаксиальный кабель более сложен в установке и техническом обслуживании.

Использование
Оптоволоконные кабели используются не только для передачи данных на дальние расстояния между городами и странами, но также для сетей прямого доступа пригород- ных районов (такие как FTTH, FTTP, FTTB, FTTC и т.д.), известных также как инсталля- ции «последней мили». Они также широко используются в дата-центрах, где необходимо передавать большой объем данных.
Кабели витая пара используются в основном в телефонных сетях, для передачи данных. Применение коаксиальных кабелей включает линии подачи, соединяющие ра-

18 диопередатчики и приемники с антеннами, компьютерные сети (Интернет), цифровое аудио (S/PDIF) и распределительные кабели для передачи телевизионных сигналов. Они также используются для соединения медиа интерфейсов высокой четкости.
2.2 Стандарты беспроводной связи
2.2.1 Стандарты WLAN (Wi-Fi)
Существует несколько разновидностей WLAN-сетей, которые различаются схе- мой организации сигнала, скоростями передачи данных, радиусом охвата сети, а также характеристиками радиопередатчиков и приемных устройств. Наибольшее распростране- ние получили беспроводные сети стандарта IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n,
IEEE 802.11ac и другие.
Стандарт Wi-Fi 802.11b
Стандарт 802.11b основан на методе широкополосной модуляции с прямым рас- ширением спектра (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS). Весь рабочий диапазон де- лится на 14 каналов, разнесенных на 25 МГц для исключения взаимных помех. Данные передаются по одному из этих каналов без переключения на другие. Возможно одновре- менное использование всего 3 каналов. Скорость передачи данных может автоматически меняться в зависимости от уровня помех и расстояния между передатчиком и приемни- ком.
Стандарт IEEE 802.11b
Стандарт реализует максимальную теоретическую скорость передачи 11 Мбит/с, что сравнимо с кабельной сетью 10 BaseT Ethernet. Следует учитывать, что такая скорость возможна при передаче данных одним WLAN-устройством. Если в среде одновременно функционирует большее число абонентских станций, то полоса пропускания распределя- ется между всеми и скорость передачи данных на одного пользователя падает.
Стандарт Wi-Fi 802.11a
В стандарте 802.11a применяется схема модуляции сигнала - мультиплексирова- ние с разделением по ортогональным частотам. Основной поток данных разделяется на несколько параллельных субпотоков с относительно низкой скоростью передачи, и затем для их модуляции применяется соответствующее число несущих. Стандартом определены три обязательные скорости передачи данных (6, 12 и 24 Мбит/с) и пять дополнительных
(9, 18, 24, 48 и 54 Мбит/с). Также имеется возможность одновременного использования двух каналов, что повышает скорость передачи данных в 2 раза.
Стандарт Wi-Fi 802.11g

19
Стандарт 802.11g окончательно был утверждѐн в июне 2003г. Он является даль- нейшим усовершенствованием спецификации IEEE 802.11b и реализует передачу данных в том же частотном диапазоне. Главным преимуществом этого стандарта является повы- шенная пропускная способность - скорость передачи данных в радиоканале достигает 54
Мбит/с по сравнению с 11 Мбит/с у 802.11b. Как и IEEE 802.11b, новая спецификация функционирует в диапазоне 2,4 ГГц, однако для повышения скорости используется та же схема модуляции сигнала, что и в 802.11a - ортогональное частотное мультиплексирова- ние (OFDM).
Стандарт 802.11g совместим с 802.11b. Так адаптеры 802.11b могут работать в се- тях 802.11g (но при этом не быстрее 11 Мбит/с), а адаптеры 802.11g могут снижать ско- рость передачи данных до 11 Мбит/с для работы в старых сетях 802.11b.
Стандарт Wi-Fi 802.11n
Стандарт 802.11n был ратифицирован 11 сентября 2009. Он увеличивает скорость передачи данных практически в 4 раза по сравнению с устройствами стандартов 802.11g
(максимальная скорость которых равна 54 Мбит/с), при условии использования в режиме
802.11n с другими устройствами 802.11n. Максимальная теоретическая скорость передачи данных составляет 600 Мбит/с, применяя передачу данных сразу по четырѐм антеннам. По одной антенне – до 150 Мбит/с.
Устройства 802.11n функционируют в частотных диапазонах 2,4 – 2,5 или 5,0
ГГц.
Увеличение скорости передачи в стандарте IEEE 802.11n достигается за счет: удвоения ширины канала с 20 до 40 МГц, а также вследствие реализации технологии
MIMO.
Стандарт Wi-Fi 802.11ac
Стандарт 802.11ас представляет собой дальнейшее развитие технологий, введен- ных в стандарт 802.11n. В спецификациях устройства стандарта 802.11ас отнесены к клас- су VHT (Very High Throughput) – с очень высокой пропускной способностью. Сети стан- дарта 802.11ас работают исключительно в диапазоне 5 ГГц. Полоса радиоканала может составлять 20, 40, 80 и 160 МГц. Возможно также объединение двух радиоканалов 80 + 80
МГц.
2.2.2 Стандарты WPAN (Zigbee)
ZigBee использует PHY и MAC-уровни, определенные в стандарте IEEE 802.15.4. ZigBee реализует функции канального, сетевого уровня и уровня поддержки приложений. Реали- зация разных типов устройств в зависимости от требуемой функциональности (RFD и
FFD)

20
Таблица 12. Стандарт 802.15.4
Стандарт: 802.15.4
Скорость: 250 Кбит/с
TX: 30-35 mA
Standby: <3 µA
Максимальный размер передаваемой информации: 32-60 kb
Удалѐнное управление и слежение
Permanent Mesh networking
2.2.3 Стандарты WPAN (Bluetooth)
Таблица 13. Стандарт 802.15.1
Стандарт: 802.15.1
Скорость: 1 Мбит/с
TX: 40 mA
Standby: 200 µA
Максимальный размер передаваемой информации: 100+ kb
Телеком аудио, небольшой файл Xfer
Ad Hoc Point to multi-point

21 2.2.4 Сравнение стандартов беспроводных линий связи.
Таблица 14. Сравнение стандартов Zigbee, Wi-Fi и Bluetooth

22
Заключение
Сегодня в компьютерных сетях используются практически все описанные в кур- совой работе типы сред передачи данных. Наиболее востребованными пока все-таки яв- ляются волоконно-оптические сети, как быстрая и ѐмкая, хотя прокладка таких сетей об- ходится дороже, да и сложнее при стыковке (соединении кабелей) .
Прокладывая волоконно-оптическую связь, потребитель услуги получает воз- можность резко увеличивать объем передаваемой информации, это связано с тем, что во- локонно-оптические системы передачи имеют более широкую полосу пропускания.
Так же привлекательной средой является и витая пара. Она характеризуется от- личным соотноше-нием качества к стоимости, а также простотой монтажа. С помощью этой связи хорошо работают абоненты сетей на расстояниях до 100 метров от концентра- тора.
В перспективе бизнесу, государству и обычным людям нужна все более надеж- ная, быстрая и не дорогая связь. И телеком-индустрии приходится соответствовать требо- ваниям.
Помимо перечисленных технологий связи, являющих- ся наиболее используемыми и перспективными, на сегодняшний день используются та- кие виды связи, как спутниковая, радиосвязь и IP-телефония.. Спутнико- вая связь применяется правительственными и военными структурами, телекоммуникаци- онными компаниями и СМИ – это надежный, качественный вид связи, доступный прак- тически везде, но пока довольно дорогой.

23
Литература
Основная литература:
1)
Удовкин, В. Л. Системы и сети связи с подвижными объектами : учебное пособие / В. Л. Удовкин ; Тамбовский государственный технический уни- верситет. – Тамбов : Тамбовский государственный технический университет
(ТГТУ), 2012. – 79 с. : ил.
2)
Современные информационные каналы и системы связи : учебник /
В. А. Майстренко, А. А. Соловьев, М. Ю. Пляскин, А. И. Тихонов ; Омский госу- дарственный технический университет, Сибирский государственный автомобиль- но-дорожный университет (СибАДИ), Академия военных наук Российской Феде- рации. – Омск : Омский государственный технический университет (ОмГТУ), 2017.
– 452 с. : табл., граф., схем., ил.
3)
Скляров, О. К. Волоконно-оптические сети и системы связи : учебное пособие : [16+] / О. К. Скляров. – Москва : СОЛОН-ПРЕСС, 2009. – 266 с.
Дополнительная литература:
1)
IEEE 802 2)
Волоконно-оптические линии связи и телекоммуникационные систе- мы передачи на железнодорожном транспорте : учеб.-метод. пособие по дисци- плине «Многоканальные системы передачи информации» / Н. Ф. Семенюта, П. М.
Буй ; М-во образования Респ. Беларусь, Белорус. гос. ун-т трансп. – Гомель : Бел-
ГУТ, 2012. – 205 с.