Каналы связи (КС) служат для передачи сигнала и являются общим звеном любой системы передачи информации.

По физической природе каналы связи подразделяются на механические, используемые для передачи материальных носителей информации, акустические , оптические и электрические , передающие соответственно звуковые, световые и электрические сигналы.

Электрические и оптические каналы связи в зависимости от способа передачи сигналов можно подразделить на проводные, использующие для передачи сигналов физические проводники (электрические провода, кабели, световоды), и беспроводные, использующие для передачи сигналов электромагнитные волны (радиоканалы, инфракрасные каналы).

По форме представления передаваемой информации каналы связи делятся на аналоговые , по которым информация передается в непрерывной форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины, и цифровые, передающие информацию, представленную в виде цифровых (дискретных, импульсных) сигналов различной физической природы.

В зависимости от возможных направлений передачи информации каналы связи подразделяются на симплексные, позволяющие передавать информацию только в одном направлении; полудуплексные , обеспечивающие попеременную передачу информации как в прямом, так и в обратном направлениях; дуплексные , позволяющие вести передачу информации одновременно в прямом и обратном направлениях.

Каналы связи бывают коммутируемые , которые создаются из отдельных участков (сегментов) только на время передачи по ним информации, а по окончании передачи такой канал ликвидируется (разъединяется), и некоммутируемые (выделенные), создаваемые на длительное время и имеющие постоянные характеристики по длине, пропускной способности, помехозащищенности.

Широко используемые в автоматизированных системах обработки информации и управления электрические проводные каналы связи различаются по пропускной способности:

низкоскоростные, скорость передачи информации в которых от 50 до 200 бит/с. Это телеграфные каналы связи, как коммутируемые (абонентский телеграф), так и некоммутируемые;

среднескоростные, использующие аналоговые (телефонные) каналы связи; скорость передачи в них от 300 до 9600 бит/с, а в новых стандартах V.32 - V.34 Международного консультативного комитета по телеграфии и телефонии (МККТТ) и от 14400 до 56 000 бит/с;

высокоскоростные (широкополосные), обеспечивающие скорость передачи информации свыше 56 000 бит/с.

Для передачи информации в низкоскоростных и среднескоростных КС физической средой обычно являются проводные линии связи: группы либо параллельных, либо скрученных проводов, называемых витая пара. Она представляет собой изолированные проводники, попарно свитые между собой для уменьшения как перекрестных электромагнитных наводок, так и затухания сигнала при передаче на высоких частотах.

Для организации высокоскоростных (широкополосных) КС используются различные кабели:

Экранированные с витыми парами из медных проводов;

Неэкранированные с витыми парами из медных проводов;

Коаксиальные;

Оптоволоконные.

STP-кабели (экранированные с витыми парами из медных проводов) имеют хорошие технические характеристики, но неудобны в работе и дороги.

UTP-кабели (неэкранированные с витыми парами из медных проводов) довольно широко используются в системах передачи данных, в частности в вычислительных сетях.

Выделяют пять категорий витых пар: первая и вторая категории используются при низкоскоростной передаче данных; третья, четвертая и пятая - при скоростях передачи соответственно до 16,25 и 155 Мбит/с. Эти кабели обладают хорошими техническими характеристиками, сравнительно недороги, удобны в работе, не требуют заземления.

Коаксиальный кабель представляет собой медный проводник, покрытый диэлектриком и окруженный свитой из тонких медных проводников экранирующей защитной оболочкой. Скорость передачи данных по коаксиальному кабелю довольно высокая (до 300 Мбит/с), но он недостаточно удобен в работе и имеет высокую стоимость.

Оптоволоконный кабель (рис. 8.2) состоит из стеклянных или пластиковых волокон диаметром несколько микрометров (свето-ведущая жила) с высоким показателем преломления п с, окруженных изоляцией с низким показателем преломления n 0 и помещенных в защитную полиэтиленовую оболочку. На рис. 8.2, а показано распределение показателя преломления по сечению оптоволоконного кабеля, а на рис. 8.2, б - схема распространения лучей. Источником излучения, распространяемого по оптоволоконному кабелю, является светодиод или полупроводниковый лазер, приемником излучения - фотодиод, который преобразует световые сигналы в электрические. Передача светового луча по волокну основана на принципе полного внутреннего отражения луча от стенок световедущей жилы, за счет чего обеспечивается минимальное затухание сигнала.

Рис. 8.2. Распространение лучей по оптоволоконному кабелю:

а - распределение показателя преломления по сечению оптоволоконного кабеля;

б - схема распространения лучей

Кроме того, оптоволоконные кабели обеспечивают защиту передаваемой информации от внешних электромагнитных полей и высокую скорость передачи до 1000 Мбит/с. Кодирование информации осуществляется с помощью аналоговой, цифровой или импульсной модуляции светового луча. Оптоволоконный кабель достаточно дорогой и используется обычно лишь для прокладки ответственных магистральных каналов связи, например, проложенный по дну Атлантического океана кабель связывает Европу с Америкой. В вычислительных сетях оптоволоконный кабель используется на наиболее ответственных участках, в частности, в Internet. По одному толстому магистральному оптоволоконному кабелю можно одновременно организовать несколько сотен тысяч телефонных, несколько тысяч видеотелефонных и около тысячи телевизионных каналов связи.

Высокоскоростные КС организуются на базе беспроводных радиоканалов.

Радиоканал - это беспроводный канал связи, прокладываемый через эфир. Для формирования радиоканала используются радиопередатчик и радиоприемник. Скорости передачи данных по радиоканалу практически ограничиваются полосой пропускания приемопередающей аппаратуры. Радиоволновый диапазон определяется используемой для передачи данных частотной полосой электромагнитного спектра. В табл. 8.1 представлены диапазоны радиоволн и соответствующие им частотные полосы.

Для коммерческих телекоммуникационных систем чаще всего используются частотные диапазоны 902 - 928 МГц и 2,40 - 2,48 ГГц.

Беспроводные каналы связи обладают плохой помехозащищенностью, но обеспечивают пользователю максимальную мобильность и быстроту реакции.

Телефонные линии связи наиболее разветвлены и распространены. Они осуществляют передачу звуковых (тональных) и факсимильных сообщений. На базе телефонной линии связи построены информационно-справочные системы, системы электронной почты и вычислительных сетей. На базе телефонных линий могут быть созданы аналоговые и цифровые каналы передачи информации.

В аналоговых телефонных линиях телефонный микрофон преобразует звуковые колебания в аналоговый электрический сигнал, который и передается по абонентской линии в АТС. Требуемая для передачи человеческого голоса полоса частот составляет примерно 3 кГц (диапазон 300 Гц -3,3 кГц). Передача сигналов вызова производится по тому же каналу, что и передача речи.

В цифровых каналах связи аналоговый сигнал перед вводом дискретизируется - преобразуется в цифровую форму: каждые 125 мкс (частота дискретизации равна 8 кГц) текущее значение аналогового сигнала отображается 8-разрядным двоичным кодом.

Таблица 8.1

Диапазоны радиоволн и соответствующие им частотные полосы

Каналы передачи данных сети Интернет

Канал передачи данных - это средства двухстороннего обмена данными, которые включают в себя линии связи и аппаратуру передачи (приема) данных. Каналы передачи данных связывают между собой источники информации и приемники информации.

Примерное графическое изображение связей между сетями Интернета

Подключение к Internet

Как мы уже говорили, компьютеры, постоянно подключенные к Internet и управляющие перемещением информации в сети (постоянное соединение), называют серверами Internet .

Временное подключение компьютера к серверу сети называют коммутируемым подключением. Если это подключение производится дистанционно (с помощью телефонных линий связи), то соединение называют соединением удаленного доступа.

Чтобы подключиться к Internet , надо подключить компьютер к другому компьютеру, имеющему постоянный IP -адрес. Каждый сервер сети имеет постоянный IP - a д pec – это межсетевой протокол (Internet Protocol , IP ) отвечающий за адресацию.

Кроме наличия IP -адреса для подключениянеобходим модем. Он должен быть подключен к компьютеру для соединения по телефонному каналу с сервером Интернет-провайдера. Модемы обеспечивают передачу цифровых компьютерных данных по аналоговым телефонным каналам со скоростью до 56 Кбит/с.

Соединение удаленного доступа можно наглядно увидеть на рисунке

Цифровой сигнал

Цифровой сигнал

Телефонная линия (аналоговый сигнал)

Также необходимо купить время у Интернет (или сервис-провайдера) . Организации, предоставляющие право на такое подключение, называются поставщиками услуг Internet . Обычно эти организации коммерческие и оказывают услуги подключения по договору. Интернет-провайдеры предоставляют телефонные линии, по которым придется звонить, чтобы получить доступ в Интернет.

При заключении договора на обслуживание провайдер предоставляет следующую информацию.

1. Номер телефона, по которому выполняется соединение удаленного доступа с помощью телефонной линии и модема.

2. Имя пользователя ( login ), которое следует ввести для регистрации в момент соединения.

3. Пароль ( password ), ввод которого подтверждает имя пользователя.

Провайдеры Интернета имеют высокоскоростные соединения своих серверов с Интернетом (1 Мбит/с и выше) и поэтому могут предоставить Интернет-доступ по телефонным каналам одновременно сотням и тысячам пользователей. Важно, что при этом телефонный номер остается свободным. Обычные и ADSL-модемы подключаются к USB-порту компьютера и к разъему телефонной розетки.

пример ADSL – модема Пример обычного модема

Многие провайдеры в качестве дополнительной услуги предоставляют электронный почтовый ящик, и можно принимать сообщения из любой точки нашей планеты. Если эта организация научная или учебная, она может предоставлять своим сотрудникам и партнерам бесплатное подключение, но при этом контролировать характер их работы в Сети.

Крупные организации подключают к Internet свои локальные сети на постоянной основе, и сами становятся частью Internet.

Способов подключения к оборудованию провайдера достаточно много. Это подключение по коммутируемой телефонной линии, по выделенной линии, по цифровой телефонной связи, по сети кабельного телевидения, по спутниковым каналам, по радиоканалу.

Каналы передачи данных

В зависимости от физической среды передачи данных каналы связи можно разделить на:

проводные линии связи без изолирующих и экранирующих оплеток;

кабельные, где для передачи сигналов используются такие линии связи как кабели "витая пара", коаксиальные кабели или оптоволоконные кабели;

беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой связи), использующие для передачи сигналов электромагнитные волны, которые распространяются по эфиру.

Проводные линии связи

Проводные (воздушные) линии связи используются для передачи телефонных и телеграфных сигналов, а также для передачи компьютерных данных. Эти линии связи применяются в качестве магистральных линий связи.

По проводным линиям связи могут быть организованы аналоговые и цифровые каналы передачи данных. Скорость передачи по проводным линиям является очень низкой. Кроме того, к недостаткам этих линий относятся помехозащищенность и возможность простого несанкционированного подключения к сети.

Кабельные каналы связи

В компьютерных сетях используются три типа кабелей.

Витая пара (twisted pair)

Кабель используется для передачи данных на скорости 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Коаксиальный кабель (coaxial cable)

Пропускная способность – 50-100 Мбит/с. Допустимая длина линии связи – несколько километров.

Оптоволоконный кабель (fiber optic)

Скорость передачи данных 3Гбит/c.

Беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой связи)

Используют в случаях подключения неудобно расположенных или удаленных компьютерных сетей, когда прокладка кабеля затруднена или невозможна.

Радиоканалы

Радиорелейные каналы связи состоят из последовательности станций, являющихся ретрансляторами. Связь осуществляется в пределах прямой видимости, дальности между соседними станциями - до 50 км. Цифровые радиорелейные линии связи (ЦРРС) применяются в качестве региональных и местных систем связи и передачи данных, а также для связи между базовыми станциями сотовой связи.

Спутниковый канал

В спутниковых системах используются антенны для приема радиосигналов от наземных станций и ретрансляции этих сигналов обратно на наземные станции. В спутниковых сетях используются три основных типа спутников, которые находятся на геостационарных орбитах, средних или низких орбитах. Спутники запускаются, как правило, группами. Разнесенные друг от друга они могут обеспечить охват почти всей поверхности Земли. Работа спутникового канала передачи данных представлена на рисунке

Целесообразнее использовать спутниковую связь для организации канала связи между станциями, расположенными на очень больших расстояниях, и возможности обслуживания абонентов в самых труднодоступных точках. Пропускная способность высокая – несколько десятков Мбит/c.

Сотовые каналы связи

Радиоканалы сотовой связи строятся по тем же принципам, что и сотовые телефонные сети. Сотовая связь - это беспроводная телекоммуникационная система, состоящая из сети наземных базовых приемо-передающих станций и сотового коммутатора (или центра коммутации мобильной связи).

Технологии доступа в Интернет

Wi-Fi

Пользователи портативных компьютеров могут подключаться к Интернету с использованием беспроводной технологии Wi-Fi. На вокзалах, аэропортах и других общественных местах устанавливаются точки доступа беспроводной связи, подключенные к Интернету. В радиусе 100 метров портативный компьютер, оснащенный беспроводной сетевой картой, автоматически получает доступ в Интернет со скоростью до 54 Мбит/с.

PLC

PLC - новая телекоммуникационная технология, базирующаяся на использовании электросетей для высокоскоростного информационного обмена (Интернет из розетки). Позволяет передавать данные по высоковольтным линиям электропередач, без дополнительных линий связи. Компьютер подключается к электрической сети и выходит в Интернет через одну и ту же розетку. Для подключения к домашней сети не требуется никаких дополнительных кабелей. К домашней сети можно подключить различное оборудование: компьютеры, телефоны, охранную сигнализацию, холодильники и т.д.В этой технологии, основанной на частотном разделении сигнала, высокоскоростной поток данных разбивается на несколько низко скоростных, каждый из которых передается на отдельной частоте с последующим их объединением в один сигнал. При этом Интернет-устройства могут «видеть» и декодировать информацию.

Bluetooth

Bluetooth - это технология передачи данных на короткие расстояния (не более 10 м). Скорость передачи данных не превышает 1 Мбит/с.

WiMAX

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), аналогично WiFi - технология широкополосного доступа к Интернет. WiMAX, в отличие от традиционных технологий радиодоступа, работает и на отраженном сигнале, вне прямой видимости базовой станции. Информацию можно передавать на расстояния до 50 км со скоростью до 70 Мбит/с.

WiMAX частично удовлетворяет условиям сетей 4G, основанных на пакетных протоколах передачи данных. К семейству 4G относят технологии, которые позволяют передавать данные в сотовых сетях со скоростью выше 100 Мбит/сек. и повышенным качеством голосовой связи. Для передачи голоса в 4G предусмотрена технология VoIP.

RadioEthernet

RadioEthernet - технология широкополосного доступа к Интернет, обеспечивает скорость передачи данных от 1 до 11 Мбит/с, которая делится между всеми активными пользователями. Для работы RadioEthernet-канала необходима прямая видимость между антеннами абонентских точек. Радиус действия до 30 км .

MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System)

MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System). Эти системы способна обслуживать территорию в радиусе 50-60 км, при этом прямая видимость передатчика оператора является не обязательной. Средняя гарантированная скорость передачи данных составляет 500 Кбит/с - 1 Мбит/с, но можно обеспечить до 56 Мбит/с на один канал.

Мобильный GPRS – Internet

Мобильный GPRS – Интернет. Для пользования услугой "Мобильный Интернет" при помощи технологии GPRS необходимо иметь телефон со встроенным GPRS - модемом и компьютер. Технология GPRS обеспечивает скорость передачи данных до 114 Кбит/с. При использовании технологии GPRS тарифицируется не время соединения с Интернетом, а суммарный объем переданной и полученной информации. Вы сможете просматривать HTML-страницы, перекачивать файлы, работать с электронной почтой и любыми другими ресурсами Интернет.

Мобильный CDMA – Internet

Мобильный CDMA - Internet. Сеть стандарта CDMA - это стационарная и мобильная связь, а также скоростной мобильный интернет. Для пользования услугой "Мобильный Интернет" при помощи технологии CDMA необходимо иметь телефон со встроенным CDMA - модемом или CDMA модем и компьютер. Технология CDMA обеспечивает скорость передачи данных до 153 Кбит/с или до 2400 Кбит/с - по технологии EV-DO Revision 0.

В настоящее время технология CDMA предоставляет услуги мобильной связи третьего поколения. Технологии мобильной связи 3G (third generation - третье поколение) - набор услуг, который обеспечивает как высокоскоростной мобильный доступ к сети Интернет, так и организовывает видеотелефонную связь и мобильное телевидение. Мобильная связь третьего поколения строится на основе пакетной передачи данных. Сети третьего поколения 3G работают в диапазоне около 2 ГГц, передавая данные со скоростью до 14 Мбит/с.

Вывод: каждый способ подключения к сети зависит от нескольких показателей, а именно от финансово положения, населенного пункта и от потребностей потребления ресурсов Интернет.

Типы каналов передачи данных и их характеристики

Применяемые в вычислительных сетях каналы передачи данных классифицируются по ряду признаков.

Во-первых , по форме представления информации в виде электрических сигналов каналы подразделяют на цифровые и аналоговые.

Во-вторых , по физической природе среды передачи данных различают каналы связи проводные (обычно медные), оптические (как правило, волоконно-оптические), беспроводные (инфракрасные и радиоканалы).

В третьих , по способу разделения среды между сообщениями выделяют упомянутые выше каналы с временным (TDM) и частотным (FDM) разделением.

Одной из основных характеристик канала является его пропускная способность (скорость передачи информации), определяемая полосой пропускания канала и способом кодирования данных в виде электрических сигналов. Информационная скорость измеряется количеством бит информации, переданных в единицу времени. Наряду с информационной оперируют бодовой (модуляционной ) скоростью, которая измеряется в бодах , то есть числом изменений дискретного сигнала в единицу времени. Именно бодовая скорость определяется полосой пропускания линии. Если одно изменение значения дискретного сигнала соответствует нескольким битам, то информационная скорость превышает бодовую.

Действительно, если на бодовом интервале (между соседними изменениями сигнала) передается N бит, то число градаций сигнала равно 2 N . Например, при числе градаций 16 и скорости 1200 бод одному боду соответствует 4 бит/с и информационная скорость составляет 4800 бит/с.
С ростом длины линии связи увеличивается затухание сигнала и, следовательно, уменьшаются полоса пропускания и информационная скорость.

Максимально возможная информационная скорость V связана с полосой пропускания F канала связи формулой Хартли-Шеннона. Предполагается, что одно изменение значения сигнала приходится на log 2 k бит, где k – число возможных дискретных значений сигнала. Так как скорость V = log 2 k / t , где t - длительность переходных процессов, приблизительно равная 3Т В, а Т В = 1 / (2pF), то:

V = 2F log 2 k, бит/с,

где k ≤ 1+A (A – отношение сигнал/помеха).

Проводные линии связи в вычислительных сетях представлены коаксиальными кабелями и витыми парами проводов.

Используются следующие коаксиальные кабели – «толстый» диаметром 12,5 мм и “тонкий” диаметром 6,25 мм. «Толстый» кабель имеет меньшее затухание, лучшую помехозащищенность, что обеспечивает возможность работы на больших расстояниях, но он плохо гнется, что затрудняет прокладку соединений в помещениях, и дороже «тонкого».

Существуют экранированные STP (Shielded Twist Pair) и неэкранированные UTP (Unshielded Twist Pair) пары проводов. Чаще используются неэкранированные пары, имеющие несколько категорий (типов).

Более совершенными являются неэкранированные витые пары категорий 5 и 6. Пару категории 5 применяют при частотах до 100 МГц. В ней проводник выполнен медными жилами диаметром 0,51 мм, навитыми по определенной технологии и заключенными в термостойкую изолирующую оболочку. Длины соединений в высокоскоростных ЛВС на UTP обычно не превышают 100 м.

Примерами пар категорий 6 и 7 могут служить кабели, выпускаемые фирмой PIC. В них размещается по 4 пары проводов, каждая со своим цветом полиэтиленовой изоляции. В кабеле категории 6 оболочка имеет диаметр 5 мм, а медные проводники имеют диаметр 0,5 мм. Затухание в этом кабеле на частоте 100 МГц составляет около 22 дБ. В кабеле категории 7 каждая пара дополнительно заключена в экранирующую алюминиевую фольгу, диаметр оболочки увеличен до 8 мм, затухание на 100 МГц составляет около 20 дБ, на 600 МГц – 50 дБ.

Витые пары иногда называют сбалансированной линией в том смысле, что в двух проводах линии передаются одни и те же уровни сигнала (по отношению к «земле»), но разной полярности. При приеме воспринимается разность сигналов, называемая парафазным сигналом. Синфазные помехи при этом самокомпенсируются.

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) имеют значительное преимущество перед проводными линиями. Они незаменимы при передаче информации на большие расстояния, а также в высокоскоростных магистральных каналах корпоративных и территориальных сетей.

Конструктивно ВОЛС представляет собой кварцевый сердечник диаметром 10 мкм, покрытый отражающей оболочкой с внешним диаметром 125...200 мкм. Типичные характеристики ВОЛС – работа на волнах 0,83...1,55 мкм, затухание 0,7 дБ/км, полоса частот до 2 ГГц.

Предельные расстояния D для передачи данных по ВОЛС
(без ретрансляции) зависят от длины волны излучения l : при l = 850 нм
D = 5 км, а при l = 300 нм – D = 50 км. Однако с уменьшением длины волны излучения значительно возрастает стоимость аппаратуры.

Примером среды передачи данных между мейнфреймами, рабочими станциями, пулами периферийных устройств может служить среда Fiber Channel на ВОЛС, обеспечивающая скорости от 133 до 1062 Мбит/с на расстояниях до 10 км. Для сравнения – по стандартному интерфейсу SCSI скорость составляет 160 Мбит/с при расстояниях не более десятков метров между рабочей станцией и дисководом.

К числу новых стандартов для высокоскоростных магистралей передачи данных относится стандарт цифровой синхронной иерархии SDH (Synchronous Digital Hierachy). В сетях SDH в качестве линий передачи данных используют ВОЛС. Стандарт устанавливает структуру фреймов, на которые разбивается поток передаваемых данных. Эта структура названа транспортным модулем.

1. Основные определения

2. Проводные линии связи

3. Аналоговые каналы передачи данных

4. Модемы

5. Амплитудная модуляция

6. Частотная и фазовая модуляция

7. Квадратурно-амплитудная модуляции

8. Организация дуплексной связи

9. Многоканальная аппаратура

10. Протоколы физического уровня для модемной связи

11. Протоколы канального уровня для модемной связи

12. Кодово-импульсная модуляция

13. Цифровые каналы передачи данных

14. Беспроводные каналы связи

15. Спутниковые каналы передачи данных

16. Сети мобильной связи

17. Оптические линии связи

1. Основные определения. Среда передачи данных - совокупность линий передачи данных и блоков взаимодействия (т.е. сетевого оборудования, не входящего в станции данных), предназначенных для передачи данных между станциями данных. Среды передачи данных могут быть общего пользования или выделенными для конкретного пользователя.

Линия передачи данных - средства, которые используются в информационных сетях для распространения сигналов в нужном направлении. Примерами линий передачи данных являются коаксиальный кабель, витая пара проводов, световод.

Характеристиками линий передачи данных являются зависимости затухания сигнала от частоты и расстояния. Затухание принято оценивать в децибеллах, 1 дБ = 10*lg(P1/P2), где Р1 и Р2 - мощности сигнала на входе и выходе линии соответственно.

При заданной длине можно говорить о полосе пропускания (полосе частот) линии. Полоса пропускания связана со скоростью передачи информации . Различают бодовую (модуляционную ) и информационную скорости. Бодовая скорость измеряется в бодах, т.е. числом изменений дискретного сигнала в единицу времени, а информационная - числом битов информации, переданных в единицу времени. Именно бодовая скорость определяется полосой пропускания линии.

Если на бодовом интервале (между соседними изменениями сигнала) передается N бит, то число градаций модулируемого параметра несущей равно 2 N . Например, при числе градаций 16 и скорости 1200 бод одному боду соответствует 4 бит/с и информационная скорость составит 4800 бит/с.

Максимально возможная информационная скорость V связана с полосой пропускания F канала связи формулой Хартли-Шеннона (предполагается, что одно изменение величины сигнала приходится на log 2 k бит, где k - число возможных дискретных значений сигнала)

V = 2*F*log 2 k бит/с,

так как V = log 2 k/t, где t - длительность переходных процессов, приблизительно равная 3*Т В, а Т В = 1/(2*p *F), Здесь k ? 1+A, A - отношение сигнал/помеха.

Канал (канал связи) - средства односторонней передачи данных. Примером канала может быть полоса частот, выделенная одному передатчику при радиосвязи. В некоторой линии можно образовать несколько каналов связи, по каждому из которых передается своя информация. При этом говорят, что линия разделяется между несколькими каналами. Существуют два метода разделения линии передачи данных: временное мультиплексирование (иначе разделение по времени или TDM), при котором каждому каналу выделяется некоторый квант времени, и частотное разделение (FDM - Frequency Division Method), при котором каналу выделяется некоторая полоса частот.

Канал передачи данных - средства двустороннего обмена данными, включающие АКД и линию передачи данных.

По природе физической среды передачи данных (ПД) различают каналы передачи данных на оптических линиях связи, проводных (медных) линиях связи и беспроводные. В свою очередь, медные каналы могут быть представлены коаксиальными кабелями и витыми парами, а беспроводные - радио- и инфракрасными каналами.

В зависимости от способа представления информации электрическими сигналами различают аналоговые и цифровые каналы передачи данных. В аналоговых каналах для согласования параметров среды и сигналов применяют амплитудную, частотную, фазовую и квадратурно-амплитудную модуляции. В цифровых каналах для передачи данных используют самосинхронизирующиеся коды, а для передачи аналоговых сигналов - кодово-импульсную модуляцию.

Первые сети ПД были аналоговыми, поскольку использовали распространенные телефонные технологии. Но в дальнейшем устойчиво растет доля цифровых коммуникаций (это каналы типа Е1/Т1, ISDN, сети Frame Relay, выделенные цифровые линии и др.)

В зависимости от направления передачи различают каналы симплексные (односторонняя передача), дуплексные (возможность одновременной передачи в обоих направлениях) и полудуплексные (возможность попеременной передачи в двух направлениях).

В зависимости от числа каналов связи в аппаратуре ПД различают одно- и многоканальные средства ПД. В локальных вычислительных сетях и в цифровых каналах передачи данных обычно используют временное мультиплексирование, в аналоговых каналах - частотное разделение.

Если канал ПД монопольно используется одной организацией, то такой канал называют выделенным, в противном случае канал является разделяемым или виртуальным (общего пользования).

К передаче информации имеют прямое отношение телефонные сети, вычислительные сети передачи данных, спутниковые системы связи, системы сотовой радиосвязи.

2. Проводные линии связи. В вычислительных сетях проводные линии связи представлены коаксиальными кабелями и витыми парами проводов.

Используются коаксиальные кабели: "толстый" диаметром 12,5 мм и "тонкий" диаметром 6,25 мм. "Толстый" кабель имеет меньшее затухание, лучшую помехозащищенность, что обеспечивает возможность работы на больших расстояниях, но он плохо гнется, что затрудняет прокладку соединений в помещениях, и дороже "тонкого".

Существуют экранированные (STP - Shielded Twist Pair) и неэкранированные (UTP - Unshielded Twist Pair) витые пары проводов. Экранированные пары сравнительно дороги. Неэкранированные витые пары имеют несколько категорий (типов). Обычный телефонный кабель - пара категории 1. Пара категории 2 может использоваться в сетях с пропускной способностью до 4 Мбит/с. Для сетей Ethernet (точнее, для ее варианта с названием 10Base-T) разработана пара категории 3, а для сетей Token Ring - пара категории 4. Наиболее совершенной является витая пара категории 5, которая применима при частотах до 100 МГц. В паре категории 5 проводник представлен медными жилами диаметром 0,51 мм, навитыми по определенной технологии и заключенными в термостойкую изолирующую оболочку. В высокоскоростных ЛВС на UTP длины соединений обычно не превышают 100 м. Затухание на 100 МГц и при длине 100 м составляет около 24 дБ, при 10 МГЦ и 100 м - около 7 дБ.

Витые пары иногда называют сбалансированной линией в том смысле, что в двух проводах линии передаются одни и те же уровни сигнала (по отношению к земле), но разной полярности. При приеме воспринимается разность сигналов, называемая парафазным сигналом. Синфазные помехи при этом самокомпенсируются.

3. Аналоговые каналы передачи данных. Типичным и наиболее распространенным типом аналоговых каналов являются телефонные каналы общего пользования (каналы тональной частоты). В каналах тональной частоты полоса пропускания составляет 0,3...3,4 кГц, что соответствует спектру человеческой речи.

Для передачи дискретной информации по каналам тональной частоты необходимы устройства преобразования сигналов, согласующие характеристики дискретных сигналов и аналоговых линий. Кроме того, в случае непосредственной передачи двоичных сигналов по телефонному каналу с полосой пропускания 0,3...3,4 кГц скорость передачи не превысит 3 кбит/с. Действительно, пусть на передачу одного бита требуются два перепада напряжения, а длительность одного перепада ТВ = (3...4)/(6,28*FВ), где FВ - верхняя частота полосы пропускания. Тогда скорость передачи есть В < 1/(2*ТВ).

Согласование параметров сигналов и среды при использовании аналоговых каналов осуществляется с помощью воплощения сигнала, выражающего передаваемое сообщение, в некотором процессе, называемом переносчиком и приспособленном к реализации в данной среде. Переносчик в системах связи представлен электромагнитными колебаниями U некоторой частоты, называемой несущей частотой:

U = U m *sin(v *t+y),

где U m - амплитуда, v - частота, y - фаза колебаний несущей. Изменение параметров несущей (переносчика) по закону передаваемого сообщения называется модуляцией . Если это изменение относится к амплитуде U m , то модуляцию называют амплитудной (АМ), если к частоте v - частотной (ЧМ), и если к фазе y - фазовой (ФМ). При приеме сообщения предусматривается обратная процедура извлечения полезного сигнала из переносчика, называемая демодуляцией . Модуляция и демодуляция выполняются в устройстве, называемом модемом.

4. Модемы . Модем - устройство преобразования кодов и представляющих их электрических сигналов при взаимодействии аппаратуры окончания канала данных и линий связи. Слово "модем" образовано из частей слов "модуляция" и "демодуляция", что подчеркивает способы согласования параметров сигналов и линий связи - сигнал, подаваемый в линию связи, модулируется, а при приеме данных из линии сигналы подвергаются обратному преобразованию (рис. 2.1).

Среда передачи данных - линии (или каналы) связи, по кото­рым компьютеры могут обмениваться информацией.

В случае если топология сети не является полносвязной, раз­личные узлы вынуждены использовать для передачи своих дан­ных одни и те же линии связи. На рис. узлы A и Б используют общий канал для передачи сообщений узлу В, т. е. среда передачи данных используется несколькими устройствами или узлами се­ти. В этом случае среда называется разделяемой.

Подключение компьютера к разделяемой среде осуществляет­ся с помощью сетевого адаптера.

В зависимости от используемой среды передачи данных ли­нии связи делятся на:

Проводные;

Кабельные;

Беспроводные.

Проводные линии связи строятся с использованием телефон­ных или телеграфных проводов. Такая среда обладает низкими показателями скорости передачи данных и помехозащищенно­сти, поэтому при построении сети при наличии возможности предпочитают использовать кабель или радиодиапазон.

Тем не менее на сегодняшний момент существуют быстро развивающиеся технологии, позволяющие в качестве линий связи использовать электрические провода. Привлекательными такие технологии делает возможность использования уже проложенных проводов. По этим проводам осуществляется энергоснабжение домов, квартир, офисов, предприятий и т. д., а может параллель­но осуществляться и информационный обмен.

Кабельные линии строятся на основе специальных кабелей, представляющих собой проводники, заключенные в несколько слоев изоляции.

Промышленностью выпускается большое число видов кабе­ля, но для построения компьютерных сетей применяется три ос­новных типа:

Высокочастотные коаксиальные кабели с медной жилой;

Кабели на основе витых пар медных проводников;

Оптоволоконные (или волоконно-оптические) кабели. Для кабелей характерны следующие параметры:

Полоса пропускания - частотный диапазон сигналов, про­пускаемых кабелем;

Задержка распространения сигнала;

Помехозащищенность кабеля - степень защищенности ка­беля от воздействия помех и наводок, возникающих как во внешней среде, так и на внутренних проводниках самого ка­беля;

Затухание - степень потери мощности сигнала на выходе линии связи по отношению к мощности на входе этой ли­нии.

Волновое сопротивление (для электрических кабелей) - полное сопротивление, которое встречает электромагнитная волна определенной частоты при распространении вдоль однородной цепи.

Коаксиальный кабель – этоцентральный мед­ный проводник, заключенный в металлическую оплетку (экран) и отделенный от нее диэлектриком. Металлическая оп­летка обычно покрывается внешней изолирующей оболочкой (рис. 1.). Она служит для передачи информации, а также защищает внутреннюю жилу кабеля от помех, вызываемых посторонними электромагнитными полями, т. е. экранирует ее.

Наиболее часто коаксиальный кабель применяется в сетях с топологией типа «общая шина»

Рис. 1. «Толстый» (а) и «тонкий» (б) коаксиальный кабель:

/ -центральный проводник; 2 - экранирующая оплетка; 3 - изолирующая

оболочка; 4 - диэлектрик

«Толстый» коаксиальный кабель (RG-8, RG-11) имеет

· волно­вое сопротивление 50 Ом,

· диаметр центрального медного провода 2,17 мм

· внешний диаметр порядка 10 мм.

«Тонкий» коаксиальный кабель (RG-58) имеет

· волновое сопротивление 50 Ом

· диаметр внутреннего проводника составляет 0,89 мм

· внешний диаметр порядка 5 мм.

Кабель на основе витых пар - это несколько пар, скрученных попарно медных изолированных проводников, заключенных в общую диэлектрическую оболочку.

Такой кабель может быть экранированным (STP) и неэкранированным (UTP). В экранированном кабеле каждая витая пара поме­щается в металлическую оплетку. Это способствует увеличению помехозащищенности линии связи, а также улучшению защиты от «прослушивания».

Кабель на неэкранированной витой паре в настоящее время являются основной средой передачи данных для неоптических технологий.

В зависимости от характеристик кабели на витых парах разде­ляются на пять категорий:

Кабели категории 3 (UTP 3) имеют полосу пропускания 16 МГц. Использовались как для передачи данных, так и для пе­редачи голоса, поэтому в настоящее время кабельные системы многих зданий построены на кабеле третьей категории.

Кабели категории 4 (UTP 4) - улучшенный вариант кабеля категории 3, полоса пропускания 20 МГц, повы­шенная помехоустойчивость и низкие потери. На практике при­менялся редко, в основном там, где было необходимо увеличить длину сегмента сети.

Кабели категории 5 (UTP 5) специально разработаны для под­держки высокоскоростных технологий. Полоса пропускания ка­беля категории 5-100 МГц. Кабель категории 5 в настоящее вре­мя заменил кабель категории 3, и все новые технологии локаль­ных сетей ориентируются именно на него.

Особое место занимают кабели категорий 6 и 7, которые вы­пускаются сравнительно недавно и имеют полосу пропускания 200 и 600 МГц соответственно. Кабели категории 7 обязательно экранируются; категории 6 могут быть как экранированными, так и нет. Они используются в высокоскоростных сетях на отрезках большей длины, чем кабели пятой категории. Эти кабели значи­тельно дороже и по стоимости приближаются к волоконно-опти­ческим кабелям.

Оптоволоконный кабель состоит из одного или нескольких оптических волокон (световодов), сделанных из кварцевого стек­ла и заключенных в общую защитную оболочку.

-

Рис. 2. Типы оптоволоконного кабеля:

а - многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления; б - многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления; в - одномодовое волокно; 1 - мода 1; 2 - мода 2; 3 - стеклянная оболочка; 4 - сердцевина

Каждый световод состоит из стеклянной сердцевины (цен­трального проводника) с высоким показателем пре­ломления, и стеклянной оболочки, обладающей низким показа­телем преломления света. За счет этого лучи света распространяются по сердцевине, последовательно отражаясь от внутренней границы стеклянной оболочки.

В зависимости от характера распространения света оптоволо­конный кабель делится на (рис. 2):

Одномодовоеволокно;

Многомодовое волокно со ступенчатым изменением показа­теля преломления;

Многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления.

Мода луча - это угол отражения луча в сердцевине.

В одномодовых кабелях применяются сердцевины с очень ма­лым диаметром - 8-9 мкм, что соизмеримо с длиной волны све­та, поэтому в таком кабеле возможно существование только од­ной моды.

На рынке распространен одномодовый кабель 9/125 мкм. В этом обозначении 9 мкм соответствует диаметру сердцевины оптоволокна, а 125 мкм - диаметру стеклянной оболочки.

Производство стеклянного волокна столь малого диаметра яв­ляется сложным технологическим процессом, что делает одномо­довый кабель весьма дорогим. Однако его характеристики, по сравнению с более дешевыми многомодовыми кабелями, сущест­венно выше, что позволяет использовать его при передаче данных на большие расстояния.

В многомодовом оптоволокне используются более широкие сердечники, что делает их дешевле, нежели одномодовый кабель. Наиболее распространены многомодовые кабели 50/125 мкм и 62,5/125 мкм. В сердцевине такого диаметра свет может рас­пространяться по различным путям, отражаясь под разными углами - существует более одной моды луча.

Множество мод приводит к дисперсии импульса передачи, интерференции лучей, что в итоге приводит к ухудшению харак­теристик кабеля. Поэтому многомодовые кабели используются в основном при передаче данных на небольшие расстояния (до 2000 м) на скоростях не более 1 Гбит/с.

При передаче по оптоволоконным кабелям в качестве источ­ника света используются полупроводниковые лазеры или светодиоды. Длина волны излучаемого ими света обычно равна 850, 1300 или 1550 нм, что соответствует определенным «окнам про­зрачности» самого волокна.