Контрольные вопросы и задания

1. Приведите классификацию вычислительных сетей по территориальному признаку.

2. Какие вычислительные сети принято называть корпоративными?

3. Что понимается под термином «сетевая технология»?

4. Перечислите основные показатели качества вычислительных сетей.

5. Дайте определение показателю «производительность» сети.

6. Что такое «пропускная способность сети»?

7. Что понимается под термином «управляемость сети»?

8. Какие преимущества имеет сеть с высоким показателем интегрируемости?

9. Поясните значение показателя «масштабируемость» сети».

10. В чем заключается многоуровневый подход к решению задач взаимодействия сетевых компонентов?

11. Дайте определение понятиям «сетевой протокол» и «сетевой интерфейс».

12 Для чего необходима стандартизация коммуникационных протоколов?

13. Охарактеризуйте модели взаимодействия открытых систем OSI и DoD.

14. Перечислите уровни модели взаимодействия открытых систем DoD и

опишите их основные функции.

15. Какие главные задачи решают протоколы нижних уровней модели DoD?

16. Объясните понятие «сетезависимости» функций нижних уровней моделей

взаимодействия открытых систем.

17. Дайте определение понятию «телекоммуникационная система».

18. Опишите основные элементы системы передачи информации.

19. Представьте отличие понятий «линия связи» и «канал связи».

20. Чем различается форма представления информации, передаваемой по аналоговым и цифровым каналам связи?

21. Как именуются способы передачи информации по линиям связи в зависимости от возможных направлений передачи информации?

7. Физический уровень сетевых телекоммуникаций

7.1. Общие понятия

Передача информации на физическом уровне в общем случае может осуществляться либо механическим способом посредством переноса материальных носителей информации, либо посредством акустических (звуковых) колебаний среды, либо посредством электромагнитных волн (электромагнитных колебаний).

В современных телекоммуникационных системах информация передается именно посредством колебаний электромагнитного поля различной природы и частоты – электрических, световых или радиосигналов.

В зависимости от типа физической среды передачи информации линии связи могут быть либо кабельными (проводными), использующими для передачи сигналов различные проводники или кабели, либо беспроводными, использующими для передачи сигналов свободно распространяемые электромагнитные волны.

7.2. Кабельные линии связи

Кабельные линии связи до настоящего времени наиболее распространены. Исторически первыми и самыми простыми по конструктивному исполнению являются традиционные телефонные кабели на основе параллельных нескрученных проводников. Такие кабели имеют низкие скоростные качества и слабую помехозащищенность, однако в силу развитой телефонной инфраструктуры и при отсутствии других возможностей телефонные кабели по-прежнему используются для передачи компьютерных данных.

Более высокими эксплуатационными характеристиками по сравнению с телефонными кабелями обладают так называемые коаксиальные кабели. Коаксиальный кабель (coaxial – «соосный) имеет несимметричную конструкцию. В центре коаксиального кабеля находится жесткий медный проводник, окруженный слоем изоляционного материала. Второй проводник сделан в виде оплетки поверх изоляции. Весь кабель помещается во внешнюю пластиковую оболочку. Существует большое количество типов коаксиальных кабелей, используемых в сетях различного типа – телефонных, телевизионных и компьютерных. В компьютерных сетях нашли применение два типа коаксиального кабеля, известные под наименованиями «толстый» и «тонкий», которые характеризуют относительную величины диаметра центрального проводника. «Толстый» коаксиальный кабель имеет внутренний проводник диаметром 2,17 мм и наружный диаметр 12,5 мм. «Тонкий» коаксиальный кабель – внутренний проводник диаметром 0,89 мм и наружный диаметр от 5 до 6 мм. «Толстый» кабель обеспечивает лучшие механические и электрические характеристики, а «тонкий» кабель имеет гораздо большую гибкость, что удобно при монтаже. На сегодняшний день коаксиальные кабели считаются морально устаревшими.

Современным типом кабеля является скрученная пара медных проводов, называемая витой парой проводников (twisted pair). Скручивание проводов с определенным шагом «скрутки» снижает влияние внешних и взаимных помех на сигналы, передаваемые по кабелю. Применяются неэкранированные (Unshielded Twisted Pair – UTP) и экранированные (Shielded Twisted Pair – STP) витые пары, которые различаются наличием в последних дополнительного защитного экранного слоя.

Медный неэкранированный кабель UTP в зависимости от электрических и механических характеристик до последнего времени разделялся на семь категорий (category 1 – category 7). Кабели категорий 1–4 определяются как устаревшие. Кабели категории 5 были специально разработаны для поддержки высокоскоростной передачи данных, а категорий 6 и 7 – сверхвысокоскоростной передачи данных. Современные кабели UTP выпускаются в 4-х парном исполнении. Для соединения кабелей с оборудованием используются вилки и розетки типа RJ-45, представляющие собой восьмиконтактные разъемы.

Экранированная витая пара STP хорошо защищает передаваемые сигналы от внешних помех. Наличие заземляемого экрана удорожает кабель и усложняет его прокладку, так как требует выполнения качественного заземления. Основным стандартом, определяющим параметры экранированной витой пары, является фирменный стандарт IBM, в котором кабели делятся не на категории, а на типы (tуре). Электрические параметры кабеля tуре 1 примерно соответствуют параметрам кабеля UTP категории 5.

Наиболее перспективными и эффективными являются волоконно-оптические кабели. Они состоят из тонкого гибкого центрального стеклообразного волокна (проводника света – сердцевины) и стеклообразной оболочки, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света (световые сигналы) не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего сердцевину слоя оболочки. В зависимости от режима изменения показателя преломления и от величины диаметра сердечника различают многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления, мноогомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления и одномодовое волокно. Понятие «мода» (mode) описывает режим распространения световых лучей во внутреннем сердечнике кабеля и характеризуется углами отражения лучей от оболочки.

В одномодовом кабеле (Single Mode Fiber – SMF) используется центральный проводник очень малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света – от 5 до 10 мкм. При этом практически все лучи света распространяются вдоль оптической оси сердцевины, не отражаясь от внешнего проводника. Изготовление тонких качественных волокон для одномодового кабеля представляет сложный технологический процесс, что делает одномодовый кабель достаточно дорогим. Кроме того, в волокно такого маленького диаметра достаточно сложно направить пучок света, не потеряв при этом значительную часть его энергии.

В многомодовых кабелях (Multi Mode Fiber – MMF) используются центральные проводники с относительно большим диаметром. Их изготовление технологически проще и дешевле. В стандартах определены два наиболее употребительных типоразмера многомодовых кабелей: 62,5/125 мкм и 50/125 мкм, где 62,5 мкм и 50 мкм – это диаметр центрального проводника, а 125 мкм – диаметр внешнего проводника. В многомодовых кабелях во внутреннем проводнике одновременно существует несколько световых лучей, отражающихся от оболочки под разными углами. Интерференция лучей с разными углами отражения ухудшает качество передаваемого сигнала и приводит к искажениям передаваемых импульсов. Характеристики многомодовых кабелей существенно хуже, чем одномодовых. В связи с этим многомодовые кабели используются в основном для передачи данных на небольшие расстояния (до 300–2000 м) при скоростях не более 1 Гбит/с, а одномодовые – для передачи данных со скоростями 10–100 Гбит/с и выше на расстояния до 10–100 Км и более.

В качестве источников излучения света в волоконно-оптических кабелях применяются светодиоды и полупроводниковые лазеры. Для одномодовых кабелей применяются только полупроводниковые лазеры, так как при малом диаметре оптического волокна световой поток, создаваемый светодиодом, невозможно без больших потерь направить в волокно. Для многомодовых кабелей используются более дешевые светодиодные излучатели. Светодиоды излучают свет с длиной волны 0,85 мкм и 1,3 мкм. Излучатели с длиной волны 0,85 мкм существенно дешевле, чем излучатели с длиной волны 1,3 мкм, но характеристики сигнала при этом значительно хуже. Лазерные излучатели работают на длинах волн 1,3 мкм и 1,55 мкм. Они создают когерентный поток света, за счет чего потери в оптических волокнах меньше, чем при использовании некогерентного светового потока светодиодов. Использование только нескольких длин волн для передачи информации в оптических волокнах связанно с тем, что именно при указанных значениях длин волн наблюдаются ярко выраженные максимумы передачи мощности сигнала, тогда как для других значений затухание сигнала существенно выше.

Волоконно-оптические кабели обладают хорошими электромагнитными и механическими характеристиками (хорошо гнутся, а в соответствующей изоляции обладают хорошей механической прочностью). Однако серьезным недостатком этих кабелей является сложность соединения волокон с разъемами и между собой при необходимости наращивания длины кабеля. Сама стоимость волоконно-оптических кабелей ненамного превышает стоимость кабелей на витой паре, однако проведение монтажных работ с оптоволокном обходится намного дороже из-за трудоемкости операций и высокой стоимости применяемого монтажного оборудования. Так, присоединение оптического волокна к разъему требует проведения высокоточной обрезки волокна в плоскости, строго перпендикулярной оси волокна, а также выполнения соединения путем сложной операции склеивания, а не обжатия, как это делается для витой пары. Выполнение же некачественных соединений резко ухудшает характеристики передачи сигналов по волоконно-оптическому кабелю.