- •Аналоговые и цифровые сигналы
- •Параметры аналоговых сигналов
- •Параметры цифровых сигналов
- •Сравнение аналоговых и цифровых сигналов
- •Модулированные и немодулированные сигналы
- •Немодулированные сигналы
- •Модулированные сигналы
- •Мультиплексирование
- •Полудуплексная передача
- •Дуплексная передача
- •Метод csma/ca
- •Передача маркера
- •Приоритеты запросов
Полудуплексная передача
По сравнению с симплексной преимущества полудуплексной передачи очевидны: сигналы могут передаваться в обоих направлениях. Однако, к сожалению, эта дорога недостаточно широка, чтобы сигналы проходили в обоих направлениях одновременно. В полудуплексном методе в каждый момент времени сигналы передаются только в одном направлении (рис. 4.7).
Полудуплексный метод используется во многих системах радиосвязи, например, в устройствах связи в полицейских автомобилях. В этих системах при нажатой кнопке микрофона можно говорить, но услышать что-либо нельзя. Если пользователи нажмут кнопки микрофонов в обоих концах одновременно, то ни один из них ничего не услышит.
Дуплексная передача
Работа дуплексной системы коммуникации похожа на улицу с двусторонним движением: автомобили могут двигаться в обоих направлениях одновременно (рис. 4.8).
Примером дуплексной коммуникации является обычный телефонный разговор. Оба абонента могут говорить одновременно, при этом каждый из них слышит, что говорит другой на другом конце линии (правда, при этом не всегда можно разобрать, что было сказано).
Проблемы, возникающие при передаче сигналов
Сигналы, с помощью которых сообщаются компьютеры, подвержены различным помехам и ограничениям. Разные типы кабелей и методы передачи обладают разной чувствительностью к помехам.
Электромагнитные помехи
Электромагнитные помехи представляют собой вторжение постороннего электромагнитного сигнала, нарушающего форму полезного сигнала. Когда в полезный сигнал добавляются внешние помехи, принимающий компьютер не может правильно интерпретировать сигнал.
Представьте себе, что вы проезжаете в автомобиле рядом с мощной промышленной установкой и слушаете в это время радио. Чистый и разборчивый сигнал вдруг покрывается шумом и треском. Это происходит потому, что к сигналу радиостанции Добавляются сильные сигналы, создаваемые установкой, которая расположена ближе, чем радиостанция. Поэтому электромагнитные помехи иногда называют шумами
Довольно часто помехи поступают из неизвестного источника. Существует множество Устройств, в которых электрические сигналы не выполняют информационные функции, а являются побочным продуктом различных производственных процессов. Создаваемые ими помехи могут распространяться на расстояние вплоть до нескольких километров.
Электромагнитные помехи порождают проблемы не только в компьютерных коммуникационных технологиях. В городах есть много устройств, передающих и принимающих электромагнитные сигналы: мобильные телефоны, средства радиосвязи, телевизионные передатчики и приемники. Электромагнитные помехи могут стать причиной многих неприятностей, таких как плохое телевизионное изображение, крушение самолета вследствие нарушения связи с диспетчером, смерть пациента из-за нарушения работы медицинского оборудования и т.д. Существуют также долговременные побочные эффекты электромагнитного излучения, например рак или лейкемия могут быть вызваны длительным пребыванием человека рядом с мощным источником электромагнитных полей.
В коммуникационных технологиях особенно чувствительны к электромагнитным помехам неэкранированные медные провода. Металлическая внешняя оболочка коаксиальных кабелей в значительной степени защищает их от помех. Эту же функцию выполняет металлическая оболочка экранированной витой пары. Неэкранированная витая пара довольно сильно подвержена помехам. Совершенно нечувствительны к электромагнитным помехам волоконно-оптические кабели, потому что в них сигналами служат не электрические импульсы, а луч света. Поэтому в условиях сильных электромагнитных помех лучше всего работают волоконно-оптические каналы связи.
Радиочастотные помехи
Радиочастотные помехи представляют собой сигналы радиопередатчиков и других устройств, генерирующих сигналы на радиочастотах. К ним относятся также процессоры и дисплеи компьютеров. Радиочастотным считается электромагнитное излучение на частотах от 10 КГц до 100 ГГц. Излучение на частотах от 2 до 10 ГГц называется также микроволновым.
Влияние радиочастотных помех устраняется с помощью помехозащитных фильтров, применяемых в различных типах сетей.
Перекрестные помехи
К этому типу помех относятся сигналы проводов, расположенных на расстоянии нескольких миллиметров друг от друга. Протекающий по проводу электрический ток создает электромагнитное поле, которое генерирует сигналы в другом проводе, расположенном рядом. Довольно часто, разговаривая по телефону, можно услышать приглушенные разговоры других людей. Причиной этого являются перекрестные помехи.
Перекрестные помехи значительно уменьшаются, если скрутить два провода, как это сделано в витой паре. Чем больше витков приходится на единицу длины, тем меньше влияние помех. Применение волоконно-оптического кабеля полностью устраняет эту проблему. Внутри одной оболочки можно расположить сколько угодно оптических волокон, и они не будут мешать друг другу, потому что сигналами в них служат не электрические импульсы, а световые лучи.
Затухание сигналов
Проходя по кабелю, электрические сигналы становятся все слабее. Чем больше расстояние до источника, тем слабее сигнал. Это нетрудно представить себе, вообразив, будто вы пытаетесь что-то сказать человеку, находящемуся на некотором расстоянии от вас. Если до него 5 метров, то он услышит ваш голос (сигнал) четко и громко, однако если до него 50 метров, то он с трудом поймет, о чем вы ему кричите. Такое ослабление сигнала с расстоянием называется затуханием сигнала
Затухание является причиной того, что в спецификациях различных сетевых архитектур указывается ограничение на длину кабеля. Если это ограничение соблюдается, то эффект затухания не повлияет на нормальную работу канала связи.
При увеличении частоты затухание увеличивается, потому что, чем выше частота сигнала, тем интенсивнее рассеивание его электромагнитной энергии в окружающее пространство. При увеличении частоты сам провод превращается из носителя сигнала в антенну, рассеивающую его энергию в пространство.
Сигналы в волоконно-оптическом кабеле тоже подвержены затуханию. Две главные причины — поглощение светового луча примесями в стекле и рассеивание луча вследствие небольших изменений оптической плотности стекла, образовавшихся при его производстве. Однако волоконно-оптические кабели могут передавать сигнал на значительно большее расстояние, чем медные кабели, причем без уменьшения его мощности до недопустимого уровня.
Пропускная способность
Пропускная способность канала коммуникации обычно измеряется в мегабитах в секунду (Мбит/с). На пропускную способность влияет тир сигнала, тип среды и расстояние, на которое передается сигнал.
Понятия высокой и низкой пропускной способности весьма относительны. Например, пропускная способность Ethernet lOBaseT, равная 10 Мбит/с, кажется очень высокой по сравнению с пропускной способностью телефонного модема (50 Кбит/с), в то же время она кажется удручающе низкой по сравнению Gigabit Ethernet (1 Гбит/с) или с высокоскоростными соединениями глобальных сетей, такими как SONET и ATM.
Важным критерием при выборе типа кабеля и архитектуры сети является требующаяся (как сейчас, так и в будущем) пропускная способность.
Планирование роста сети
На этапе планирования сети необходимо помнить, что пропускная способность — это такой ресурс, которого всегда оказывается недостаточно. Покупка оборудования с более высокой пропускной способностью, чем необходимо сейчас, является хорошим вложением капитала: дополнительные затраты обязательно окупятся.
Компьютерные и коммуникационные технологии развиваются быстрыми темпами. В 1980-х годах типичные каналы глобальных сетей имели пропускную способность 10 Кбит/с, а локальных — 2,5 Мбит/с. Тогда никто даже не предполагал, что когда- нибудь понадобится передавать что-нибудь со скоростью, большей 100 Мбит/с Ведь еще не существовали такие технологии, как видеоконференции, передача голоса, или передача больших файлов, которые сейчас широко распространены
Проложить кабель с увеличенной пропускной способностью значительно легче и дешевле, чем потом заменять кабель новым Допустим, вы устанавливаете сеть 10BaseT, для кото- Рои достаточно кабеля категории 3 с пропускной способностью 10 Мбит/с. Купив кабель категории 3, а не категории 5, вы сэкономите несколько долларов. Однако через несколько лет, когда понадобится модернизировать сеть до 100 Мбит/с (а это случится почти наверняка), вам придется заменять все кабели. Это обойдется значительно дороже, чем если бы вы сразу купили и установили кабель категории 5.
Методы доступа к сети
Существует несколько различных методов доступа, соответствующих разным архитектурам и топологиям сети. Наибольшее распространение получили следующие методы:
-
CSMA/CD;
-
SCMA/CA;
-
передача маркера (эстафетный доступ);
-
приоритеты запросов.
Метод CSMA/CD
В настоящее время самый распространенный метод управления доступом в локальную сеть — это CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection — множественный доступ с контролем носителя и обнаружением конфликтов). Распространенность метода CSMA/CD в значительной степени обусловлена тем, что он используется в наиболее распространенной в настоящее время архитектуре Ethernet.
Это весьма быстродействующий и эффективный метод предоставления доступа к кабелю Ethernet. Чтобы понять, как он работает, рассмотрим отдельно фрагменты его названия.
-
Контроль носителя. Когда компьютер собирается передать данные в сеть методом CSMA/CD, он должен сначала проверить, передает ли в это время по этому же кабелю свои данные другой компьютер. Другими словами, проверить состояние носителя: занят ли он передачей других данных.
-
Множественный доступ. Это означает, что несколько компьютеров могут начать передачу данных в сеть одновременно.
-
Обнаружение конфликтов. Это главная задача метода CSMA/CD. Когда компьютер готов передавать, он проверяет состояние носителя. Если кабель занят, компьютер не посылает сигналы. Если же компьютер не слышит в кабеле чужих сигналов, он начинает передавать. Однако может случиться, что кабель прослушивают два компьютера и, не обнаружив сигналов, начинают передавать оба одновременно. Такое явление называется конфликтом сигналов.
Когда в сетевом кабеле сигналы конфликтуют, пакеты данных разрушаются. Однако еше не все потеряно. В методе CSMA/CD компьютеры ждут на протяжении случайного п- риода временш посылают эти же сигналы повторно. Почему промежуток времени должен быть случайным? Если оба компьютера будут ждать некоторое фиксированное количество миллисекунд, то их времена ожидания могут совпасть и все повторится сначала. Компьютер, который первым повторяет передачу пакета (у которого случайный период времени оказался меньшим), как бы "выигрывает" доступ к сети в рулетку.
Вероятность конфликтов невелика, так как они происходят, только если совпадают начала пакетов, т.е. весьма короткие отрезки времени. Поскольку сигналы передаются с высокой скоростью (в Ethernet — 10 или 100 Мбит/с), производительность остается высокой.
Реализация метода CSMA/CD определяется спецификациями IEEE 802.3.