18. Характеристики якості транспортних послуг мережі.

В ідеалі глобальна обчислювальна мережа повинна передавати даних абонентів будь-яких типів, які є на підприємстві й мають потребу у вилученому обміні інформацією. Для цього глобальна мережа повинна надавати комплекс послуг:

передачу пакетів локальних мереж, передачу пакетів міні-комп'ютерів і мейнфреймів, обмін факсами, передачу трафіка офісних АТС, вихід у міські, міжміські й міжнародні телефонні мережі, обмін відеозображеннями для організації відеоконференцій, передачу трафіка касових апаратів, банкоматів і т.д. і т.п.

З розглянутого списку послуг, які глобальна мережа надає кінцевим користувачам, видно, що в основному вона використається як транзитний транспортний механізм, що надає тільки послуги трьох нижніх рівнів моделі OSI. Дійсно, при побудові корпоративної мережі самі дані зберігаються й виробляються в комп'ютерах, що належать локальним мережам цього підприємства, а глобальна мережа їх тільки переносить із однієї локальної мережі в іншу. Тому в локальній мережі реалізуються всі сім рівнів моделі OSI, включаючи прикладний, які надають доступ до даних, перетворять їхню форму, організують захист інформації від несанкціонованого доступу.

19. Фізична передача даних по лініях зв'язку.

Типи ліній зв'язку. Лінія зв'язку є фізичним середовищем, по якому передаються електричні інформаційні сигнали. Синонімом терміну лінія зв'язку (line) є термінканал зв'язку (channel).

Фізичне середовище передачі даних (medium) може бути кабелем, тобто набір проводів, ізоляційних і захисних оболонок і сполучних роз'ємів, а також земною атмосферу або космічним простіром, через яких розповсюджуються електромагнітні хвилі.

Залежно від середовища передачі даних лінії зв'язку розділяються на наступних

- дротяні (повітря);

- кабельні (мідні і волоконно-оптичні);

- радіоканали наземного і супутникового зв'язку.

Дротяними (повітря) лініями зв'язку є дроти без яких-небудь ізолюючих або екрануючих обплетень, що прокладені між стовпами і висять в повітрі. По таких лініях зв'язку традиційно передаються телефонні або телеграфні сигнали, але за відсутності інших можливостей ці лінії використовуються і для передачі комп'ютерних даних. Швидкісні якості і перешкодозахисність цих ліній залишають бажати  кращого. Сьогодні дротяні лінії зв'язку швидко витісняються кабельними.

Кабельні лінії є достатньо складною конструкцією. Кабель складається з провідників, увязнених в декілька шарів ізоляції: електричною, електромагнітною, механічною, а також, можливо, кліматичною. Крім того, кабель може бути оснащений роз'ємами, що дозволяють швидко виконувати приєднання до нього різного устаткування. У комп'ютерних мережах застосовуються три основні типи кабелю: кабелі на основі скручених пар мідних проводів, коаксіальні кабелі з мідною жилою, а також волоконно-оптичні кабелі.

Характеристики ліній зв'язку. До основних характеристик ліній зв'язку відносяться:

- амплітудно-частотна характеристика;

- смуга пропускання;

- загасання;

- перешкодостійкість;

- перехресні наведення на ближньому кінці лінії;

- пропускна спроможність;

- достовірність передачі даних;

- питома вартість.

Амплітудно-частотна характеристика  показує, як затухає амплітуда синусоїди на виході лінії зв'язку в порівнянні з амплітудою на її вході для всіх можливих частот передаваного сигналу. Замість амплітуди в цій характеристиці часто використовують також такий параметр сигналу, як його потужність.

Смуга пропускання (bandwidth) - це безперервний діапазон частот, для якого відношення амплітуди вихідного сигналу до вхідного перевищує деяку заздалегідь задану межу, зазвичай 0,5. Тобто смуга пропускання визначає діапазон частот синусоїдального сигналу, при яких цей сигнал передається по лінії зв'язку без значних спотворень. Знання смуги пропускання дозволяє отримати з деякою мірою наближення той самий результат, що і знання амплітудно-частотної характеристики. Як ми побачимо нижче, ширина смуги пропускання найбільшою мірою впливає на максимально можливу швидкість передачі інформації по лінії зв'язку. Саме цей факт знайшов віддзеркалення в англійському еквіваленті даного терміну (width - ширина).

Загасання (attenuation) визначається як відносне зменшення амплітуди або потужності сигналу при передачі по лінії сигналу певної частоти. Таким чином, загасання є однією крапкою з амплітудно-частотної характеристики лінії. Часто при експлуатації лінії заздалегідь відома основна частота передаваного сигналу, тобто та частота, гармоніка якої має найбільшу амплітуду і потужність. Тому достатньо знати загасання на цій частоті, щоб приблизно оцінити спотворення передаваних по лінії сигналів. Точніші оцінки можливі при знанні загасання на декількох частотах, відповідних декільком основним гармонікам передаваного сигналу.

 

Пропускна спроможність лінії (throughput) характеризує максимально можливу швидкість передачі даних по лінії зв'язку. Пропускна спроможність вимірюється в бітах в секунду - бит/с, а також в похідних одиницях, таких як кілобіт в секунду (Кбіт/с), мегабіт в секунду (Мбіт/с), гигабит в секунду (Гбіт/с) і так далі.

Вибір способу представлення дискретної інформації у вигляді сигналів, що подаються на лінію зв'язку, називається фізичним або лінійним кодуванням. Від вибраного способу кодування залежить спектр сигналів і, відповідно, пропускна спроможність лінії. Таким чином, для одного способу кодування лінія може володіти однією пропускною спроможністю, а для іншого - іншою. Наприклад, вита пара категорії 3 може передавати дані з пропускною спроможністю 10 Мбіт/с при способі кодування стандарту фізичного рівня 10Base-T і 33 Мбіт/с при способі кодування стандарту 100Base-T4.

Типи кабелів

Коаксіальний кабель (coaxial) має несиметричну конструкцію і складається з мідної жили (core), ізоляції тієї, що її оточує, екрану у вигляді металевого обплетення і зовнішньої оболонки. Якщо кабель, окрім металевого обплетення, має ще шар фольги, то він називається кабелем з подвійною екранізацією. За наявності потужних перешкод можна скористатися кабелем із збільшеною учетверо екранізацією. Він складається з подвійного шару фольги і подвійного шару металевого обплетення.

Електричні сигнали, що кодують дані, передаються по жилі. Жила - це один дріт (суцільна жила) або пучок проводів. Суцільна жила виготовляється з міді.

Жила оточена ізоляційним шаром, який відокремлює її від металевого обплетення. Обплетення грає роль заземлення і захищає жилу від електричних шумів (noise) і перехресних перешкод (crosstalk). Перехресні перешкоди - це електричні наведення, викликані сигналами в сусідніх проводах. Провідна жила і металеве обплетення не повинні стикатися, інакше відбудеться коротке замикання, перешкоди проникнуть в жилу, а дані руйнуватимуться.

Зовні кабель покритий непровідним шаром - з гуми, тефлону або пластика.

Коаксіальний кабель більш перешкодоспроможний, загасання сигналу в ньому менше, ніж у витій парі.

Існує декілька типів коаксіального кабелю, що відрізняються характеристиками і областями застосування, - для локальних мереж, для глобальних мереж, для кабельного телебачення і тому подібне Саме коаксіальні кабелі стали на початку транспортним середовищем локальних мереж ЕОМ

- RG-8 і RG-11 - «товстий» коаксіальний кабель, розроблений для мереж Ethernet 10Base-5. Має хвилевий опір 50 Ом і зовнішній діаметр 0,5 дюйма (близько 12 мм). Цей кабель має достатньо товстий внутрішній провідник діаметром 2,17 мм, який забезпечує гарні механічні і електричні характеристики. Монтується важко -  погано гнеться.

- RG-58/U, RG-58 A/U і RG-58 C/U - різновиди «тонкого» коаксіального кабелю для мереж Ethernet 10Base-2. Всі ці різновиди кабелю мають хвилевий опір 50 Ом, але володіють гіршими механічними і електричними характеристиками в порівнянні з «товстим» коаксіальним кабелем. Тонкий внутрішній провідник 0,89 мм не так прочен, проте володіє набагато більшою гнучкістю, зручною при монтажі. Загасання в цьому типі кабелю вище, ніж в «товстому» коаксіальному кабелі, що приводить до необхідності зменшувати довжину кабелю для отримання однакового загасання в сегменті.

- RG-59 - телевізійний кабель з хвилевим опором 75 Ом. Широко застосовується в кабельному телебаченні.

 

Скручена пара проводів називається витою парою (twisted pair). Вита пара існує в екранованому варіанті (Shielded Twistedpair, STP), коли пара мідних проводів обертається в ізоляційний екран, і неекранованому (Unshielded Twistedpair, UTP), коли ізоляційна обгортка відсутня (рис. 7). Скручування проводів знижує вплив зовнішніх перешкод що наводяться сусідніми парами і іншими джерелами, наприклад, двигунами, реле і трансформаторами, на корисні сигнали, передавані по кабелю. 

Мідний неекранований кабель UTP залежно від електричних і механічних характеристик розділяється на 5 категорій (Category 1 - Category 5):        

- Категорія 1. Традиційний телефонний кабель, по якому можна передавати тільки мову, але не дані.

- Категорія 2. Кабель, здатний передавати дані з швидкістю до 4 Мбіт/с. Складається з чотирьох витих пар.

- Категорія 3. Кабель, здатний передавати дані з швидкістю до 10 Мбіт/с. Складається з чотирьох витих пар з дев'ятьма витками на метр.

- Категорія 4. Кабель, здатний передавати дані з швидкістю до 16 Мбіт/с. Складається з чотирьох витих пар.

- Категорія 5. Кабель, здатний передавати дані з швидкістю до 100 Мбіт/с. Складається з чотирьох витих пар мідного дроту.

 

Безкабельні канали зв'язку

Радіоканали наземного і супутникового зв'язку утворюються за допомогою передавача і приймача радіохвиль. Існує велика кількість різних типів радіоканалів, що відрізняються як використовуваним частотним діапазоном, так і дальністю каналу. Діапазони коротких, середніх і довгих хвиль (KB, СВ і ДВ), звані також діапазонами амплітудної модуляції (Amplitude Modulation, AM) за типом використовуваного в них методу модуляції сигналу, забезпечують телекомунікацію, але при невисокій швидкості передачі даних. Швидкіснішими є канали, що працюють на діапазонах ультракоротких хвиль (УКВ), для яких характерна частотна модуляція (Frequency Modulation, FM), а також діапазонах надвисоких частот (СВЧ або microwaves). У діапазоні СВЧ (понад 4 Ггц) сигнали вже не відбиваються іоносферою Землі і для стійкого зв'язку потрібна наявність прямої видимості між передавачем і приймачем. Тому такі частоти використовують або супутникові канали, або радіорелейні канали, де ця умова виконується.

Особливість радіоканалу полягає в тому, що сигнал вільно випромінюється в ефір, він не замкнутий в кабель, тому виникають проблеми сумісності з іншими джерелами радіохвиль (радио- і телевещательными станціями, радарами, радіолюбительськими і професійними передавачами і так далі). У радіоканалі використовується передача у вузькому діапазоні частот і модуляція інформаційним сигналом сигналу частоти, що несе.

Головним недоліком радіоканалу є його поганий захист від прослуховування, оскільки радіохвилі розповсюджуються неконтрольовано. Інший великий недолік радіоканалу — слабкий перешкодозахисний.

Для локальних безпровідних мереж (WLAN — Wireless LAN) в даний час застосовуються підключення по радіоканалу на невеликих відстанях (звичайні до 100 метрів) і в межах прямої бачимості. Найчастіше використовуються два частотні діапазони — 2,4 Ггц і 5 Ггц. Швидкість передачі — до 54 Мбіт/с. Поширений варіант із швидкістю 11 Мбіт/с.

Популярна технологія Wi-Fi (Wireless Fidelity) дозволяє організувати зв'язок між комп'ютерами числом від 2 до 15 за допомогою концентратора (званого точка доступу, Access Point, АР), або декількох концентраторів, якщо комп'ютерів від 10 до 50. Крім того, ця технологія дає можливість зв'язати дві локальні мережі на відстані до 25 кілометрів за допомогою могутніх безпровідних мостів

Інфрачервоний канал також не вимагає сполучних проводів, оскільки використовує для зв'язку інфрачервоне випромінювання (подібно до пульта дистанційного керування домашнього телевізора). Головна його перевага в порівнянні з радіоканалом — нечутливість до електромагнітних перешкод, що дозволяє застосовувати його, наприклад, у виробничих умовах, де завжди багато перешкод від силового устаткування. Правда, в даному випадку потрібна досить висока потужність передачі, щоб не впливали ніякі інші джерела теплового (інфрачервоного) випромінювання. Погано працює інфрачервоний зв'язок і в умовах сильної запиленої повітря.

Швидкість передачі інформації по інфрачервоному каналу зазвичай не перевищує 5—10 Мбіт/с, але при використанні інфрачервоних лазерів може бути досягнута швидкість більше 100 Мбіт/с. Секретність передаваної інформації, як і у разі радіоканалу, не досягається. Також потрібні порівняно дорогі приймачі і передавачі.

Інфрачервоні канали діляться на дві групи:

-    канали прямої видимості, в яких зв'язок здійснюється на променях, що йдуть безпосередньо від передавача до приймача. При цьому зв'язок можливий тільки за відсутності перешкод між комп'ютерами мережі. Зате протяжність каналу прямої видимості може досягати декількох кілометрів.

-    канали на розсіяному випромінюванні, які працюють на сигналах, відбитих від стін, стелі, підлоги і інших перешкод. Перешкоди в даному випадку — не перешкода, але зв'язок може здійснюватися тільки в межах одного приміщення.