1. Глава 3. Физический уровень сети пакетной коммутации

2. 3.1. Архитектура физического уровня

Физический уровень является самым нижним уровнем эталонной модели ОSI и обеспечивает физическую и электрическую связь на участке абонентского доступа и в транспортной сети между узлами коммутации.

Основными топологиями физического уровня являются “точка-точка” и “точка-многоточие”. В первом варианте (рис. 3.1, а) два взаимодействующих устройства составляют одну связь. Эта связь может быть дуплексной, симплексной и полудуплексной. При дуплексной передаче обе стороны могут передавать и принимать данные когда угодно и даже делать это одновременно.

Р ис. 3.1. Основные топологии физического уровня: а) “точка-точка”; б) “точка-многоточие”

При симплексной передаче одно из устройств может только передавать данные, а второе только принимать. Направление передачи никогда не может измениться. Примером может служить вещательное телевидение. При полудуплексной передаче любое из устройств может быть как передатчиком, так и приемником, но никогда не может находиться в обоих состояниях одновременно. Примером может быть локальная вычислительная сеть (ЛВС) стандарта Ethernet. В такой системе передача в одном направлении должна быть завершена, прежде чем может начаться передача в другом направлении. Вариант “точка-многоточие” (рис. 3.1, б) применяется в сотовой сети связи GSM при определении базовой станции вызываемой мобильной станции (с тем, чтобы не опрашивать поочередно все мобильные станции соты).

На рис. 3.2, а), b), c), d) приведены другие топологии физического уровня (“кольцо”, “звезда”, “шина” и “точка-точка” параллельно по нескольким каналам), которые являются вариантами приведённых основных топологий. Возможно два варианта передачи данных между двумя станциями по нескольким каналам связи (рис. 3.2, d). В первом случае один канал является основным, а второй – резервным (в горячем резерве). В этом случае передача всех данных осуществляется по основному каналу, а при его неисправности по резервному. Во втором случае производится передача параллельно по двум каналам либо одних и тех же данных, либо с разделением нагрузки (часть данных станции передаётся по одному каналу, а часть по-другому). Это обеспечивает более высокую скорость передачи. В случае передачи с разделением нагрузки при неисправности одного из каналов все данные станции передаются по оставшемуся каналу.

Р ис. 3.2. Топологии физического уровня: а) “кольцо”, “б) звезда”, c)“шина” и d)“точка-точка”

1. 3.2. Физическая среда передачи информации

На физическом уровне в современных технологиях сетей применяется одни из четырех типов среды передачи:

5. металлический симметричный кабель с медными жилами, состоящий из различного числа “витых пар”;

6. коаксиальный кабель (подобный кабелю, используемому в телевизионных сетях с антенной общего пользования);

7. волоконно-оптический кабель;

8. окружающее пространство (используется при организации беспроводной передачи данных).

Рассмотрим кратко характеристики физической среды передачи данных с точки зрения пропускной способности и помехозащищенности.

Кабель “витая пара” состоит из двух изолированных проводников, перевитых между собой. Помехозащищенность пары выше, чем если бы два проводника не были скручены. По сравнению с другими средами передачи данных помехозащищенность и пропускная способность меньше.

По сравнению с “витой парой” коаксиальный кабель позволяет большую пропускную способность и обладает большей помехозащищенностью.

Оптоволоконный кабель изготавливается из кварцевого стекла и передача в нем осуществляется не электронами, а световой волной. Волоконно-оптический кабель имеет большое преимущество перед всеми остальными кабелями как в части пропускной способности (до нескольких Терабит в секунду), так и в части помехозащищенности.

Первичная сеть представляет собой совокупность каналов и трактов передачи, образованных оборудованием узлов и линий передачи, соединяющих эти узлы.

Следует отметить большое количество устаревшей техники связи России, использующей симметричный и коаксиальный кабели. Эти кабели известны не только более низкими показателями пропускной способности и помехозащищенности по сравнению с волоконно-оптическими кабелями, но и дороговизной по многим показателям (прокладка, обслуживание и др.). На первичных сетях продолжают использовать линии связи, построенные на металлических кабелях, симметричных кабелях в свинцовой, алюминиевой или стальной оболочках с емкостью, в основном, четыре и семь четверок с медными жилами диаметром 1,2 мм. С 1996 года в России все новое строительство междугородних и международных линий связи осуществляется на волоконно-оптических кабелях.

Система спутниковой связи России играет важную роль в организации каналов связи для междугородных сетей связи (особенно в труднодоступных и удаленных регионах страны).