Физический уровень передачи данных

1.

Физический
уровень передачи
данных
1

2.

Сетевые
характеристики

3.

Понятие
качества
обслуживания
можно
трактовать очень широко, включая в него все
возможные и желательные для пользователя
свойства
сети
и
поставщика
услуг,
поддерживающего работу этой сети
Для того чтобы пользователь и поставщик услуг
могли более конкретно обсуждать проблемы
обслуживания и строить свои отношения на
формальной
основе,
существует
ряд
общепринятых
характеристик
качества
предоставляемых сетью услуг.

4.

Типы характеристик
Все множество характеристик качества
транспортных услуг сети можно отнести
к одной из следующих групп:
• производительность;
• надежность;
• безопасность;
• характеристики,
имеющие
только для поставщика услуг.
значение

5.

• Долговременные
характеристики
определяются на промежутках времени от
нескольких месяцев до нескольких лет. Эти
параметры
сети
прямо
влияют
на
характеристики качества услуг сети

6.

• Среднесрочные
характеристики
определяются на интервалах времени от
нескольких секунд до нескольких дней, как
правило, включающих обслуживание большого
количества пакетов

7.

• Краткосрочные
характеристики относятся
к темпу обработки отдельных пакетов и
измеряются
в
микросекундном
и
миллисекундном диапазонах

8.

Для анализа и обеспечения требуемого
уровня
краткосрочных
характеристик
разработано большое количество методов,
получивших название методов контроля и
предотвращения перегрузок

9.

Производительность

10.

Передача пакетов идеальной сетью

11.

Передача пакетов реальной сетью

12.

Существуют
различные
характеристики
производительности сети (называемые также
метриками производительности сети)
Нельзя в общем случае говорить, что одни из
этих характеристик более, а другие − менее
важные.
Относительная
важность
характеристик зависит от типа приложения,
трафик которого переносит сеть.

13.

Схема активных измерений

14.

Основные
характеристики
кабелей
14

15.

Основными
параметрами
электрических
кабелей,
представляющими
практический
интерес
и
нормируемыми
действующими
редакциями стандартов, являются:
• затухание (коэффициент затухания);
• перекрестные
наводки на ближнем
(NEXT) и дальнем конце (FEXT);
конце
• импеданс (волновое сопротивление);
• активное сопротивление;
• емкость;
• диаметр или площадь сечения проводника.
15

16.

Затухание сигнала – уменьшение мощности
(амплитуды) сигнала при передаче между двумя
точками.
Является одним из основных параметров,
учитываемых при проектировании канала связи
и расчета максимальной длины кабеля.
16

17.

Перекрестные наводки на ближнем конце
(NEXT) и дальнем конце (FEXT) являются
результатом
интерференции
сигналов,
передаваемых по соседним парам проводников.
Значения NEXT и FEXT зависят от частоты
сигнала.
17

18.

Импеданс – это полное (активное и
реактивное) сопротивление в электрической
цепи, измеряется в Омах и является
относительно
постоянной
величиной
для
кабельных систем (в области высоких частот
(свыше 100 МГц) импеданс зависит от частоты).
18

19.

Активное
сопротивление
–
это
сопротивление
постоянному
току
в
электрической цепи. В отличие от импеданса
активное сопротивление не зависит от частоты
и возрастает с увеличением длины кабеля.
19

20.

Емкость – это свойство
проводников
накапливать
энергию.
металлических
электрическую
Этот параметр является нежелательным.
Чем меньше значение емкости в кабеле, тем
лучше, т.к. высокое значение приводит к
искажению сигнала и ограничивает полосу
пропускания канала связи.
20

21.

Диаметр
или
площадь
сечения
проводника в европейских и международных
стандартах указывается в миллиметрах.
В современных компьютерных сетях для
медных проводников принято использовать
американскую систему маркирования AWG
(American Wire Gauge, американский калибр
проводов), которая вводит некоторые условные
типы
проводников,
например:
наиболее
употребительные 22AWG, 24AWG, 26AWG.
21

22.

Коаксиальный
кабель
Coaxial cable
22

23.

Коаксиальный кабель (Coaxial cable) –
электрический кабель, состоящий из сооснорасположенных центрального проводника и
экрана,
и
служащий
для
передачи
высокочастотных сигналов. Он характеризуется
высокой помехозащищенностью и малым
затуханием сигналов
23

24.

Конструкция:
24

25.

Твинаксиальный
кабель
Twinaxial cable
25

26.

Твинаксиальный
кабель
–
это
высококачественный электрический кабель,
похожий по конструкции на коаксиальный
кабель, но содержащий два внутренних
проводника.
Диаметр проводников кабеля лежит в
диапазоне от 30 AWG до 24 AWG. Его волновое
сопротивление 100 Ом
26

27.

Кабель на основе
«витой пары»
Twisted pair
27

28.

Витая пара – изолированные проводники,
попарно
скрученные
между
собой
с
необходимым числом раз на единицу длины и
заключенные в пластиковую оболочку
28

29.

Попарное скручивание проводов позволяет
уменьшить воздействие перекрестных помех, так
как электромагнитные волны, излучаемые
каждым проводом, взаимно гасятся. Шаг скрутки
для разных пар различен и определен в
стандартах.
29

30.

Кабель, как правило, содержит несколько витых
пар: обычно в пучке 2, 4, 6, 8, 25, 50 или 100 пар.
Для локальных сетей чаще всего используются
кабели с четырьмя парами.
Проводники в парах изготавливаются из меди.
Они могут быть цельными (из одного провода) или
скрученными (из множества тесно прилегающих
друг к другу тонких проводков).
30

31.

Толщина проводников составляет от 0,4 до 0,6
мм в метрической системе и от 26 до 22 AWG в
американской системе AWG соответственно. В
стандартных 4-х парных кабелях в основном
используются проводники диаметром 0,51 мм
(24 AWG)
31

32.

Конструкция:
Проводники помещены в оболочку из
поливинилхлорида (PVC), полипропилена (PP)
или полиэтилена (PE). Особенно качественные
кабели имеют изоляцию из вспененного
(ячеистого) полиэтилена, который обеспечивает
низкие диэлектрические потери, или тефлона,
обеспечивающего широкий рабочий диапазон
температур.
32

33.

Неэкранированная витая пара UTP
Неэкранированный
кабель
не
имеет
дополнительного
экрана,
обеспечивающего
защиту от электромагнитных наводок и
несанкционированного прослушивания.
33

34.

Экранированная витая пара STP
Экранированные
кабели
имеют
дополнительную защиту. Существует несколько
разновидностей
кабелей
на
основе
экранированной витой пары:
• экранированная
Twisted Pair);
витая
пара
(STP,
Shielded
• защищенная витая пара (ScTP, Screened Twisted
Pair);
• защищенная экранированная витая пара (SSTP,
Screened Shielded Twisted Pair).
34

35.

Фольгированная витая пара F/UTP
В защищенной
неэкранированных
внешний экран.
витой паре
пар имеется
вокруг всех
один общий
Существует несколько разновидностей кабеля.
• В кабеле F/UTP экран сделан из фольги.
• В кабеле S/UTP экран сделан в виде проволочной
оплетки.
• В кабеле SF/UTP имеется два внешних экрана из
фольги и медной оплетки.
35

36.

Защищенная экранированная
витая пара S/FTP
Защищенная экранированная витая пара
является полностью экранированной. Имеется как
отдельный экран вокруг каждой пары проводов,
так и общий вокруг всех пар.
Существует две разновидности этого кабеля:
• В кабеле F/FTP экраны вокруг пар и общий экран
сделаны из фольги.
•В
кабеле S/FTP экраны вокруг пар сделаны из
фольги, общий экран – медная оплетка.
36

37.

Несмотря на то, что экранирование повышает
помехозащищенность, оно делает экранированные
кабели дороже и тяжелее по сравнению с
неэкранированными. Помимо этого они требуют
правильного заземления.
Поэтому в локальных сетях, работающих на
скоростях 100 или 1000 Мбит/с, применяются в
основном неэкранированные кабели. Однако стоит
отметить, что для высокоскоростных сетей 10
Гбит/с, 40 Гбит/с, 100 Гбит/с стандарты определяют
использование только экранированных кабелей.
37

38.

Кабели на основе витой пары подразделяются
на категории в зависимости от своей полосы
пропускания. При этом, чем выше категория, тем
большую полосу пропускания имеет кабель и тем
лучше его характеристики.
Максимальное расстояние передачи по кабелю
на основе витой пары равно 100 м, если не
существует
каких-либо
ограничений
соответствующего стандарта
38

39.

Полос
Назван
Название
а
Скорость
ие
Прилож Дополнения и
EIA/TIAпропу
передачи
ISO/IEC
ения
комментарии
568
скани
данных
11801
я
10BASEдо 100Мбит/с
T,
4-х парный
при
100BASE кабель UTP.
Category
использовании 2
до 125
-TX
Наиболее
5e
пар
МГц (2 пары ) распространен в
(Cat. 5е)
до 1Гбит/с при
1000BAS современных
использовании 4
E-T
сетях.
пар
(4 пары )
39

40.

Волоконнооптический
(оптоволоконный)
кабель
Optical Fiber
40

41.

Волоконно-оптический кабель, в медных
кабелей, передает не электрические, а световые
сигналы. Особенности оптоволокна делают его
идеальной средой для передачи значительного
объема информации при больших скоростях на
длинные расстояния.
41

42.

Преимущества оптического кабеля заключаются
в высокой пропускной способности, высокой
помехозащищенности,
хорошей
защите
от
несанкционированного доступа, малом диаметре,
небольшом весе, отсутствии необходимости в
заземлении и большой дальности передачи.
К недостаткам оптических кабелей можно
отнести сложность монтажа и высокую стоимость
оптических сетевых устройств.
42

43.

Конструкция:
Волоконно-оптический кабель – это среда
передачи, состоящая из оптических волокон,
заключенных в защитную внешнюю оболочку.
Для обеспечения необходимой механической
прочности и предотвращения больших механических
напряжений
в
волоконно-оптическом
кабеле
вводятся специальные силовые элементы. Силовые
элементы размещаются в центре (для большей
гибкости) и на периферии (для большей стойкости к
ударам и растягивающим нагрузкам).
43

44.

Оптические волокна
основные группы:
делятся
на
две
• многомодовые (Multi-Mode optical Fiber, MMF)
• одномодовые (Single-Mode optical Fiber, SMF)
44

45.

Многомодовые
двух видов:
волокна
изготавливают
• со ступенчатым изменением показателя
преломления;
• с плавным изменением показателя
преломления.
45

46.

Волокно со ступенчатым профилем состоит из
сердечника
с
постоянным
показателем
преломления на всем сечении, окруженного
оболочкой с другим постоянным на всем сечении
показателем преломления. Из-за скачкообразного
изменения
показателя
преломления
свет
отражается от поверхности сердечник/оболочка и
проходит внутри сердечника.
У
волокон
со
ступенчатым
профилем
значительная дисперсия, что сильно ограничивает
полосу пропускания.
46

47.

У многомодового волокна с плавным профилем
показатель преломления сердечника постепенно
меняется на протяжении его сечения. В центре
сердечника
показатель
преломления
максимальный; он постепенно снижается к краям
сердечника.
Из-за
плавного
изменения
показателя преломления световые лучи по мере
продвижения по сердечнику искривляются и
образуют в волокне набор синусоидальных
световых волн.
47

48.

Одномодовое волокно представляет собой
волокно со ступенчатым профилем показателя
преломления. По сравнению с многомодовым
одномодовое волокно имеет очень маленький
диаметр сердечника (5-10 мкм, диаметр
оболочки одномодового волокна 125 мкм),
который сравним с длиной световой волны. В
таком волокне распространяется только одна
мода.
Это устраняет межмодовую дисперсию и
увеличивает
пропускную
способность
одномодового волокна. Пропускная способность
одномодового волокна превышает 10 Гбит/с.
48