Физические среды передачи данных

1.

МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ,
СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Санкт – Петербургский государственный университет телекоммуникаций
им. проф. М.А. Бонч-Бруевича»
Специальность: 09.02.07 «Информационные системы и программирование»
ОП.11 КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ
Преподаватель
Рожков А.И.
Санкт-Петербург 2024

2.

Лекция. Физические среды передачи данных
План занятия:
1. Типы сетей, линий и каналов связи.
2. Типы кабелей и их характеристики. Сравнения кабелей. Соединители,
коннекторы для различных типов кабелей.
3. Инструменты для монтажа и тестирования кабельных систем.
4. Беспроводные среды передачи данных.

3.

1. Типы сетей, линий и каналов связи.
Существует два способа классификации линий связи – по типу
используемой среды передачи данных и по виду передаваемых
сигналов.
Классификация по типу используемой среды передачи

4.

Информация в компьютерных сетях передается с применением
электромагнитных волн. Электрический ток, свет, радиосигналы,
инфракрасное излучение – все это виды электромагнитных волн. Они
могут распространяться по проводам или без проводов, отсюда две
основные группы линий связи.
Классификация по виду передаваемых сигналов

5.

Аналоговый
(непрерывный)
сигнал – это сигнал, принимающий
бесконечное
число
значений
за
конечный интервал времени.
Цифровой (дискретный) сигнал –
это сигнал, принимающий конечное
число значений за конечный интервал
времени.

6.

2. Типы кабелей и их характеристики. Сравнения
кабелей.
Соединители,
коннекторы
для
различных типов кабелей.
Медный кабель является наиболее распространенным типом
кабелей, используемых в сетях сегодня. Существует три различных
типа медных кабелей, каждый из которых используется в конкретных
ситуациях.
Данные по медным кабелям передаются в виде электрических
импульсов. Чем больше дальность передачи сигнала, тем сильнее он
искажается. Это называется затуханием сигналов. Поэтому для всех
средств подключения на основе медных кабелей в стандартах
установлены строгие ограничения на дальность передачи.

7.

Временные характеристики и значения напряжения электрических
импульсов подвержены влиянию помех:
• Электромагнитные помехи (ЭМП) или радиочастотные помехи
(РЧП). Сигналы ЭМП и РЧП могут искажать и нарушать сигналы
данных, передаваемые по медному кабелю. Потенциальными
источниками ЭМП и РЧП являются источники радиочастотного
излучения
и
электромагнитные
устройства,
например
флуоресцентные лампы или электродвигатели.
• Переходные помехи - это помехи, вызванные воздействием
электрических или магнитных полей сигнала одного кабеля на
сигнал соседнего кабеля. В телефонных каналах переходные
помехи могут приводить к частичной слышимости постороннего
разговора по соседнему каналу. Причина этого в том, что при
прохождении электрического тока по проводу вокруг него создается
слабое круговое магнитное поле, которое может воздействовать на
соседний провод.

8.

Для защиты от вредного влияния ЭМП и РЧП некоторые типы
медных кабелей обернуты металлической экранирующей
оболочкой. Такие кабели требуют надлежащего заземления.
В некоторых типах медных кабелей провода каждой пары
скручены между собой, что обеспечивает эффективное
подавление помех.

9.

Типы медных кабелей
Для построения сетей используется три основных типа
медных кабелей:
• Витая пара
• Неэкранированная витая пара (UTP)
• Экранированная витая пара (STP)
• Коаксиальный кабель

10.

Витая пара
В кабеле витая пара (twisted pair) для передачи данных
используется пара медных проводников перевитых между собой.
Обычно в один кабель помещают четыре такие пары. Перевивают
проводники для уменьшения внешних и перекрестных помех.
Существуют два основных вида витой пары:
• экранированная (shielded twisted pair, STP) – у каждой пары
имеется собственный экран; применяется этот вид редко, в тех
случаях, когда кабелю требуется дополнительная защита от
помех;
• неэкранированная (unshielded twisted pair, UTP) – применяется в
большинстве случаев.
Оба вида кабеля могут обладать общим внешним экраном. В
этом случае используется аббревиатура S/STP (Screened STP) или
S/UTP (Screened UTP).

11.

Для соединения кабелей с оборудованием используются
вилки и розетки RJ-45, представляющие собой 8-контактные
разъемы, похожие на обычные телефонные розетки RJ-11, только
шире:
• Штекерная часть
разъема RJ-45 UTP
(Коннектор)
• Гнездовая часть
разъема RJ-45 UTP

12.

При использовании кабеля UTP компьютер подключается к розетке
через специальный короткий кабель (1–1,5 м), называемый патч-корд
(patch cord).

13.

Коаксиальный кабель
Название «коаксиальный» (coaxial) произошло от латинских слов co
– «совместно» и axis – «ось», что означает два проводника с общей
осью. Коаксиальный кабель состоит из следующих элементов:
1. Снаружи кабель защищен от повреждений кабельной оболочкой
2. Медная оплетка или металлическая фольга, окружающая слой
изолирующего материала, выступает в качестве второго провода в
цепи, а также экрана для внутреннего проводника. Этот второй
слой, называемый экраном, также снижает уровень внешних
электромагнитных помех.
3. Слой гибкой пластиковой изоляции.
4. Медный проводник - передает электрические сигналы.

14.

С коаксиальным кабелем используются различные типы разъемов.

15.

Хотя в современных сетях Ethernet коаксиальные кабели
фактически уступили место кабелям UTP, кабели коаксиальной
структуры используются в следующих областях:
• Оборудование беспроводных сетей - Коаксиальные кабели
используются для подключения антенн к устройствам беспроводной
связи. Коаксиальный кабель обеспечивает передачу энергии
радиочастотных сигналов между антеннами и радиооборудованием.
• Кабельные интернет-установки - Поставщики кабельных услуг
обеспечивают подключение к Интернету своим клиентам, заменяя
части коаксиальный кабель и опорные элементы усиления с
волоконно-оптическим кабелем. Однако соединения в помещениях
клиентов по-прежнему выполняются коаксиальными кабелями.

16.

Оптоволоконный кабель
В оптоволоконном кабеле (fiber-optic cable) информация передается
при помощи световых сигналов. Средой передачи служит специальное
стеклянное волокно.
Оптоволоконные кабели позволяют передавать данные на
большие
расстояния
и
с
более
высокой
пропускной
способностью, чем другие средства сетевого подключения.

17.

В отличие от медных проводов оптоволоконный кабель
позволяет передавать сигналы с более низким затуханием.
Такой кабель также абсолютно невосприимчив к воздействию
электромагнитных и радиочастотных помех. Оптические кабели
обычно используются для соединения сетевых устройств друг с
другом.
Существуют стандартные диаметры стекловолокна и оптической
оболочки. Диаметры оболочек кабеля обозначаются следующим
образом: 8/125 (диаметр оптического волокна, мкм / диаметр
оптической оболочки, мкм) Размер указывается в микронах.
Различают два основных вида оптоволоконных кабелей:
многомодовые и одномодовые.
Мода – это вид траектории, по которой движется свет.

18.

Одномодовый оптоволоконный кабель
SMF имеет сердечник очень малого диаметра. Для передачи луча
света требуется лазерная технология, как показано на рисунке.
SMF широко используется для организации линий связи
протяженностью несколько сот километров, например для дальней
телефонии и кабельного телевидения.

19.

Многомодовый оптоволоконный кабель
MMF имеет сердечник большего диаметра. Для передачи световых
импульсов используются светодиодные излучатели. Как показано на
рисунке, свет, излучаемый светодиодом, входит в многомодовое
волокно под разными углами.
Такие кабели популярны в локальных сетях, поскольку позволяют
использовать для работы недорогие светодиоды. Многомодовый
кабель обеспечивает пропускную способность до 10 Гбит/с на
расстоянии до 550 метров.

20.

В настоящее время оптоволоконные кабели используются в
следующих четырех областях:
• Корпоративные сети. Оптоволоконные кабели используются в
качестве магистральных кабелей и для соединений между
устройствами сетевой инфраструктуры.
• Технология «оптоволокно до квартиры» (Fiber-to-the-Home,
FTTH). Оптоволоконные кабели используются для постоянного
широкополосного доступа индивидуальных пользователей и
небольших предприятий к сети.
• Сети дальней связи. Оптоволоконные кабели используются
провайдерами услуг для международной и междугородной связи.
• Подводные
кабельные
сети.
Оптоволоконные
кабели
используются для строительства надежных высокоскоростных линий
связи, способных работать в тяжелых условиях больших глубин и
обеспечивать связь на больших расстояниях, вплоть до
трансокеанских.

21.

Существуют различные типы оптоволоконных разъемов. Тип
применяемых в сети разъемов определяется видом подключаемого
оборудования:
• ST разъем - один из первых типов коннекторов,
• Разъем SC иногда называют квадратным или
стандартным разъемом. Этот тип разъема, широко
используемый в локальных и глобальных сетях.
• Разъем LC simplex представляет собой меньшую версию
разъема SC. Он иногда называется малым или
локальным разъемом.
• Дуплексные многомодовые разъемы LC аналогичны
симплексным разъемам LC, но с использованием
дуплексного разъема.

22.

Сравнительная характеристика проводных линий связи

23.

3. Инструменты для монтажа и тестирования
кабельных систем.
Для выполнения монтажа
специальный инструмент:
кабельных
систем
существует
1. Стрипперы для удаления оболочки - облегчают удаление
наружного слоя изоляции витой пары, коаксиального либо
оптического кабеля.

24.

2. Забивные ножи для монтажа патч-панелей упрощает
прокладывание электрической проводки. С одного конца этого ножа
имеется приспособление для удобной заделки, быстрой обрезки
провода, а со второго – для заделки шнура.

25.

3. Инструмент для обжимки коннекторов (кримпер) - позволяют
присоединять провода сетевого шнура непосредственно к контактам
коннекторов.
4. Приборы для проверки правильности терминирования портов и
патч-кордов, LAN тестеры

26.

4. Беспроводные среды передачи данных.
Средства беспроводного подключения обеспечивают передачу
двоичных разрядов данных в виде электромагнитных сигналов
радиочастотного или микроволнового диапазона.
Ограничения беспроводной связи:
• Зона покрытия. Беспроводные технологии передачи данных
хорошо работают на открытых пространствах. Однако некоторые
строительные материалы зданий и сооружений, а также условия
местности могут ограничивать зону покрытия.
• Помехи. Качество беспроводных соединений восприимчиво к
помехам и может ухудшаться при работе таких обычных устройств,
как беспроводные телефоны, некоторые типы флуоресцентных
ламп, микроволновые печи, а также под влиянием других
беспроводных коммуникаций.

27.

• Безопасность. Для доступа к среде беспроводного подключения не
требуется подключаться к физическим кабелям. Поэтому доступ к
этой среде могут получать несанкционированные пользователи и
устройства. Следовательно, главным аспектом администрирования
беспроводной сети является безопасность.
• Совместный доступ к средству подключения. Сети WLAN
работают в полудуплексном режиме, что означает, что в каждый
момент времени передачу или прием может осуществлять только
одно устройство. Средства беспроводного подключения совместно
используют все беспроводные пользователи. Чем больше
пользователей одновременно подключаются к WLAN, тем меньшая
пропускная способность приходится на каждого из них.

28.

Стандарты беспроводной связи:
• Wi-Fi (IEEE 802.11) - Технология беспроводной LAN (WLAN),
которую обычно называют Wi-Fi.
• Bluetooth (IEEE 802.15) — это стандарт беспроводной
персональной сети (WPAN), широко известный как «Bluetooth».
Использует процесс сопряжения устройств на расстоянии от 1 до
100 метров.
• WiMAX (IEEE 802:16) - Более известен как протокол
широкополосной радиосвязи (WiMAX); использует топологию
«точка-многоточка»
для
обеспечения
беспроводного
широкополосного доступа.
• Zigbee (IEEE 802.15.4) - Zigbee является спецификацией,
используемой
для
передачи
данных
с
низким
энергопотреблением.
Zigbee
обычно
используется
в
промышленных средах и средах Интернета вещей (IoT).

29.

Часто беспроводная передача данных используется для
беспроводной связи устройств через локальную сеть (LAN). Как
правило, для создания беспроводной LAN требуются следующие
сетевые устройства:
• Беспроводная
точка
доступа
(AP)
концентрирует
беспроводные сигналы от пользователей. Подключается к
сетевой инфраструктуре на основе медных кабелей, например
Ethernet. Беспроводные маршрутизаторы (роутеры) для дома и
небольших предприятий в одном устройстве сочетают функции
маршрутизатора, коммутатора и точки доступа.
• Беспроводные сетевые платы - обеспечивают возможность
беспроводного подключения для каждого узла в сети.

30.

Контрольные вопросы
1. Классификация линий связи?
2. Затухание сигнала, виды помех и способы защиты от помех?
3. Типы медных кабелей?
4. Типы оптоволоконных кабелей?
5. Какие инструменты
кабельных систем?
6. Беспроводные среды
сетевые устройства?
применяются
для
передачи данных:
монтажа
и
тестирования
ограничения,
стандарты,