Лекция_2_СиТ_2024 (Среда передачи)

1. Среда передачи данных

Лекция по дисциплине
«Сети и телекоммуникации»
Среда передачи
данных
Руководитель лаборатории сетевых систем
и ИТ-инфраструктуры института ИТиАД ИРНИТУ:
Аношко Алексей Федорович
Telegram: @anoshko_education

2.

Что такое Сеть?
2

3.

Связность и распределенность
3

4.

OSI – физический уровень
Главная задача первого этапа — пересылка сигналов, которые представлены в виде
байтов через физические каналы связи.
Понятие среды передачи данных.
К примеру:
• оптоволокно,
• коаксиальный кабель,
• витая пара,
• беспроводная связь.
Характеристики первого уровня:
защита от помех, полосой пропускания, волновое сопротивление, вид кодирования,
уровни напряжения и скорость передачи сигнала, типы разъёмов.
4

5.

Ethernet
Кадр (Ethernet frame)
Межкадровый
интервал
Преамбула
Разделитель
кадров
МАС-адрес
получателя
МАС-Адрес
отправителя
Тип
пакета
Данные
Контрольная
сумма
CRC-32
12 октетов
(тишина)
Чередование
единиц и
нулей
(7 октетов)
1 октет
(01111110)
6 октетов
6 октетов
2
октета
46-1500
октетов
4 октета
5

6.

Медная проводная линия
коаксиальные
витой пары
1 – внутренний проводник
2 – изоляция
3 – внешний проводник (экран)
4 – оболочка
6

7.

Коаксиальный кабель
7

8.

Витая пара
8

9.

Виды витой пары
•UTP – кабель в простой оболочке, без брони или защитного экрана
(неэкранированная витая пара). Обычно прокладывается внутри помещений.
•FTP – экранированная витая пара (экран из фольги).
•STP – здесь в защитный экран помещена каждая пара проводов и между двумя
оболочками проложена броня из проволочной сетки.
•S/FTP он же SSTP – кабель с двойным экранированием. Первый оплетает
каждую пару по отдельности, второй – охватывает весь пучок.
•U/STP – аналог STP, но без внешней брони.
•SFTP – эта экранированная витая пара имеет наиболее толстый кабель из всех.
Имеет три экрана: внутренний, охватывающий парные жилы и два внешних. Один
из фольги, другой из проволочной сетки.
9

10.

Оптоволокно
Тип волокна
Многомодовое
Одномодовое
Применение: Гигабитный 220м
Ethernet
550м
550м
550м
5000м
АТМ 50 Мбит/с
2000м
2000м
2000м
2000м
50м
—
155Мбит/с
1000м
2000м
1000м
2000 м 50м
—
622 Мбит/с
300м
500м
300м
500м
—
5000м
1,062Гбит/с
175м
—
500м
—
—
10000м
2,125Гбит/с
—
—
300м
—
—
2000м
4,25 Гбит/с
—
—
100м
—
—
2000м
Fibre Channel
10

11.

Радиоволны
11

12.

Основные сведения о WLAN
12

13.

Bluetooth
основан в 1998 году. частоты : 2,402-2,48 ГГц
Bluetooth 2.0 + EDR - скорость передачи данных 2,1 Мбит/с, до сих пор используется в
недорогих гарнитурах;
Bluetooth 2.1 и Bluetooth 2.1 + EDR - то же, что и в первом случае плюс поддержка NFC
и уменьшено до 10 раз энергопотребление;
Bluetooth 3.0 + HS - значительно увеличена скорость передачи данных до 24 Мбит/с, но
возросло энергопотребление, популярности эта технология не снискала и в аудио
устройствах встречается очень редко;
Bluetooth 4.0 - уменьшено энергопотребление с сохранением скорости 24 Мбит/с встречается в относительно дорогих моделях наушников, позволяет сохранить качество
звука на высоком уровне;
Bluetooth 4.1 - появилась защита от перекрестных помех при совместной работе с LTEмодулями, установлеными во всех 4G смартфонах;
Bluetooth 4.2 - увеличение скорости и улучшена защита передачи данных, встречается в
относительно дорогих моделях наушников и аудио плеерах Hi-Fi, позволяет сохранить
качество звука на высоком уровне;
Bluetooth 5.0 - по сравнению с предыдущей версией увеличен радиус действия до 100м,
скорость увеличена до 50mbps. Поддержка нескольких устройств. Постоянно улучшается
шифрование.
13

14.

Стандарты локальных радиосетей
*) Анонсировано
**) Wi-Fi 0, 1, 2 и 3 не имеют брендирования, это общепринятое обозначение
Поколение
Стандарт IEEE
Wi-Fi 7
802.11be
Wi-Fi 6E
Wi-Fi 6
802.11ax
Максимальная
скорость
(Мбит/сек)
Год
(2024)*
2020
2019
1376 to 46120
574 to 9608
Радиочастота
(ГГц)
2.4/5/6
6
2.4/5
Wi-Fi 5
802.11ac
2014
433 to 6933
5
Wi-Fi 4
802.11n
2008
72 to 600
2.4/5
(Wi-Fi 3)**
802.11g
2003
6 to 54
2.4
(Wi-Fi 2)**
802.11a
1999
6 to 54
5
(Wi-Fi 1)**
802.11b
1999
1 to 11
2.4
(Wi-Fi 0)**
802.11
1997
1 to 2
2.4
14

15.

Зона Френеля
Огюсте́н Жан Френе́ль 10 мая 1788 — 14 июля 1827)
Например, на расстоянии 2.5 км (половина общего расстояния), диаметр первой зоны Френеля для
частот диапазона 2.4 ГГц, равен 12 метрам. Это означает, что линия прямой видимости должна
проходить на 6 метров выше любого препятствия расположенного по ходу луча.
15

16.

Тропосферная связь
На высоте примерно 10-15
км радиоволны отражаются
от верхней границы
тропосферы и
направляются в приемник.
Таким образом приемник и
передатчик могут
находиться на расстоянии
до 600 км
16

17.

NTN (NTN – Non-Terrestrial Networks – «неназемные сети»
Тип орбиты
Угол места 900
Угол места 100
Максимальная
односторонняя
задержка от
телефона до
шлюза, мс
Расстояние до
спутника (высота
орбиты), км
Задержка
сигнала от
телефона/шлюза
до спутника, мс
Расстояние до
спутника, км
Задержка
сигнала от
телефона/шлюза
до спутника, мс
LEO
600
2
1932
6
12
MEO
8000
27
11826
39
79
GEO
35786
119
40586
135
271
17

18.

NTN (NTN – Non-Terrestrial Networks – «неназемные сети»
сервисная линия – линия
связи телефон-спутник;
фидерная линия – линия
связи шлюз-спутник;
TAUE – задержка
распространения сигнала по
сервисной линии от
конкретного телефона до
спутника;
TAcommon – задержка
распространения сигнала по
фидерной линии от
наземного шлюза до
спутника, общая для всех
телефонов в зоне покрытия
спутника.
Спецификации как 3GPP TS 31.102 и 3GPP TS 23.122 требуют SIM-карту с
поддержкой «satellite NG-RAN».
Без неё спутниковая связь не заработает.
18

19.

Системы передачи данных на инфракрасном излучении
Лазерная связь
Высокая конфиденциальность связи.
Передача осуществляется узким лучом
при полном отсутствии боковых излучений.
Отсутствие необходимости в разрешениях на использование радиочастотного
спектра часто является определяющим фактором при выборе оборудования
передачи.
И, наверное, главное преимущество — отсутствие принципиальных сложностей
в ИК технологии с пределом скорости передачи. Если в радиочастотных
системах для занятия разумной ширины полосы передачи приходится
применять изощренное кодирование, которое к тому же снижает другие
характеристики системы (к примеру, отношение сигнал/шум в приемнике), то все
эти сложности не имеют никакого отношения к инфракрасным системам.
19

20.

ЛАЗЕРНЫЕ ПЕРЕДАЮЩИЕ СИСТЕМЫ
Изделие
OmniBeam
4000
OmniBeam LOO
2000
Freespace
Freespace
Turbo
TTI-400LE 10
Пропускна 34-155
я
Мбит/с
способнос
ть
10-20
Мбит/с
10-20 Мбит/с
10 Мбит/с
до 155
Мбит/с
10 Мбит/с
Расстояни
е (макс.)
до 1200 м
до 1000 м
до 450 м
до 1200 м
до 300 м
Граница
15 дБ
замирания
15 дБ
15 дБ
17 дБ мин., 17 дБ мин.,
20 дБ
20 дБ
номинально номинально
17 дБ мин.,
20 дБ
номинально
Мощность
излучения
20 мВт
20 мВт
20 мВт
20 мВт
до 1200 м
20 мВт
40 мВт
20

21.

Системы передачи данных на инфракрасном излучен
Сегодня существуют ограниченные системы Ka-диапазона для CubeSats,
высокоскоростные передатчики Astro Digital AS-10075, продемонстрировали 320 Мбит/с
в миссии Landmapper-BC 3 v2.
Хотя лазерная связь была продемонстрирована на платформе CubeSat, это все еще не
считается устоявшейся технологией на космических аппаратах.
21

22.

Структурированная кабельная система (СКС)
Структурированная кабельная система (СКС) универсальная кабельная система
здания, объединяющая в себе множество информационных сервисов, таких как
локально-вычислительные, телефонные сети, системы видеонаблюдения и т.д.
1 Основные преимущества: высокая избыточность сети(добавление новых
пользователей, без изменения кабельной проводки); допускают управление и
администрирование минимальным количеством обслуживающего персонала;
Основной недостаток: Высокая стоимость установки.
2 СКС состоит из набора медных и оптических кабелей, кросс-панелей,
соединительных шнуров, кабельных разъемов, информационных розеток и
вспомогательного оборудования. Все перечисленные элементы интегрируются в
единую систему и эксплуатируются согласно определенным правилам.
3 Рабочее место - область, где установлены технические средства пользователя,
подключенные к кабельной сети здания.
22

23.

Структурированная кабельная система (СКС)
Горизонтальная кабельная проводка – кабельные линии, соединяющие рабочее
место с коммутационным узлом этажа. Вертикальная кабельная проводка кабельные линии, соединяющие коммутационный узел этажа с
коммутационным центром здания. Магистральная подсистема - подсистема
комплекса зданий, которая может строиться из медного и/или оптоволоконного
типов кабеля, и которая объединяет кабельные системы зданий.
Коммутационный узел этажа - область, в которой сходятся линии
горизонтальной кабельной проводки, размещается коммутационное
оборудование и осуществляется администрирование кабельной системы этаж
а. Как правило, для удобства использования СКС в зданиях располагают
аппаратные и кроссовые помещения.
23

24.

Структурированная кабельная система (СКС)
Аппаратная - техническое помещение, в котором наряду с групповым
коммутационным оборудованием СКС располагается сетевое оборудование
коллективного пользования масштаба предприятия (УПАТС, серверы,
коммутаторы). Оборудуется системами пожаротушения, кондиционирования и
контроля доступа. Уровень устанавливаемых в аппаратной различных
устройств и систем инженерного обеспечения должен соответствовать уровню
монтируемого в ней компьютерного и телекоммуникационного оборудования.
24

25.

Структурированная кабельная система (СКС)
Кроссовая - помещение, в котором размещается коммутационное
оборудование СКС, сетевое и другое вспомогательное оборудование,
обслуживающее чаще всего ограниченную группу пользователей. При этом
уровень оснащения кроссовой оборудованием инженерного обеспечения ее
функционирования в целом является более низким по сравнению с
аппаратной.
25

26.

Структурированная кабельная система (СКС)
Пример структуры СКС с привязкой к зданиям: КЭ – кроссовая этажа; КЗ –
кроссовая здания; КВМ – кроссовая внешней магистрали; ИР –
информационная розетка;
26

27.

Структурированная кабельная система (СКС)
В СКС согласно международному стандарту ISO/IEC допускается
использование только: симметричных электрических кабелей на основе
витой пары с волновым сопротивлением 100, 120 и 150 Ом в
экранированном и неэкранированном ис полнении; одномодовых и
многомодовых оптических кабелей.
27

28.

Структурированная кабельная система (СКС)
В зависимости от наличия защиты определяют данные виды витой пары:
• незащищенная витая пара (UTP Unshielded twisted pair) отсутствует
защитный экран вокруг отдельной пары;
• фольгированная витая пара (FTP Foiled twisted pair) также известна как
F/UTP, присутствует один общий внешний экран в виде фольги;
• защищенная витая пара (STP Shielded twisted pair) присутствует защита в
виде экрана для каждой пары и общий внешний экран в виде сетки;
• фольгированная экранированная витая пара (S/FTP Screened Foiled twisted
pair) внешний экран из медной оплетки и каждая пара в фольгированной
оплетке;
• незащищенная экранированная витая пара (SF/UTP Screened Foiled
Unshielded twisted pair) двойной внешний экран из медной оплетки и фольги,
каждая витая пара без защиты.
В структурированных кабельных системах так же как и в ЛВС чаще всего
применяется витая пара категории 5 и 5 е.
28

29.

Структурированная кабельная система (СКС)
Избыточность по количеству подключений (возможность расширения системы).
Структура СКС должна соответствовать международным, европейским,
американским стандартам (ANSI/EIA/TIA 568, ANSI/EIA/TIA 569). Прокладку
кабелей в коридорах должна осуществляться за фальшпотолком, если таковой
имеется, а при его отсутствии - в специализированных кабель-каналах
(коробах). В рабочих помещениях подвод кабеля к рабочим местам
производится в кабель-каналах. В России при проектировании СКС, требуется
обращать внимание на СНИПы регламентирующие установку
электрооборудования и прокладку электропроводки в помещении.
29

30.

Структурированная кабельная система (СКС)
По данному плану
помещения: определить
положение
сетевых розеток
(локальная сеть,
телефония)
исходя из
соответствующих
стандартов; составить схему
проводки кабеля и
установки розеток;
- таблицу
спецификации
материалов;
30