Ноу Інти, лекція, фізичний рівень моделі osi

3.3. безпровідного середовища

Безпровідного середовища утворюється сукупністю радіоканалів, згрупованих в кілька частотних діапазонів. Три частотні діапазони: 900 МГц, 2,4 ГГц і 5 ГГц рекомендовані ITU для використання в промисловості, науці та медицині (Industrial. Scientific. Medical - ISM) і не потребують ліцензування. У зазначених частотних діапазонах і будується більшість бездротових локальних і глобальних мереж зв'язку. Більш низький частотний діапазон збільшує відстань передачі і покращує поширення радіохвиль усередині будівель. Однак число каналів і, отже, користувачів при цьому знижується.

Техніка модуляції широкосмугових сигналів дозволяє підвищити перешкодозахищеність при зосереджених перешкодах високого рівня і низькому рівні сигналу. На практиці широко застосовують технології Пряме послідовне розширення спектра (Direct Sequence Spread Spectrum - DSSS) і Ортогональное частотне мультиплексування (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM). Пристрої, що використовують OFDM. мають більш високу швидкість передачі даних. Однак пристрої з модуляцією DSSS - простіше і дешевше. Мультиплексування каналів проводиться на основі техніки, званої Множинним доступом з кодовим поділом (Code Division Multiple Access - CDMA).

В даний час широко застосовуються бездротові мережі, які реалізують з'єднання абонентів через бездротові точки доступу (Wireless Access Point - WAP). При цьому абоненти (хости) повинні комплектуватися бездротовими мережевими картами. В свою чергу. бездротові точки доступу можуть з'єднуватися з іншими мережевими пристроями, а саме комутаторами або маршрутизаторами, за допомогою кабелів, утворюючи досить розгалужену мережу.

Бездротова (wireless) понеділок регламентується набором стандартів, які відрізняються частотним діапазоном, швидкістю передачі даних і відстанню.

Стандарт IEEE 802.11 (Wi-Fi) є основним стандартом бездротових локальних мереж (Wireless LAN - WLAN). Параметри бездротових мереж в значній мірі визначаються використовуваної технікою модуляції. Основні параметри технологій стандарту 802.11 (Wi-Fi) наведені в таблиці 3.2.

Стандарт IEEE 802.11a регламентує роботу WLAN -устройств в частотному діапазоні 5 ГГц. Швидкість передачі - до 54 Мбіт / с, а в деяких випадках - до 108 Мбіт / с. У виробничих технологічних мережах швидкість передачі зазвичай оцінюється в 20-26 Мбіт / с. Використання високочастотного діапазону 5 ГГц стандарту 802.11a обмежує відстань передачі і поширення радіохвиль усередині будівель. Застосовуваний вид модуляції - OFDM. Пристрої стандарту 802.11a не можуть взаємодіяти з пристроями стандарту 802.11b і 802.11g. оскільки останні працюють в діапазоні 2,4 ГГц.

В даний час пристрої стандарту 802.11b і 802.11g набули широкого поширення. Пристрої стандарту 802.11b функціонують в частотному діапазоні 2,4 ГГц і характеризуються швидкістю передачі до 11 Мбіт / с; вид модуляції - DSSS.

Пристрої стандарту 802.11g є сумісними з пристроями 802.11b. оскільки працюють в тому ж частотному діапазоні 2,4 ГГц. У пристроях цього стандарту може використовуватися як техніка модуляції OFDM. так і DSSS. При техніці модуляції OFDM швидкість передачі даних така ж, як в пристроях стандарту 802.11a (до 54 Мбіт / с). При техніці модуляції DSSS швидкість передачі даних - до 11 Мбіт / с. В даний час розроблені точки доступу, які дозволяють пристроям стандартів 802.11b і 802.11a співіснувати в одній бездротовій мережі WLAN. Точка доступу надає послуги шлюзу (gateway) для зв'язку пристроїв двох різних стандартів. Більш низький частотний діапазон збільшує відстань передачі і покращує поширення радіохвиль усередині будівель в порівнянні з 802.11a.

Переваги частотного діапазону 2,4 ГГц зумовили велику кількість користувачів, що призводить до його перевантаження і взаємному впливу пристроїв.

Нові пристрої стандарту 802.11n здатні працювати в частотному діапазоні як 5 ГГц, так і 2,4 ГГц. Значення швидкості передачі - від 100 до 210 Мбіт / с.

Таблиця 3.2. Параметри стандартів Wi-Fi бездротової середовища передачі

Стандарт (частотний діапазон)

Крім мереж вищенаведених стандартів створюються і експлуатуються мережі стандарту IEEE 802 .15 (Wireless Personal Area Network - WPAN), або Bluetooth. які є прикладом персональних мереж (Personal Area Network - PAN). Крім того, існують мережі стандарту IEEE 802 .16 (Worldwide Interoperability for Microwave Access - WiMAX), які забезпечують широкосмуговий зв'язок на значно більшу відстань у порівнянні з вищенаведеними технологіями.

3.4. топологія мереж

Об'єднання мережевих вузлів і станцій в мережу зв'язку реалізується на основі різних топологій. Топології локальних і глобальних мереж різняться.

Слід розрізняти фізичну і логічну топологію мережі. Фізична топологія представляє собою найбільш загальну структуру мережі і відображає схему з'єднання мережевих елементів кабелями зв'язку. Логічна топологія показує, як по мережі передаються певні одиниці інформації.

У локальних мережах найпоширенішими є такі фізичні топології (рис. 3.6): шина (bus), зірка (star), розширена зірка (extended star), кільце (ring), а також полносвязная топологія. де всі вузли пов'язані між собою (mesh topology) індивідуальними лініями.

Колективна (shared) лінія, або середовище передачі даних. коли користувачі ділять лінії зв'язку між собою, знижує вартість мережі. Але в кожен момент часу лінією може користуватися тільки одна пара абонентів. через що можуть виникнути черги, а також колізії.

Топологія на основі шини (bus) характеризується тим, що передачу даних в даний момент часу може вести тільки один вузол. Очікування своєї черги на передачу даних є недоліком цієї топології. При виході якогось вузла з ладу вся інша мережа буде функціонувати без змін. Іншими достоїнствами топології є економне витрачання кабелю, простота, надійність і легкість розширення мережі.

Топологія "зірка" (star) вимагає застосування центрального пристрою. Вихід з ладу одного вузла не вплине на працездатність іншої мережі. Мережа легко модифікується шляхом підключення нових вузлів. З недоліків можна відзначити вразливість центру і збільшена витрата кабелю в порівнянні з шинної топологією.

При використанні топології "кільце" (ring) сигнали передаються в одному напрямку від вузла до вузла. При виході з ладу будь-якого вузла припиняється функціонування всієї мережі, якщо не передбачений обхід вийшов з ладу вузла.

Мал. 3.6. Фізичні топології локальних мереж

Логічна топологія мережі визначає, як вузли спілкуються через середу, т. Е. Як забезпечується управління доступом до середовища. Найбільш відомі логічні топології: "точка-точка" (point-to-point), множинного доступу (multi access), широковещательная (broadcast) і маркерная (token passing).

Топологія множинного доступу характерна для Ethernet-мереж, реалізованих на багатопортових повторителях (hub). Доступ до поділюваної загальної шині мають всі вузли, але в кожен момент часу передавати дані може тільки один вузол. При цьому інші вузли можуть тільки "слухати".

Використання широкомовної топології визначає, що кожен вузол посилає свої дані всім іншим вузлам мережевий середовища. При цьому невідомо, які станції функціонують.

Маркерна логічна топологія. так само як топологія множинного доступу реалізує поділ загального середовища. Однак якщо в топології multi access Ethernet - мереж доступ до середовища випадковий (детермінований), то в маркерной топології доступ до середовища детермінований. Електронний маркер (token) послідовно передається кожному вузлу, зазвичай по кільцю. Вузол, який отримав маркер, може передавати дані в мережу. Якщо у вузлі немає даних для передачі, то він передає маркер наступному вузлу і процес повторюється. Топологію token passing використовують мережі Token Ring і Fiber Distributed Data Interface (FDDI).

Фізична і логічна топології мережі можуть бути однаковими або різними. Наприклад, широко відома мережева технологія Ethernet може використовувати концентратори (hub) і кабель "вита пара" (рис. 3.7).

Мал. 3.7. Топологія: фізична - "зірка", логічна - "шина"

Фізична топологія на рис. 3.7 представляє собою "зірку". оскільки всі комп'ютери підключені до центрального пристрою - концентратора (hub). Логічна ж топологія - "шину". оскільки всередині концентратора всі комп'ютери під'єднані до загальної магістралі.

На практиці широко використовується комбінація топологій. Наприклад, (рис. 3.8) ядро ​​мережі містить вузли комутації (КК1, ... УК5), об'єднані для підвищення надійності та відмовостійкості по полносвязной топології. В цілому топологія мережі являє собою розширену зірку або радіально вузловий спосіб побудови мережі, коли кінцеві пункти (ОП) підключені до вузлів У, які, в свою чергу. з'єднані з вузлами комутації КК ядра мережі.

Мал. 3.8. Мережа зв'язку з комбінованою топологією

короткі підсумки

1. Як середовище передачі в мережах передачі даних використовують коаксіальний кабель. неекрановану (UTP) і екрановані (STP) виту пару (симетричний кабель), оптоволоконний кабель. бездротові радіоканали.
2. Кабель UTP містить чотири пари скручених мідних проводів, тому використовується роз'єм (коннектор) 8P8C, що має 8 контактів.
3. Кабель UTP широко використовується в локальних мережах Ethernet. Fast Ethernet. Gigabit Ethernet. забезпечуючи передачу сигналів на відстань до 100 м.
4. Для з'єднання пристроїв між собою використовуються прямий, кросовий і консольний кабелі.
5. Волоконно-оптичні кабелі характеризуються відсутністю перехресних перешкод і електромагнітних завад від зовнішніх джерел. Це дозволяє передавати сигнали на більшу відстань у порівнянні з симетричним мідним кабелем.
6. Одномодове волокно оптичних кабелів в порівнянні з багатомодовим має більш високу швидкість передачі даних і більшу відстань.
7. Передача даних через оптичне волокно виробляється на довжинах хвиль 850, 1310 або 1550 нм.
8. Безпровідного середовища утворюється сукупністю радіоканалів, згрупованих в частотних діапазонах 900 МГц, 2,4 ГГц і 5 ГГц.
9. Стандарт IEEE 802.11 (Wi-Fi) є основним стандартом бездротових локальних мереж.
10. Об'єднання мережевих вузлів і станцій в мережу зв'язку реалізується на основі різних топологій. Слід розрізняти фізичну і логічну топологію мережі.

вправи

1. Вкажіть швидкості і дальність передачі симетричних мідних кабелів.
2. Зобразіть схеми прямого, кросового та консольного кабелів.
3. Поясніть умови, при яких виникає повне внутрішнє віддзеркалення в волокні оптичного кабелю.
4. Вкажіть основні параметри стандартів Wi-Fi бездротової середовища передачі.
5. Покажіть основні фізичні топології локальних мереж.
6. Наведіть приклад, коли при однаковій структурній схемі мережі фізична і логічна топології будуть різні.