Warstwa fizyczna sieci LAN, media transmisyjne. (1)
WARSTWA FIZYCZNA SIECI LAN
Informacje w sieciach komputerowych są zorganizowane w ciąg
bitów I, którego elementy należą do zbioru B={0,1}. Ciąg ten jest
przesyłany ze z
ródła do pewnego miejsca przeznaczenia. W tym celu
z
ródło jest wyposażone w nadajnik, a miejsce docelowe w odbiornik.
Nadajnik transformuje ciąg bitów I w przebieg czasowy pewnego
sygnału (np. elektrycznego, świetlnego, radiowego) i wprowadza go
w ośrodek zdolny do przenoszenia sygnałów tego typu. Sygnał
z
ródłowy podczas transmisji ulega opóz
nieniu, zniekształceniom oraz
modyfikacji. Różnica między sygnałem z
ródłowym, a sygnałem
odebranym powinna być na tyle mała, aby móc na podstawie analizy
sygnału odebranego wygenerować nadany ciąg bitów I.
KODOWANIE INFORMACJI
Przebieg czasowy sygnału reprezentujący nadawany ciąg bitów I jest
nazywany kodem, a proces tworzenia tego sygnału nazywamy
kodowaniem informacji z
ródłowej. Kod jest tworzony za pomocą
kilku wybranych przebiegów elementarnych o czasie trwania T,
zwanym okresem sygnalizacji.
W praktyce kody są tworzone według następujących zasad:
" Okres sygnalizacji dzieli się na odcinki (najczęściej równe), w
których poziom sygnału zachowuje stałą wartość.
" Nadajnik może wytwarzać jeden z wielu poziomów sygnału w
każdym ze zdefiniowanych wyżej odcinków czasu.
K. Walkowiak, LAN
Warstwa fizyczna sieci LAN, media transmisyjne. (2)
ZNIEKSZTAA
CENIA SYGNAA
U
Na skutek wzajemnego oddziaływania reprezentacji kolejnych bitów
odebrany sygnał słabo przypomina sygnał nadany (wraz ze
zmniejszeniem okresu sygnalizacji zwiększa się zniekształcenie
sygnału). Sygnał odebrany jest jedynie próbkowany we właściwym
momencie w środkowej 1/3 lub 1/4 okresu sygnalizacji. Stąd istotna
jest synchronizacja bitowa (precyzyjne określenie przez odbiornik
momentu rozpoczęcia i środka każdego okresu sygnalizacji).
próbkowanie sygnału
0 T 2T 3T 4T 0 T 2T 4T
3T
Sygnał nadany Sygnał odebrany
TRANSMISJA SYNCHRONICZNA
Dla transmisji synchronicznej przed właściwą informacją wysyła się
preambułę zawierającą ciąg bitów (często jest nim ciąg 0, 1, 0, 1, ...).
TRANSMISJA ASYNCHRONICZNA
W stanie bezczynnym łącze ma niski poziomem sygnału. Pierwszy bit
poprzedzony jest bitem startu o długości trwania równej okresowi T.
Następnie odbiornik próbkuje sygnał w chwilach 3/2 T, 5/2 T itd.
OGRANICZENIA TRANSMISJI DANYCH
" Długość toru transmisyjnego, przy której zniekształcenie sygnału
uniemożliwia poprawne zdekodowanie informacji.
" Bilans mocy - moc sygnału wysłanego przez nadajnik
pomniejszona o utratę mocy sygnału na skutek przejścia przez tor
transmisyjny musi być większa niż czułość odbiornika.
K. Walkowiak, LAN
Warstwa fizyczna sieci LAN, media transmisyjne. (3)
PODSTAWOWE KODY UŻYWANE W SIECIACH LAN
" NRZ (ang. Non Return to Zero).
" NRZI (ang. Non Return to Zero).
" Manchester.
" Manchester różnicowy.
DEFINICJE KODÓW
Kod Bit Poziom sygnału zakodowanego w czasie
od 0,5T do 0 od 0 do 0,5T od 0,5T do T
NRZ 1 nieistotny H H
0 nieistotny L L
1 H H H
NRZI 1 L L L
0 H L L
0 L H H
Manchester 1 nieistotny L H
0 nieistotny H L
1 H H L
Manchester 1 L L H
różnicowy 0 H L H
0 L H L
Ciąg bitów 1 0 1 1 0 0 0 1
NRZ
NRZI
Manchester
Manchester
różnicowy
K. Walkowiak, LAN
Warstwa fizyczna sieci LAN, media transmisyjne. (4)
MEDIA TRANSMISYJNE UŻYWANE W SIECIACH LAN
KABEL KONCENTRYCZNY
Kabel koncentryczny (BNC) składa się z dwóch przewodów
koncentrycznie umieszczonych jeden wewnątrz drugiego, co
zapewnia większą odporność na zakłócenia i lepszą jakość transmisji.
Zalety kabla koncentrycznego:
mało wrażliwy na zakłócenia i szumy (posiada ekran),
jest tańszy niż ekranowana skrętka,
bardziej odporny na uszkodzenia fizyczne.
Wady kabla koncentrycznego:
ograniczenie szybkości do 10Mb/s,
niewygodny sposób instalacji (terminatory, łączki T),
słaba skalowalność (problemy z dołączeniem nowej stacji),
niska odporność na awarie i trudność lokalizowania usterki.
K. Walkowiak, LAN
Warstwa fizyczna sieci LAN, media transmisyjne. (5)
KABEL TYPU SKR
TKA
Skrętka to obecnie najbardziej popularne medium w sieciach
lokalnych. Wyróżniamy kilka rodzajów skrętek:
" Kabel nieekranowany UTP (Unshielded Twisted Pair) wykonana
jest ze skręconych nieekranowanych przewodów. Skręcenie ze
splotem 1 zwój na 10 cm chroni przed oddziaływaniem
(interferencją) otoczenia.
" Kabel foliowany FTP (Foiled Twisted Pair) jest skrętką
ekranowaną za pomocą folii, z przewodem uziemiającym.
" Kabel ekranowany STP (Shielded Twisted Pair) ma ekran
wykonany w postaci oplotu i zewnętrznej koszulki ochronnej.
" Kabel foliowany z ekranem S-FTP.
" Kabel podwójnie ekranowany S-STP ma ekran dla każdej pary i
dla całego kabla.
Ekran (opcjonalny)
Skrętki
Koszulka zewnętrzna
K. Walkowiak, LAN
Warstwa fizyczna sieci LAN, media transmisyjne. (6)
Zalety skrętki:
cena i łatwość instalacji, dostępność rozwiązań i urządzeń,
akceptowana przez wiele rodzajów sieci.
Wady skrętki:
stosunkowo niska prędkość transferu danych,
instalacja sieci wymaga urządzeń aktywnych,
ograniczona długość kabla (mała odporność na zakłócenia).
KATEGORIE I KLASY OKABLOWANIA
Pasmo TIA/EIA ISO 11801 Opis
568A EN 50173
do 100 KHz kategoria 1 klasa A Usługi telefoniczne.
do 1 MHz kategoria 2 klasa B Aplikacje głosowe dotyczące
danych o małej częstotliwości.
do 16 MHz kategoria 3 klasa C  Zwykłe sieci lokalne (Ethernet,
Token Ring).
do 20 MHz kategoria 4
do 100 MHz kategoria 5 klasa D Szybkie sieci LAN (Fast Ethernet,
ATM).
do 100MHz kategoria 5e rozszerzona Zaostrzone w stosunku do kat. 5
klasa D wymagania na niektóre parametry i
zdefiniowano szereg nowych.
Do 200 MHz kategoria 6 klasa E Szybkie sieci LAN (Giga Ethernet,
ATM 622 Mb/s).
Do 600 MHz kategoria 7 klasa F Szybkie sieci LAN (powyżej
1Gb/s), stosuje kable S-STP.
od 10MHz klasa Szybkie sieci LAN
optyczna
Uzyskanie konkretnej klasy okablowania wymaga stosowania
wszystkich komponentów odpowiednich kategorii dla całego
połączenia od stacji do urządzenia.
K. Walkowiak, LAN
Warstwa fizyczna sieci LAN, media transmisyjne. (7)
ŚWIATA
OWÓD
Transmisja światłowodowa polega na przesyłaniu przez włókno
szklane promieni optycznych generowane przez laserowe z
ródło
światła. Ze względu na niską tłumienność oraz odporność na
zewnętrzne pole elektromagnetyczne światłowód jest obecnie
najlepszym medium stosowanym w sieciach komputerowych. Znane
są dwa rodzaje światłowodów:
" Wielomodowe. Długość fali świetlnej 850 nm, 1300 nm.
Odległości między regeneratorami od 0,1 km do 10 km.
Zastosowanie: sieci lokalne, wojsko, przemysł.
" Jednomodowe. Długość fali świetlnej 1300 nm, 1550 nm.
Odległości między regeneratorami od 10 km do 100 km.
Zastosowanie: telekomunikacja, telewizja.
Włókna wzmacniające
Płaszcz
Rdzeń
Koszulka zewnętrzna
Włókno wielomodowe
o skokowej zmianie
współczynnika odbicia
Włókno wielomodowe
y
ródło
o stopniowej zmianie
światła
współczynnika odbicia
Światłowód
jednomodowy
Zalety światłowodu:
K. Walkowiak, LAN
Warstwa fizyczna sieci LAN, media transmisyjne. (8)
duże prędkości transmisji,
odporność na podsłuch.
Wady światłowodu:
duży koszt, trudna instalacja.
PORÓWNANIE KABLI MEDZIANYCH I ŚWIATA
OWODÓW
Cecha poró- Kabel miedziany Światłowód Przewaga
wnawcza na korzyść
Pasmo Zależne od kategorii, 100 Praktycznie nieograniczone, światłowodu
MHz - 5e, 250 MHz - 6, 600 rzędu GHz (WDM, DWDM)
MHz - 7
Zasięg Tłumienie ogranicza zasięg Małe tłumienie daje zasięg 2- światłowodu
do 100 metrów dla danych 3 km dla sieci LAN i kilkuset
oraz kilku kilometrów dla km dla telekomunikacji
głosu
Przepustowoś Ograniczona Większe możliwości światłowodu
ć
EMC Wrażliwy na zakłócenia, więc Całkowita kompatybilność światłowodu
w pobliżu nie może być EMC, idealny do
urządzeń generujących prowadzenia na zewnątrz,
zakłócenia przy silnych zakłóceniach
Cena Stosunkowo tani, dla kat. 6 i 7 Stosunkowo drogi, kabla
cena zbliżona do światłowodu szczególnie urządzenia miedzianego
Współczynnik Na rozsądnym poziomie Dużo korzystniejszy niż dla światłowodu
cena/pasmo kabli miedzianych
A
atwość Stosunkowo łatwy, problemy Dość skomplikowany montaż, kabla
montażu dla kabli ekranowanych łączenie. miedzianego
Kompatybil- Kategorie wyższe niż 5 Nie gwarantują kabla
ność wsteczna wymagają kompatybilności kompatybilności wstecznej. miedzianego
wstecznej dla toru transmisji
Interopera- Dla kat. 5 i 5e tor transmisji Dowolne elementy światłowodu
bility zbudowany z elementów pochodzące od różnych
(Interopera- różnych producentów spełnia producentów współpracują
cyjność) wymagania poprawnie
Testowanie Istnieje szereg mierników do Brak problemów związanych światłowodu
testowania, dla wyższych kat. z testowaniem, standardowe
testowanie dość trudne mierniki
Waga Stosunkowo ciężkie Lekkie światłowodu
K. Walkowiak, LAN
Warstwa fizyczna sieci LAN, media transmisyjne. (9)
MEDIA BEZPRZEWODOWE:
A

CZE PODCZERWONE
Ten rodzaj transmisji stosuje fale elektromagnetyczne z zakresu 700-
1500 nm. Charakteryzuje się małym zasięgiem (kilkanaście metrów),
niewielkie zaniki sygnału, wysoka tłumienność, duża wrażliwość na
zakłócenia pochodzące ze z
ródła promieniowania widzialnego.
Zasadnicza zaleta łączy w podczerwieni to brak potrzeby zezwolenia
(licencji) odpowiednich agencji rządowych na ich stosowanie.
A

CZE RADIOWE
Ten rodzaj transmisji stosuje częstotliwości radiowe z zakresu 1-30
GHz, przy czym wyższe częstotliwości są stosowane do transmisji
prywatnych na krótszych dystansach. Zastosowania to: połączenie
między budynkami, komunikacja w terenie otwartym gdzie
tradycyjna transmisja za pomocą kabla jest zbyt droga, zapewnienie
nadmiarowych połączeń dublujących połączenia kablowe.
WADY I ZALETY A

CZ BEZPRZEWODOWYCH
Zalety:
możliwość stosowania w miejscach gdzie nie ma możliwości
wybudowania infrastruktury kablowej,
możliwość obsługi użytkowników ruchomych.
Wady:
większy koszt, niższa przepustowość,
mniej standardów oraz urządzeń.
K. Walkowiak, LAN