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 źródła do
pewnego miejsca przeznaczenia. W tym celu źródło 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 źródłowy podczas
transmisji ulega opóźnieniu, zniekształceniom oraz modyfikacji. Różnica między
sygnałem źródłowym, 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
źródłowej. 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.
Zniekształcenia sygnału
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).

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.
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

1
L
H
L

Ciąg bitów
1

0

1

1

0

0

0

1


















NRZ

































NRZI

































Manchester

































Manchester
















różnicowy

















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.



Kabel typu skrętka
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.


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 568A
ISO 11801 EN 50173
Opis
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 klasa D
Zaostrzone w stosunku do kat. 5 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 optyczna
Szybkie sieci LAN
Uzyskanie konkretnej klasy okablowania wymaga stosowania wszystkich komponentów
odpowiednich kategorii dla całego połączenia od stacji do urządzenia.
Światłowód
Transmisja światłowodowa polega na przesyłaniu przez włókno szklane promieni
optycznych generowane przez laserowe źródło 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.




Zalety światłowodu:
duże prędkości transmisji,
odporność na podsłuch.
Wady światłowodu:
duży koszt, trudna instalacja.
Porównanie kabli medzianych i światłowodów
Cecha poró-wnawcza
Kabel miedziany
Światłowód
Przewaga na korzyść
Pasmo
Zależne od kategorii, 100 MHz - 5e, 250 MHz - 6, 600 MHz - 7
Praktycznie nieograniczone, rzędu GHz (WDM, DWDM)
światłowodu
Zasięg
Tłumienie ogranicza zasięg do 100 metrów dla danych oraz kilku kilometrów dla
głosu
Małe tłumienie daje zasięg 2-3 km dla sieci LAN i kilkuset km dla
telekomunikacji
światłowodu
Przepustowość
Ograniczona
Większe możliwości
światłowodu
EMC
Wrażliwy na zakłócenia, więc w pobliżu nie może być urządzeń generujących
zakłócenia
Całkowita kompatybilność EMC, idealny do prowadzenia na zewnątrz, przy silnych
zakłóceniach
światłowodu
Cena
Stosunkowo tani, dla kat. 6 i 7 cena zbliżona do światłowodu
Stosunkowo drogi, szczególnie urządzenia
kabla miedzianego
Współczynnik cena/pasmo
Na rozsądnym poziomie
Dużo korzystniejszy niż dla kabli miedzianych
światłowodu
Łatwość montażu
Stosunkowo łatwy, problemy dla kabli ekranowanych
Dość skomplikowany montaż, łączenie.
kabla miedzianego
Kompatybil-ność wsteczna
Kategorie wyższe niż 5 wymagają kompatybilności wstecznej dla toru transmisji
Nie gwarantują kompatybilności wstecznej.
kabla miedzianego
Interopera-bility
(Interopera-cyjność)
Dla kat. 5 i 5e tor transmisji zbudowany z elementów różnych producentów
spełnia wymagania
Dowolne elementy pochodzące od różnych producentów współpracują poprawnie
światłowodu
Testowanie
Istnieje szereg mierników do testowania, dla wyższych kat. testowanie dość
trudne
Brak problemów związanych z testowaniem, standardowe mierniki
światłowodu
Waga
Stosunkowo ciężkie
Lekkie
światłowodu
Media bezprzewodowe:
Łącze 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 źródła
promieniowania widzialnego. Zasadnicza zaleta łączy w podczerwieni to brak
potrzeby zezwolenia (licencji) odpowiednich agencji rządowych na ich
stosowanie.
Łącze 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 łącz 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.