8 Warstwa fizyczna modelu OSI

8.0 Wprowadzenie do rozdziału

8.0.1 Wprowadzenie do rozdziału

Strona 1:

Wyższe warstwy modelu OSI przygotowują dane użytkownika do transmisji do odbiorcy. Warstwa fizyczna określa w jaki sposób dane są umieszczane w medium.

Zadaniem warstwy fizycznej jest przetworzenie bitów reprezentujących ramkę warstwy łącza danych do postaci sygnałów oraz wysyłanie i odbiór tych sygnałów z medium (kabla miedzianego, światłowodu lub łącza bezprzewodowego) łączącego urządzenia sieciowe.

W rozdziale tym przedstawiono podstawowe funkcje warstwy fizycznej oraz standardy i protokoły czuwające nad transmisją danych przez lokalne medium.

Po zakończeniu tego rozdziału będziesz potrafił:

• Wytłumaczyć, jak protokoły i usługi warstwy fizycznej umożliwiają komunikację w sieciach danych.

• Wyjaśnić zastosowanie kodowania i przetwarzania do postaci sygnałów w warstwie fizycznej.

• Wyjaśnić znaczenie sygnałów, które są wykorzystywane do transportu przez lokalne medium bitów tworzących ramkę.

• Wymienić podstawowe cechy kabla miedzianego, światłowodu i łączności bezprzewodowej.

• Opisać zastosowanie kabla miedzianego, światłowodu i łączności bezprzewodowej.

8.1 Warstwa fizyczna - sygnały

8.1.1 Warstwa fizyczna - cele

Strona 1:

Warstwa fizyczna dostarcza metod do przesłania przez lokalne medium bitów tworzących ramkę warstwy łącza danych.Odbiera ona od warstwy łącza danych całą ramkę i przetwarza ją do postaci serii pojedynczych sygnałów, które są wysyłane w lokalne medium. Zakodowane do postaci sygnałów, składające się na ramkę bity są odbierane przez urządzenie końcowe lub urządzenie pośredniczące.

Transport ramki przez lokalne medium wymaga następujących elementów warstwy fizycznej:

• Medium fizyczne i odpowiednie złączki

• Reprezentacja bitów w medium

• Kodowanie danych i informacji kontrolnych

• Układ nadawczo-odbiorczy zaimplementowany w urządzeniach sieciowych

Na tym etapie komunikacji, dane użytkownika są posegmentowane przez warstwę transportową, umieszczone w pakietach przez warstwę sieci i enkapsulowane w ramki przez warstwę łącza danych. Zadaniem warstwy fizycznej jest wytworzenie sygnału elektrycznego, świetlnego lub mikrofalowego, który będzie reprezentował bity ramki. Sygnały te są następnie przesyłane po kolei przez medium transmisyjne.

Również zadaniem warstwy fizycznej jest odebranie tych sygnałów z medium, przetworzenie ich do postaci bitów i przekazanie do warstwy łącza danych jako kompletną ramkę.

8.1.2 Warstwa fizyczna - działanie

Strona 1:

Medium transmisyjne nie przenosi ramki jako jednostki. Medium przenosi pojedyncze sygnały, które reprezentują bity tworzące ramkę.

Istnieją trzy typy medium transmisyjnego:

• Kabel miedziany

• Światłowód

• Atmosfera (komunikacja bezprzewodowa)

To, w jaki sposób bity są reprezentowane (typ sygnału), zależy od typu medium transmisyjnego. W przypadku kabla miedzianego, sygnały to ciąg impulsów elektrycznych. Dla światłowodu - impulsy światła. A dla komunikacji bezprzewodowej - fale radiowe.

Wyróżnianie ramki

Warstwa fizyczna koduje bity do postaci sygnałów odpowiednich dla danego typu medium i musi rozróżniać, gdzie jedna ramka się kończy, a zaczyna druga. W przeciwnym razie urządzenia nie byłyby w stanie stwierdzić, kiedy cała ramka została już odebrana. W takim przypadku urządzenie przeznaczenia odbierałoby tylko ciąg sygnałów i nie byłoby w stanie odtworzyć ramki. Jak wspomniano w poprzednim rozdziale, wyróżnianie ramek z ciągu bitów jest często funkcją warstwy łącza danych. Jednak w przypadku wielu technik, warstwa fizyczna może dodawać swoje sygnały wskazujące początek i koniec ramki.

Urządzenie nadające dodaje sygnały wskazujące początek i koniec ramki, aby odbiorca mógł jednoznacznie wyróżnić ramkę. Sygnały te reprezentują ciąg bitów, który może się pojawić tylko jako wskazanie początku i końca ramki.

Proces kodowania ramek danych z postaci bitów do postaci sygnałów przesyłanych przez medium oraz charakterystyki poszczególnych mediów transmisyjnych będą szczegółowo omówione w kolejnych częściach rozdziału.

8.1.3 Warstwa fizyczna - standardy

Strona 1:

Warstwa fizyczna to sprzęt, na który składają się obwody elektroniczne, medium i złączki. Jest więc wskazane, żeby standardy opisujące ten sprzęt były definiowane przez odpowiednie organizacje zrzeszające inżynierów łączności i elektroników.

Protokoły i działanie wyższych warstw modelu OSI jest związane z oprogramowaniem, więc tworzone są przez inżynierów oprogramowania i informatyków. Jak pokazano w poprzednim rozdziale, usługi i protokoły związane z zestawem protokołów TCP/IP są definiowane przez Internet Engineering Task Force (IETF) w dokumentach RFC.

Podobnie jak technologie warstwy łącza danych, technologie warstwy fizycznej są definiowane przez organizacje takie jak:

• ISO - The International Organization for Standardization (Międzynarodowa Organizacja ds. Standaryzacji)

• IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers

• ANSI - The American National Standards Institute

• ITU - The International Telecommunication Union

• The Electronics Industry Alliance/Telecommunications Industry Association EIA/TIA

• Państwowe organizacje telekomunikacyjne jak np. Federal Communication Commission (FCC) w USA.

Strona 2:

Technologie i urządzenia w warstwie fizycznej

Technologie definiowane przez te organizacje obejmują cztery obszary opisywane przez standardy warstwy fizycznej:

• Fizyczne i elektryczne właściwości medium transmisyjnego

• Mechaniczne właściwości (materiał, wymiary, układ styków) złączy

• Reprezentacja bitów za pomocą sygnałów (kodowanie)

• Definicje sygnałów kontrolnych

Komponenty sprzętowe, takie jak adaptery sieciowe (NIC), interfejsy, złączki, materiał, z którego wykonany jest kabel i konstrukcja kabla, są definiowane przez standardy warstwy fizycznej.

8.1.4 Podstawy warstwy fizycznej

Strona 1:

Trzy podstawowe zadania warstwy fizycznej to:

• Komponenty fizyczne

• Kodowanie danych

• Przetworzenie danych do postaci sygnału

Elementy fizyczne to części urządzeń elektronicznych, medium i złączki, które nadają i przenoszą sygnały reprezentujące bity.

Kodowanie

Kodowanie to metoda przetwarzania strumienia bitów w określony kod. Kody to grupy bitów, wykorzystywane, żeby uzyskać przewidywalne ciągi bitów, które są rozpoznawalne i przez nadawcę, i przez odbiorcę. Wykorzystywanie przewidywalnych ciągów bitów pozwala odróżnić dane od informacji kontrolnych i zapewnia lepszą detekcję błędów.

Oprócz wprowadzenia kodów dla danych, kodowanie w warstwie fizycznej może również wprowadzać kody dla informacji kontrolnych takich jak identyfikowanie początku i końca ramki. Host transmitujący dane nada określony ciąg bitów (kod), żeby wskazać początek i koniec ramki.

Przetwarzanie danych do postaci sygnału

Warstwa fizyczna musi wygenerować sygnał elektryczny, optyczny lub radiowy, który reprezentuje logiczną wartość "1" lub "0" w medium. Metodę reprezentowania bitów nazywamy metodą przetwarzania bitów do postaci sygnałów. Standard warstwy fizycznej musi definiować jaki sygnał reprezentuje "1" a jaki "0". Może to być prosta zmiana poziomu impulsu elektrycznego lub optycznego, bądź bardziej skomplikowana metoda reprezentacji bitów.

W następnej części rozdziału zostaną przedstawione różne metody kodowania i przetwarzania bitów do postaci sygnału.

8.2 Kodowanie i przetwarzanie bitów do postaci sygnałów - reprezentacja bitów

8.2.1 Reprezentacja bitów w medium transmisyjnym

Strona 1:

Wszystkie dane użytkownika zostają przetworzone do postaci bitów i w takiej postaci są pojedynczo przesyłane przez medium.

Mimo że bity tworzące ramkę są dostarczane warstwie fizycznej jako całość, transmisja ramki odbywa się w postaci strumienia bitów następujących jeden po drugim. Warstwa fizyczna reprezentuje każdy z bitów tworzących ramkę w postaci sygnału. Każdy sygnał umieszczany w medium może zajmować medium przez określony czas. Czas ten nazywa się czasem trwania bitu. Sygnały są przetwarzane przez urządzenie odbierające i są przekształcane na powrót do postaci bitów.

Warstwa fizyczna odbiorcy konwertuje sygnały do postaci bitów. Ciąg bitów jest sprawdzany pod kątem obecności ciągu oznaczającego początek i koniec ramki, żeby ustalić, czy została odebrana cała ramka. Jeżeli tak, to warstwa fizyczna przekazuje wszystkie bity tworzące ramkę warstwie łącza danych.

Pomyślny transfer bitów wymaga synchronizacji pomiędzy nadawcą i odbiorcą. Sygnały reprezentujące bity muszą być odczytywane w czasie trwanie bitu, żeby poprawnie odczytać, czy sygnał reprezentuje logiczną "1" czy "0". Synchronizacja jest osiągana dzięki sygnałowi zegara. W sieciach LAN każde z komunikujących się urządzeń posiada własny zegar. Wiele metod przetwarzania bitów do postaci sygnałów wykorzystuje zmiany sygnału do zapewnienia synchronizacji pomiędzy komunikującymi się urządzeniami.

Metody reprezentowania bitów przez sygnały

Bity są reprezentowane w medium poprzez zmianę co najmniej jednego z parametrów charakteryzujących sygnał:

• Amplituda

• Częstotliwość

• Faza

Charakterystyka sygnału reprezentującego bity w medium będzie zależeć od metody przetwarzania bitów do postaci sygnałów. Metody te mogą wykorzystywać jeden atrybut sygnału do reprezentowania pojedynczego 0, a inny do reprezentowania pojedynczej 1.

Na przykład w kodzie Non-Return to Zero (NRZ) 0 jest reprezentowane przez pewien poziom napięcia utrzymywany w medium przez czas trwania bitu, a 1 jest reprezentowana przez inny poziom napięcia utrzymywany w medium przez czas trwania bitu.

Są też metody reprezentacji bitów przez sygnały, które wykorzystują zmiany sygnału do reprezentowania wartości logicznych. Na przykład w Kodowaniu Manchester 0 jest reprezentowane przez zmianę poziomu napięcia z wysokiego na niski w połowie czasu trwania bitu, a 1 jest reprezentowana przez zmianę poziomu napięcia z niskiego na wysoki w połowie czasu trwania bitu.

Metoda reprezentowania bitów przez sygnały musi być zgodna ze standardem, żeby odbiorca mógł wykryć sygnał i odpowiednio go zinterpretować. Standard zawiera umowę pomiędzy nadawcą a odbiorcą, dotyczącą tego, jak reprezentowane jest logiczne 0, a jak 1. Jeżeli nie ma takiej umowy (nadawca i odbiorca interpretują sygnały według różnych standardów), transmisja się nie powiedzie.

Metody reprezentowanie bitów przez sygnały mogą być bardzo skomplikowane. Zapoznamy się bliżej z dwiema metodami.

Strona 2:

Kodowanie NRZ (Non-Return to Zero)

Jako pierwszy przykład, zostanie przedstawiona prosta metoda przetwarzania bitów do postaci sygnałów - Kodowanie Non Return to Zero (NRZ). W kodowaniu NRZ, strumień bitów jest przesyłany jako seria wartości napięć (jak pokazano na rysunku).

Niski poziom napięcia reprezentuje logiczne 0, a wysoki poziom napięcia logiczną 1. Zakres napięcia zależy od zaimplementowanego standardu warstwy fizycznej.

Taka prosta metoda reprezentacji bitów przez sygnały nadaje się tylko dla łączy o niskiej przepływności. Kodowanie NRZ wykorzystuje pasmo nieefektywnie i jest podatne na zakłócenia elektromagnetyczne. Oprócz tego granice pomiędzy kolejnymi bitami mogą sie zatrzeć w przypadku transmitowania długich ciągów "0" lub "1". W takim przypadku nie ma w medium zmian poziomów napięcia. Urządzenie odbierające nie może ich wykorzystać do zsynchronizowania czasów trwania bitu z nadajnikiem.

Strona 3:

Kodowanie Manchester

Zamiast reprezentowania bitów przez impulsy napięcia o danym poziomie, Kodowanie Manchester wykorzystuje do tego zmiany poziomów.

Na przykład zamiana poziomu napięcia z niskiego na wysoki oznacza logiczną 1, a z wysokiego na niski logiczne 0.

Jak pokazano na rysunku, zmiana poziomu napięcia musi mieć miejsce w połowie czasu trwania bitu. Mogą one też być wykorzystywane do zsynchronizowania nadajnika i odbiornika.

W każdej jednostce czasu, w której transmitowany jest bit, następuje zmiana poziomu napięcia z wysokiego na niski lub z niskiego na wysoki w połowie przedziału czasu trwania bitu. Aby odpowiednia zmiana reprezentująca bit była możliwa, odbywają się też zmiany na granicy czasu trwania bitu, żeby ustawić odpowiedni poziom, z którego będzie miała miejsce zmiana w połowie czasu trwania bitu.

Kodowanie Manchester nie jest wystarczająco efektywne, żeby było wykorzystywane w przypadku większych przepływności, ale jest to metoda reprezentacji bitów przez sygnały zaimplementowana w sieciach Ethernet 10BaseT (Ethernet o przepływności 10 Mb/s).

8.2.2 Kodowanie - grupowanie bitów

Strona 1:

W poprzednim podrozdziale został opisany proces reprezentacji bitów przez sygnały w medium. W obecnym podrozdziale słowo "kodowanie" będzie oznaczało reprezentację grupy bitów zanim zostaną one przetworzone do postaci sygnałów. Wprowadzenie kodowania przed fazą przetworzenia bitów do postaci sygnałów zwiększa efektywność przy większych szybkościach transmisji.

Zwiększanie szybkości transmisji bitów w medium zwiększa prawdopodobieństwo ich przekłamania. Dzięki kodowaniu możemy wykrywać błędy bardziej efektywnie. Dodatkowo, coraz większe potrzeby odnośnie szybkości transmisji powodują szukanie metod, które pozwoliłyby przesłać większą ilość informacji przy pomocy mniejszej ilości bitów. Kodowanie grup bitów dostarcza takiej metody reprezentowania danych.

Warstwa fizyczna urządzeń sieciowych musi być w stanie odróżnić sygnał użyteczny (reprezentujący dane użytkownika) od przypadkowych sygnałów pojawiających się w medium. Ciąg przesyłanych sygnałów musi rozpoczynać się w taki sposób, żeby odbiornik rozpoznał początek i koniec ramki.

Wzorce sygnałów

Jedną z metod rozpoznawania ramki jest rozpoczynanie jej od ciągu sygnałów reprezentujących bity, które warstwa fizyczna rozpoznaje jako początek ramki. Inny ciąg bitów jest rozpoznawany jako koniec ramki. Sygnały nie rozpoczynające się w taki sposób są ignorowane przez warstwę fizyczną.

Bity odpowiadające danym użytkownika muszą być zebrane w ramkę. W przeciwnym wypadku odebrane bity nie będą miały przypisanego im odpowiedniego znaczenia w wyższych warstwach modelu warstwowego. Ramkowanie może być przeprowadzane przez warstwę łącza danych, warstwę fizyczną lub obie.

Rysunek pokazuje, dlaczego stosuje się określone wzorce sygnałów. Wzorce sygnałów pozwalają rozróżnić początek ramki, koniec ramki i dane użytkownika. Mogą być zdekodowane do postaci bitów. Bity są interpretowane jako kody. Kody te pokazują, gdzie ramka się zaczyna, a gdzie kończy.

Strona 2:

Grupy kodowe

Techniki kodowania wykorzystują określone grupy bitów zwane symbolami. Warstwa fizyczna może wykorzystywać zakodowane symbole (tzw. grupy kodowe), aby reprezentować zakodowane dane lub informacje kontrolne. Grupa kodowa to określony ciąg bitów, który jest interpretowany jako określony ciąg danych. Na przykład ciąg bitów 10101 może reprezentować dane 0011.

Jak pokazano na rysunku, kodowanie grupowe jest często wykorzystywane jako technika pośredniego kodowania w przypadku technik LAN o większych szybkościach transmisji. To kodowanie ma miejsce w warstwie fizycznej przed etapem generowania impulsów elektrycznych, impulsów światła bądź fal radiowych. Transmitowanie symboli pozwala polepszyć synchronizację pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem oraz zwiększa możliwości wykrywania błędów. To istotne czynniki, które pozwalają zwiększyć szybkość transmisji przez medium.

Co prawda, grupy kodowe wprowadzają nadmiarowość w postaci dodatkowych bitów, ale polepszają jakość transmisji przez łącze. Jest to szczególnie widoczne w przypadku transmisji z dużą szybkością.

Zalety stosowania grup kodowych:

• Zmniejszenie ilości przekłamanych bitów

• Ograniczenie energii transmitowanej przez medium

• Rozróżnienie pomiędzy danymi użytkownika i informacjami kontrolnymi

• Lepsza detekcja błędów

Zmniejszenie ilości przekłamanych bitów

Jeżeli bit ma być poprawnie odczytany jako 0 lub 1, odbiornik musi w odpowiednich chwilach próbkować sygnał z medium. Wymaga to poprawnej synchronizacji pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem. W wielu technologiach warstwy fizycznej do zapewnienia tej synchronizacji wykorzystywane są zmiany poziomu sygnału. Jeżeli ciąg bitów transmitowany przez medium nie zapewnia częstych zmian poziomu sygnału, może to doprowadzić do rozsynchronizowania i pojawienia się przekłamań bitów. Grupy kodowe są tak tworzone, żeby w każdym symbolu pojawiała się odpowiednia liczba zmian poziomu, co pozwala utrzymać synchronizację. Wykorzystywane symbole mają zapewnić, że pod rząd nie pojawi się za duża liczba zer lub jedynek.

Ograniczenie energii transmitowanej przez medium

W wielu kodach grupowych symbole są tak tworzone, żeby liczba zer i jedynek pojawiających się w symbolu była wyrównana. Proces wyrównywania liczby zer i jedynek. Zapobiega to wprowadzaniu nadmiernej ilości energii do medium, a przez to ogranicza ilość zakłóceń wypromieniowanych z medium. W wielu metodach reprezentacji bitów przez sygnały logiczna 1 jest reprezentowana przez obecność sygnału (energii) w medium, a logiczne 0 - przez brak tego sygnału. Przesyłanie długich ciągów 1 może spowodować przegrzanie wysyłającego sygnał lasera i fotodiody w odbiorniku, powodując większą ilość błędów.

Rozróżnienie pomiędzy danymi użytkownika i informacjami kontrolnymi

Grupy kodowe maja trzy typy symboli:

• Symbole reprezentujące dane - symbole reprezentujące bity ramki, która przekazywana jest warstwie fizycznej.

• Symbole kontrolne - Specjalne kody służące do kontroli transmisji. Są to np. kody oznaczające początek i koniec ramki oraz sygnał bezczynności w medium.

• Symbole błędne - Symbole składające się z ciągu bitów, które nie powinny pojawiać się w medium. Odebranie takiego symbolu oznacza, że doszło do przekłamania bitów.

Symbole wysyłane w medium są jednoznaczne. Symbole reprezentujące dane użytkownika składają się z innego ciągu bitów niż symbole kontrolne. Dzięki temu warstwa fizyczna odbiorcy może odróżnić dane od informacji kontrolnych.

Lepsza detekcja błędów

Oprócz symboli reprezentujących dane i informacje kontrolne, grupy kodowe zawierają też symbole błędne. Należą do nich symbole, które mogłyby wytworzyć w medium długie ciągi 1 lub 0. Przez to też nie są one wykorzystywane przez węzeł nadający dane. Odebranie takiego symbolu przez odbiornik oznacza błąd.

Strona 3:

4B/5B

Jako przykład grup kodowych zostanie przedstawiony proste kodowanie 4B/5B. Obecnie wykorzystywane kody grupowe są bardziej skomplikowane.

W technice tej 4 bity danych są reprezentowane za pomocą 5 bitowych symboli. Każdy bajt, zanim zostanie wysłany, jest dzielony na grupy (ang. nibbles) składające się z 4 bitów i każda z nich jest przedstawiana w postaci 5 bitowych symboli. Symbole te reprezentują przesyłane dane, ale też informacje kontrolujące transmisję przez medium. Są wśród nich symbole oznaczające początek i koniec ramki. Proces ten wprowadza pewną nadmiarowość transmitowanych bitów, ale polepsza właściwości ciągów pod kątem transmisji z większą szybkością.

Kod 4B/5B zapewnia, że w każdym symbolu jest co najmniej jedna zmiana poziomu, co pozwala zapewnić synchronizację. Większość kodów wykorzystywanych w kodowaniu 4B/5B równoważy też ilość 0 i 1.

Jak pokazano na rysunku, 16 z 32 możliwych kodów reprezentuje bity danych; pozostałe kody reprezentują informacje kontrolne albo symbole błędne. 6 symboli jest specjalnego przeznaczenia jak np. sygnalizowanie przejścia z braku transmisji (idle) do transmisji ramki oraz koniec ramki. Pozostałe 10 symboli to symbole błędne.

8.2.3 Zdolność do przenosze1ia danych

Strona 1:

Różne media fizyczne wspierają transmisje o różnej szybkości. Transfer danych może być mierzony na trzy sposoby:

• Szerokość pasma (ang. bandwidth)

• Przepustowość (ang. throughput)

• Przepustowość efektywna (ang. goodput)

Szerokość pasma (ang. bandwidth)

Zdolność medium do przenoszenia danych jest opisywana przez szerokość pasma. Szerokość pasma mierzy ilość informacji, która może zostać przeniesiona z jednego miejsca do drugiego w określonym czasie. Przeważnie szerokość pasma mierzy się w kilobitach/s (kb/s) lub megabitach/s (Mb/s).

Praktycznie szerokość pasma jest zależna od kilku czynników - właściwości medium fizycznego, metody reprezentacji bitów przez sygnały i detekcji sygnałów.

Właściwości medium fizycznego, obecne techniki i prawa fizyki decydują o dostępnej szerokości pasma.

Na rysunku przedstawiono powszechnie wykorzystywane jednostki szerokości pasma.

Strona 2:

Przepustowość (ang. throughput)

Przepustowość, to miara transferu bitów przez medium w określonym czasie. Wiele czynników sprawia, że przepustowość przeważnie nie dorównuje szerokości pasma, określonej przez implementację warstwy fizycznej, takiej jak np. Ethernet.

Wiele czynników ma wpływ na przepustowość. Jest to między innymi wielkość ruchu, typ ruchu i ilość urządzeń sieciowych. W topologiach wielodostępu jak np. Ethernet, węzły rywalizują o dostęp do medium. Przez to przepustowość konkretnego węzła maleje, bo wykorzystanie medium jest duże.

W sieci składającej się z większej ilości segmentów, przepustowość nie będzie większa niż najwolniejsze z łączy pomiędzy nadawcą a odbiorcą. Nawet jeżeli większość segmentów to łącza o dużej przelotowości, jedno łącze o niskiej przelotowości powoduje powstanie wąskiego gardła i obniżenie przelotowości dla całej sieci.

Przepustowość efektywna (ang. goodput)

Trzecia miara zdolności przenoszenia danych została stworzona, żeby zmierzyć transfer użytecznych danych. Miara ta, to przepustowość efektywna. Przepustowość efektywna to miara transferu użytecznych danych w określonym czasie. Jest to miara najbardziej interesująca z punktu widzenia użytkownika.

Jak pokazano na rysunku, przepustowość efektywna mierzy efektywny transfer danych użytkownika pomiędzy warstwami aplikacji nadawcy i odbiorcy (np. pomiędzy źródłowym serwerem WWW a przeglądarką WWW uruchomioną na urządzeniu docelowym).

W przeciwieństwie do przelotowości, która mierzy transfer bitów, a nie użytecznych danych, przepustowość efektywna uwzględnia to, że część bitów to narzut protokołów. przepustowość efektywna to przepustowość pomniejszona o narzut związany z ustanowieniem połączenia, potwierdzeniami i enkapsulacją.

Jako przykład rozważmy dwa komputery przesyłające plik w sieci LAN. Szerokość pasma w sieci LAN to 100 Mb/s. Współdzielenie medium sprawia, że przepustowość pomiędzy komputerami to tylko 60 Mb/s. Narzut związany z enkapsulacją sprawia, że rzeczywista prędkość transferu danych - przepustowość efektywna - to tylko 40 Mb/s.

8.3 Medium fizyczne - łączenie urządzeń

8.3.1 Typy mediów fizycznych

Strona 1:

Warstwa fizyczna zajmuje się medium fizycznym i przetwarzaniem bitów do postaci sygnałów. Grupuje bity i wytwarza reprezentujące je sygnały (impulsy napięcia, światła lub fale radiowe). Wiele organizacji standaryzacyjnych bierze udział w definiowaniu fizycznych, elektrycznych i mechanicznych właściwości mediów dla różnych typów komunikacji. Zalecenia ta gwarantują, że kable i złącza będą spełniały swoje zadanie w przypadku wielu różnych implementacji warstwy łącza danych.

Na przykład standardy opisujące kable miedziane definiują:

• Typ kabla miedzianego

• Dostępną szerokość pasma

• Typ złączek

• Kolejność i kolory poszczególnych żył

• Maksymalną długość segmentu

8.3.2 Kable miedziane

Strona 1:

Najczęściej używane do komunikacji media to kable z miedzianymi przewodami, służącymi do przesyłania sygnałów reprezentujących bity danych i informacji kontrolnych. Wykorzystywane w komunikacji kable przeważnie składają sie z kilku przewodów, które tworzą obwód o określonym przeznaczeniu.

Inny typ kabla miedzianego, zwany kablem koncentrycznym, składa się z pojedynczego utworzonego z przewodnika rdzenia, biegnącego przez środek kabla i otoczonego osłoną. Odpowiedni typ kabla miedzianego jest wskazywany przez standard opisujący warstwę fizyczną, która ma połączyć warstwy łącza danych dwóch lub więcej urządzeń.

Kable te, mogą być wykorzystanie do połączenia urządzeń z sieci LAN do urządzeń pośredniczących, takich jak routery i przełączniki. Są również używane do połączenia urządzeń sieci WAN z ISP (np. firma telekomunikacyjna). Każdy typ połączenia i towarzyszące mu urządzenia mają wymagania odnośnie okablowania narzucone przez standard warstwy fizycznej.

Media mają też wtyki i gniazda umożliwiające łatwe łączenia i rozłączanie urządzeń. Jeden typ złączki może być wykorzystywany przy wielu typach połączeń. Na przykład złączka RJ-45 jest szeroko stosowana w sieciach LAN i znajduje też zastosowanie w sieciach WAN.

Na rysunku przedstawiono powszechnie stosowane media miedziane i złączki.

Strona 2:

Interferencje od sygnałów zewnętrznych

W kablach miedzianych dane są transmitowane jako impulsy elektryczne. Detektor w interfejsie urządzenia odbierającego musi odebrać sygnał, który będzie w stanie poprawnie zidentyfikować.

Synchronizacja w czasie (Timing) i poziom napięcia sygnału są podatne na interferencje lub "szum" spoza systemu komunikacyjnego. Te niepożądane sygnały mogą spowodować przekłamania danych przesyłanych przez medium miedziane. Fale radiowe i urządzenia elektromagnetyczne, jak świetlówki, silniki elektryczne i inne, są potencjalnym źródłem zakłóceń.

Kable ekranowane lub ze skręcaniem par żył zostały stworzone, żeby zminimalizować degradację sygnału spowodowaną zakłóceniami.

Wpływ zakłóceń na kable miedziane można też zmniejszyć przez:

• Wybór typu lub kategorii kabla najbardziej odpowiedniego dla danych warunków

• Takie zaprojektowanie infrastruktury kablowej, aby ominąć potencjalne źródła interferencji

• Odpowiednie układanie i zakańczanie kabli

8.3.3 Skrętka nieekranowana (UTP)

Strona 1:

Skrętka nieekranowana (UTP) jest wykorzystywana w sieciach Ethernet. Składa się z czterech par żył oznaczonych odpowiednimi kolorami, które zostały skręcone ze sobą i umieszczone w plastikowej elastycznej osłonie. Jak pokazano na rysunku, kolory identyfikują odpowiednie pary i odpowiednie żyły z danej pary, co jest bardzo pomocne przy zakańczaniu kabli.

Skręcanie żył powoduje eliminowanie niepożądanych sygnałów. Jeżeli dwie żyły tworzące obwód elektryczny są blisko siebie, obce pole elektromagnetyczne powoduje podobne zakłócenia w każdej z żył. Żyły z danej pary są skręcone, żeby były tak blisko siebie jak to tylko możliwe. Ewentualne zakłócenia pojawią się w obu żyłach pary, a odbiornik odejmuje od siebie sygnały z żył jednej pary. Dzięki temu sygnał zakłócenia zostanie wyeliminowany.

Takie kasowanie zakłóceń pozwala też wyeliminować zakłócenia wewnętrzne zwane przesłuchami (ang. crosstalk). Przesłuchy, to zakłócenia spowodowane przez pole magnetyczne sąsiednich par żył w kablu. Kiedy prąd elektryczny przepływa przez przewodnik, wytwarza się wokół niego pole magnetyczne. Prąd w żyłach jednej pary płynie w przeciwnych kierunkach. Wytworzone pole magnetyczne jest takiej samej wartości, ale przeciwnie skierowane, przez co pola te się znoszą. Dodatkowo, różne pary danego kabla mają różną ilość skręceń na metr, żeby lepiej zabezpieczyć kabel przed przesłuchami.

Standardy okablowania UTP

Kable UTP - powszechnie stosowane w domach, szkołach i miejscach pracy - są zgodne ze standardem wspólnie zdefiniowanym przez Telecommunications Industry Association (TIA) i Electronics Industries Alliance (EIA). TIA/EIA-568A określa standard okablowania w sieciach LAN i jest standardem najczęściej wykorzystywanym w tych sieciach. Definiuje takie elementy jak:

• Typy kabli

• Długość segmentu

• Złączki

• Zakańczanie kabli

• Metody testowania okablowania

Elektryczne właściwości kabli miedzianych są zdefiniowane przez Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). IEEE dzieli kable w zależności od ich osiągów. Podzielono je na grupy w zależności od ich zdolności do przenoszenia większych przepływności. Na przykład kable kategorii 5 (Cat5) są powszechnie wykorzystywane w przypadku sieci FastEthernet (100BASE-TX). Inne kategorie to Cat5e (Enhanced Category 5) i Cat6.

Kable wyższej kategorii mogą przenosić wyższe przepływności. Wraz z pojawieniem się techniki Gigabit Ethernet, kategoria Cat5e to minimalna akceptowalna kategoria kabli, a przy nowych instalacjach zalecane jest wykorzystanie kabli kategorii Cat6.

Niektórzy użytkownicy łączą się z sieciami danych korzystając z istniejącej sieci telefonicznej. Często kable wykorzystywane w tych sieciach to jakaś forma kabli UTP o gorszych właściwościach niż obecnie stosowane kable Cat5+.

Instalowanie tańszych, ale gorszej jakości kabli jest rozwiązaniem krótkowzrocznym i potencjalnie będzie marnotrawieniem pieniędzy. Późniejsze podjęcie decyzji o wdrożeniu szybszej techniki LAN może wymagać wymiany całego okablowania.

Strona 2:

Typy kabli UTP

Kable UTP zakończone złączką RJ-45 są powszechnie stosowane do łączenia urządzeń sieciowych, np. komputery z urządzeniami pośredniczącymi takimi jak rutery i przełączniki.

W różnych sytuacjach mogą być potrzebne kable o różnym wyprowadzeniu pinów. To znaczy, że poszczególne żyły kabla muszą być uszeregowane w innej kolejności w złączce RJ-45. Typy kabli w zależności od wyprowadzenia styków:

• Kabel prosty

• Kable z przeplotem

• Kabel konsolowy (rollover)

Na rysunku pokazano typowe zastosowania poszczególnych kabli i ich porównanie.

Połączenie urządzeń nieprawidłowym typem kabla nie spowoduje uszkodzenia urządzeń, ale nie będzie pomiędzy nimi łączności. Zastosowanie nieodpowiedniego kabla to częsty błąd podczas ćwiczeń ze sprzętem, więc rozwiązywanie problemów z łącznością warto zaczynać od sprawdzenia, czy użyto właściwych kabli.

8.3.4 Inne kable miedziane

Strona 1:

Dwa inne typy kabli miedzianych to:

1. Kabel koncentryczny

2. Skrętka ekranowana (STP)

Kabel koncentryczny

Kabel koncentryczny składa się z miedzianego rdzenia otoczonego warstwą elastycznej izolacji.

Na izolację nakładana jest miedziana plecionka lub metalowa folia, która pełni rolę drugiego przewodu w obwodzie i jednocześnie osłony wewnętrznego rdzenia. Osłona ta redukuje wpływ zakłóceń elektromagnetycznych z zewnątrz. Na osłonę nałożona jest zewnętrzna koszulka.

Wszystkie elementy kabla koncentrycznego otaczają główny rdzeń. Ponieważ wszystkie elementy mają wspólną oś, angielska nazwa kabla to coaxial (axis - z ang. oś, coaxial - współosiowy).

Zastosowanie kabla koncentrycznego

Kable koncentryczne mają szereg zastosowań. Jest to istotny kabel wykorzystywany w łączności bezprzewodowej i sieciach kablowych. Wykorzystuje się go do połączenia anten z urządzeniami bezprzewodowymi. Kabel koncentryczny dobrze przenosi częstotliwości radiowe (RF) pomiędzy antenami i sprzętem radiowym.

Jest najczęściej wykorzystywanym medium do transportu sygnałów wysokich częstotliwości radiowych w kablu (zwłaszcza sygnał telewizji kablowej). Tradycyjna telewizja kablowa, przesyłająca sygnał tylko w jednym kierunku, w całości była tworzona z wykorzystaniem kabli koncentrycznych.

Obecnie dostawcy telewizji kablowej zmieniają swoje systemy przesyłające sygnał tylko w jednym kierunku na systemy dwukierunkowe, żeby świadczyć usługę dostępu do Internetu. Aby świadczyć taką usługę, część kabli koncentrycznych i towarzyszące im wzmacniacze są wymieniane na kable światłowodowe. Jednak na ostatnim odcinku do użytkownika i na jego terenie stosuje się kable koncentryczne. Taka kombinacja kabli światłowodowych i koncentrycznych nazywa się hybrid fiber coax (HFC).

W przeszłości kabel koncentryczny był też wykorzystywany w sieciach Ethernet. Został jednak wyparty przez kable UTP, które są tańsze i pozwalają uzyskać większe przepływności.

Jest wiele typów złączek, które można stosować w przypadku kabla koncentrycznego. Część z nich przedstawiono na rysunku.

Strona 2:

Skrętka ekranowana (STP)

Skrętka ekranowana to kolejny typ kabla, który znajduje zastosowanie w sieciach. Jak pokazano na rysunku, kabel STP składa się z dwóch par żył otoczonych plecionką lub folią.

W kablach STP osłoną otaczana jest cała grupa żył i każda para osobno. Dzięki temu są one lepiej zabezpieczone przed zakłóceniami niż kable UTP, ale przez to są też dużo droższe.

Przez wiele lat ten typ kabla był wykorzystywany w sieciach Token Ring. Wraz ze zmniejszającą się ilością sieci Token Ring, zapotrzebowanie na kable STP również malało. Nowy standard sieci Ethernet o przepływności 10GB najprawdopodobniej będzie wykorzystywał kable STP. Może to spowodować ponowny wzrost zapotrzebowania na ten typ kabla.

8.3.5 Bezpieczeństwo stosowania kabli miedzianych

Strona 1:

Zagrożenie porażeniem prądem

Potencjalnym zagrożeniem w przypadku kabli miedzianych jest przewodzenie przez nie prądu w niepożądany sposób. Może to spowodować porażenie prądem osób z personelu lub uszkodzenie sprzętu.

Uszkodzony sprzęt sieciowy może spowodować przeniesienie napięcia na obudowę innego urządzenia. Dodatkowo, w okablowaniu mogą powstać niepożądane poziomy napięcia w przypadku, gdy łączone są urządzenia zasilane ze źródeł o różnym uziemieniu. Taka sytuacja jest możliwa, gdy kable miedziane łączą sieci w różnych budynkach lub na różnych piętrach jednego budynku, który ma różne źródła zasilania. Kable miedziane mogą też przenosić ładunki z wyładowań atmosferycznych i uszkodzić sprzęt.

Efektem pojawienia się niepożądanych ładunków w sieci może być uszkodzenia sprzętu sieciowego i dołączonych komputerów oraz narażenie osób z personelu. Bardzo ważne jest odpowiednie instalowanie okablowania miedzianego, żeby uniknąć sytuacji stwarzających potencjalne niebezpieczeństwo.

Zagrożenie pożarowe

Materiał, z którego wykonana jest izolacja kabli może być łatwopalny lub wytwarzać toksyczny dym podczas palenia lub rozgrzania. Przy rozmieszczaniu sprzętu i okablowania powinny być przestrzegane odpowiednie standardy bezpieczeństwa.

8.3.6 Światłowody

Strona 1:

Światłowody wykorzystują szklane lub plastikowe włókna do przesłania impulsu światła od jednego do drugiego urządzenia. Bity są reprezentowane we włóknie przez impulsy światła. Światłowody dają możliwość osiągania bardzo dużych przepływności. Obecne standardy transmisji jeszcze nie dorównują potencjalnym możliwościom tego medium.

Porównanie kabli światłowodowych i miedzianych

Włókna światłowodu nie są wytworzone z przewodnika elektrycznego, więc medium to jest odporne na interferencje elektromagnetyczne i nie przewodzi niepożądanych ładunków. Światłowody są stosunkowo cienkie i mają dość niski współczynnik tłumienia (osłabiania) sygnału, więc mogą bez regeneracji przenosić sygnał na znacznie większe odległości niż kable miedziane. Niektóre specyfikacje warstwy fizycznej, które wykorzystują światłowody, pozwalają przesłać sygnał na odległość nawet wielu kilometrów.

Czynniki, z jakimi trzeba się liczyć chcąc wykorzystać światłowody jako medium transmisyjne:

• Większy koszt (przeważnie) niż kable miedziane na tym samym dystansie (ale potencjalnie większe przepływności)

• Inny sprzęt i umiejętności potrzebne przy łączeniu i zakańczaniu kabli

• Znacznie bardziej staranne obchodzenie się z okablowaniem niż w przypadku medium miedzianego

Obecnie, w sieciach korporacyjnych światłowody są wykorzystywane w sieciach szkieletowych o dużym natężeniu ruchu i do łączeniu sieci pomiędzy budynkami. Światłowody świetnie się do tego nadają, gdyż mają mały współczynnik osłabienia sygnału i nie przewodzą niepożądanych ładunków elektrycznych.

Strona 2:

Budowa kabla światłowodowego

Kabel światłowodowy składa się z włókien otoczonych płaszczem i materiałów wzmacniających i usztywniających konstrukcję, a wszystko to jest umieszczone w tubie PCV. Płaszcz otacza szkło lub plastik, z którego wykonane jest włókno i ma zabezpieczać przed stratami (wyciekaniem) światła. Światło może biec tylko w jednym kierunku włókna światłowodowego, więc żeby zapewnić komunikację w trybie full-duplex potrzebne są dwa włókna. Kabel krosowy (patchcord) zbudowany jest z dwóch włókien - nadawczego i odbiorczego - a każde z nich, jest zakończone osobną, pojedynczą złączką. Istnieją też systemy, które pozwalają zakończyć oba włókna - nadające i odbierające - jedną złączką.

Strona 3:

Generowanie i odbiór impulsów światła

Do generowania reprezentujących bity impulsów światła wykorzystywane są lasery lub diody elektroluminescencyjne (LED). Urządzenia półprzewodnikowe zwane fotodiodami odbierają impulsy światła i przetwarzają je na impulsy napięcia, z których odtwarzana jest ramka.

Uwaga: Światło przesyłane w światłowodzie może uszkodzić ludzkie oko. Należy zachować ostrożność i nie patrzeć w zakończenie aktywnego światłowodu.

Światłowody jednomodowe i wielomodowe

Światłowody można podzielić na jednomodowe i wielomodowe.

Światłowód jednomodowy przenosi tylko jedną wiązkę światła, a jej źródłem przeważnie jest laser. Światło lasera jest spójne i biegnie środkiem włókna światłowodowego, więc ten typ światłowodu może przenosić impulsy światła na bardzo duże odległości.

Przy światłowodach wielomodowych, do generowania impulsów światła przeważnie wykorzystuje się diody LED, które nie generują tak spójnego światła jak lasery. Światło z diody LED wnika do światłowodu pod różnymi kątami. To powoduje, że wiązki wnikające pod różnymi kątami pokonują różne drogi wewnątrz włókna i docierają do urządzenia odbierającego w różnym czasie. Długie odcinki światłowodu mogą spowodować, że sygnał dotrze do odbiornika rozmyty. Efekt ten, znany jako dyspersja modowa, powoduje ograniczenie długości segmentu światłowodu wielomodowego.

Światłowody wielomodowe i towarzyszące im diody LED są tańsze niż światłowody jednomodowe i towarzyszące im lasery.

8.3.7 Komunikacja bezprzewodowa

Strona 1:

Komunikacja bezprzewodowa wykorzystuje fale elektromagnetyczne o częstotliwościach radiowych lub mikrofalowych do reprezentowania binarnych danych. Nie jest ograniczona do przewodnika lub innych ścieżek, jak media miedziane lub światłowodowe.

Łączność bezprzewodowa dobrze się sprawdza w otwartej przestrzeni, jednak pewne materiały konstrukcyjne, struktura budynków i ukształtowanie terenu powodują ograniczenie jej zasięgu. Dodatkowo, łączność bezprzewodowa jest podatna na interferencje i może być zakłócona przez urządzenia, takie jak telefony bezprzewodowe, światło fluorescencyjne, kuchenki mikrofalowe i inną komunikację bezprzewodową.

Ponadto, łączność bezprzewodowa nie wymaga dostępu do żadnego medium fizycznego, więc urządzenia i osoby nieautoryzowane mogą uzyskać dostęp do transmisji danych. Dlatego też bezpieczeństwo łączności bezprzewodowej jest istotnym aspektem, na który trzeba zwrócić uwagę.

Strona 2:

Typy sieci bezprzewodowych

Standardy dotyczące sieci bezprzewodowych zawierają wytyczne dotyczące warstwy fizycznej i warstwy łącza danych. Cztery powszechne standardy łączności bezprzewodowej to:

• IEEE 802.11 - znany też jako Wi-Fi, to standard opisujący bezprzewodową sieć LAN (Wireless LAN - WLAN), wykorzystujący algorytm CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance), jako metodę dostępu do medium.

• IEEE 802.15 - Wireless Personal Area Network (WPAN) znany też jako Bluetooth; umożliwia komunikację pomiędzy urządzeniami odległymi od 1 do 100 metrów.

• IEEE 802.16 - znany jako WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access); wykorzystuje łączność typu punkt-wielopunkt, żeby zapewnić szerokopasmowy, bezprzewodowy dostęp do sieci.

• Global System for Mobile Communications (GSM) - zawiera zalecenia warstwy fizycznej, które dają możliwość protokołowi GPRS (General Packet Radio Service - protokół warstwy łącza danych) przenoszenia danych w sieciach komórkowych.

Inne techniki bezprzewodowe, jak łączność satelitarna, zapewniają łączność w miejscach, gdzie nie ma żadnej innej łączności. Różne protokoły (w tym GPRS) pozwalają przesyłać dane pomiędzy stacjami naziemnymi a łączami satelitarnymi.

W każdym z powyższych przykładów, specyfikacje warstwy fizycznej dotyczą takich aspektów jak: przetworzenie danych do postaci sygnałów radiowych, częstotliwość transmisji, moc nadajników, odbiór i dekodowanie sygnału i konstrukcja anten.

Strona 3:

Bezprzewodowe sieci LAN

Powszechnym zastosowaniem łączności bezprzewodowej jest umożliwienie urządzeniom bezprzewodowego łączenia się w sieci LAN. Sieci takie wymagają następujących urządzeń:

• Punkt dostępowy (Access Point, AP) - koncentruje sygnały bezprzewodowe od użytkowników i łączy sieć bezprzewodową (typowo kablem miedzianym) z istniejącą kablową infrastrukturą sieciową jak sieć Ethernet.

• Bezprzewodowa karta sieciowa - daje hostom możliwość bezprzewodowej komunikacji.

Wraz z rozwojem technik bezprzewodowych pojawiły się sieci WLAN bazujące na standardzie Ethernet. Urządzenia bezprzewodowe trzeba nabywać z dużą uwagą i sprawdzać, czy są kompatybilne.

Standardy WLAN:

IEEE 802.11a - wykorzystuje częstotliwość 5 GHz i oferuje szybkość transmisji do 54 Mb/s. Przez to, że wykorzystuje wysokie częstotliwości, transmisja w tym standardzie ma mniejszy zasięg i mniejsze zdolności przenikania budynków. Urządzenia pracujące w tym standardzie nie są kompatybilne ze standardami 802.11b i 802.11g prezentowanymi poniżej.

IEEE 802.11b - Wykorzystuje częstotliwość 2,4 GHz i oferuje prędkość transmisji do 11 Mb/s. Zasięg transmisji w tym standardzie jest większy i sygnał ma lepsze zdolności przenikania budynków niż w standardzie 802.11a.

IEEE 802.11g - Wykorzystuje częstotliwość 2,4 GHz i oferuje prędkość transmisji do 54 Mb/s. Wykorzystuje tą samą częstotliwość co standard 802.11b, a oferuje pasmo takie jak standard 802.11a.

IEEE 802.11n

IEEE 802.11n Propozycja tego standardu mówi o wykorzystaniu częstotliwości 2,4 lub 5 GHz. Szybkość transmisji ma wynosić 100 do 210 Mb/s, a zasięg do 70 metrów.

Zalety sieci bezprzewodowych są niezaprzeczalne, zwłaszcza oszczędności wynikające z braku potrzeby infrastruktury kablowej i wygoda mobilności użytkowników. Jednak sieci te wymagają od administratorów wdrożenia rygorystycznych polityk bezpieczeństwa, żeby zabezpieczyć sieć przez nieautoryzowanym dostępem i związanymi z tym szkodami.

Standardy bezprzewodowe i bezprzewodowe sieci LAN będą szczegółowo przedstawione na kursie LAN Switching and Wireless.

8.3.8 Złączki

Strona 1:

Typowe złączki kabli miedzianych

Różne standardy warstwy fizycznej wykorzystują różne złączki. Standardy te opisują kształt i wymiary złączek oraz właściwości elektryczne dla różnych implementacji, w których są wykorzystywane.

Niektóre złączki mogą wyglądać tak samo, ale mają różne wyprowadzenie styków, zgodne ze standardem warstwy fizycznej, w której są wykorzystywane. Standard ISO 8877 definiuje złączkę RJ-45, wykorzystywaną w wielu implementacjach warstwy fizycznej jak np. Ethernet. Inne zalecenie - EIA-TIA 568 - opisuje kolor i kolejność żył dla kabli prostych i z przeplotem.

Wiele kabli miedzianych można zakupić już odpowiednio zakończonych, ale w niektórych sytuacjach (zwłaszcza przy zakładaniu sieci LAN) potrzebne jest zakańczanie kabli na miejscu. Zakańczanie to proces odpowiedniego uszeregowania żył skrętki we wtyku i gnieździe RJ-45. Na rysunku przedstawiono wybrane elementy okablowania w sieciach Ethernet.

Strona 2:

Prawidłowe zakańczanie kabli

Każde zakończenie kabla to potencjalne źródło zakłóceń i osłabienia sygnału. Specyfikacja sieci Ethernet definiuje okablowanie potrzebne do połączenia komputera z urządzeniem pośredniczącym. Niestarannie zakończone kable mogą spowodować degradację sygnału. Jest bardzo ważne, żeby zakańczanie kabli miedzianych było staranne. To pozwoli uzyskać maksymalną wydajność okablowania w przypadku obecnych i przyszłych technik sieciowych.

W pewnych przypadkach (jak niektóre techniki sieci WAN) użycie kabla o nieodpowiednio wyprowadzonych pinach może spowodować uszkodzenie urządzeń z powodu zbyt wysokiego napięcia. Takie uszkodzenia mogą się zdarzyć, jeżeli kabel ma wyprowadzone żyły zgodnie z pewną specyfikacją warstwy fizycznej, a jest używany zgodnie z inną.

Strona 3:

Typowe złączki światłowodowe

Istnieje wiele typów złączek światłowodowych. Na rysunku pokazano te najczęściej stosowane:

Straight-Tip (ST) (znak handlowy AT&T) - typ złączki koncentrycznej często stosowanej w przypadku światłowodów wielomodowych.

Subscriber Connector (SC) - złączka z mechanizmem push-pull, zapewniającym dobre umieszczenie końcówki światłowodu. Bardzo często stosowane w przypadku światłowodów jednomodowych.

Lucent Connector (LC) - mała złączka coraz bardziej popularna w przypadku światłowodów jednomodowych; może też zakańczać światłowody wielomodowe.

Łączenie i zakańczanie światłowodów wymaga specjalnego sprzętu i przeszkolenia. Niestaranne zakończenie światłowodu może ograniczyć zasięg transmisji światłowodowej lub nawet całkiem uniemożliwić komunikację.

Trzy podstawowe typy błędów przy łączeniu i zakańczaniu światłowodów:

• Przesunięcie osiowe włókien - włókna są przesunięte względem siebie na łączeniu.

• Szczelina pomiędzy powierzchniami czołowymi włókien - powierzchnie czołowe włókien nie przylegają do siebie na łączeniu.

• Niestaranne zakończenie - końcówki światłowodu nie zostały odpowiednio oczyszczone przed zakończeniem.

Zalecane jest testowanie każdego odcinka światłowodu przy pomocy reflektometru (Optical Time Domain Reflectometer - OTDR). Urządzenie to wprowadza do światłowodu testowy impuls światła i mierzy odbicia światła w funkcji czasu. Dzięki temu wylicza przybliżoną odległość do miejsca usterki.

Szybki test można przeprowadzić świecąc światłem latarki w jeden koniec światłowodu i obserwując drugi koniec. Jeżeli światło jest widoczne, to znaczy że światłowód jest zdolny do przenoszenia światła. Nie sprawdzi się tak, czy światłowód nie ma drobnych uszkodzeń pogarszających jakość sygnału, ale jest to szybka i tania metoda sprawdzenia, czy światłowód nie jest przerwany.

8.5 Podsumowanie rozdziału

8.5.1 Podsumowanie i sprawdzenie wiadomości

Strona 1:

Warstwa 1 modelu OSI jest odpowiedzialna za fizyczne połączenie urządzeń. Standardy tej warstwy definiują charakterystykę impulsów elektrycznych, świetlnych i fal radiowych reprezentujących bity składające się na ramkę warstwy łącza danych. Bity mogą być reprezentowane przez impulsy elektryczne, impulsy światła lub zmiany w falach radiowych. Protokoły warstwy fizycznej kodują bity przed transmisją i dekodują w odbiorniku.

Standardy tej warstwy definiują też fizyczne, elektryczne i mechaniczne właściwości medium transmisyjnego i złączek.

Różne media i protokoły warstwy fizycznej mają różne zdolności do przenoszenia danych. Szerokość pasma to teoretyczna, górna granica szybkości transmisji. przepustowość i przepustowość efektywna to inne miary obserwowanej szybkości transferu danych w określonym czasie.

14

---