В. Олифер, Н. Олифер. Компьютерные сети. Учебник. 4-е изд. - спб. : «питер», 2010.

В.Олифер, Н.Олифер. Компьютерные сети. Учебник. 4-е изд.- СПб.: «Питер», 2010.

2. Э. Таненбаум. Компьютерные сети. 4-е издание.- СПб.: «Питер», 2010.

3. М. Кульгин. Компьютерные сети. Практика построения. 2-е издание. - СПб.: «Питер», 2003.

4. Стандарты Интернета (RFC) на русском языке – Режим доступа: http://rfc.com.ru/.

5. Стандарты Интернета (RFC) – Режим доступа: http://tools.ietf.org/html/.

6. К.Закер. Компьютерные сети. Модернизация и поиск неисправностей: Пер. с англ. – СПб.: БХВ-Петербург, 2004. – 1008 с.: ил.

9. Джефри Рихтер. Программирование на платформе MS.NET Framework 2.0. - СПб.: «Питер», 2005

10. Э. Кравчик, В. Кумар..NET. Сетевое программирование для профессионалов – М: «Лори», 2005г.- 400 стр.

11. Эккель Б. - Философия Java, СПб.: Питер, 2009-560стр.

12. Маклин Скотт, Нафтел Джеймс, Уильямc Ким «Microsoft.NET Remoting». М.: « Русская Редакция », 2003-384стр.

13. Эндрю Троелсен «С# и платформа.NET». СПб.: «Питер», 2007-800стр.

14. Герберт Шилдт Полный справочник по C#. М: «Вильямс», 2007-800стр.

15. Харки Д., Орфали Р.Java и Corba в приложениях клиент-сервер.М: «Лори»,2004-546стр.
16. Л.Н.Королев "Структуры ЭВМ и их математическое обеспечение" М.: Радио и связь, 1998.- 240 с.

Дополнительная

 

17.Электронная библиотека разработчика Microsoft – Режим доступа: http://msdn.microsoft.com/.

18.Джеф Просиз «Программирование для Microsoft.NET» М.: « Русская Редакция », 2004-486стр.

19.Хорстманн К.С., Корнелл Г. - Java. Библиотека профессонала.М: «Вильямс», 2007-896стр.

 

 

Теоретический раздел

Введение

Компьютерные сети являются неотъемлемой частью современных информационных технологий. Значительная часть разрабатываемого и уже эксплуатируемого программного обеспечения, в том числе web-базирующиеся информационные системы, распределенные вычисления и другие перспективные направления, так или иначе связаны с работой в сетях.

Целью курса «Компьютерные сети» является изучение теоретических основ построения и функционирования компьютерных (вычислительных) сетей, в первую очередь использующих стек TCP/IP, их базовых технологий, протоколов и служб, а также приобретение знаний и практических навыков разработки сетевых приложений.

 

Тема 1. Введение в компьютерные сети

1.1. Классификация компьютерных сетей

Компьютерные сети являются частным случаем систем обработки данных (СОД). Под системой обработки данных понимают совокупность технических средств и программного обеспечения, предназначенных для информационного обслуживания пользователей и технических объектов.

Вычислительной сетью называют систему обработки данных состоящую из: сетевого оборудования, компьютеров, сетевого программного обеспечения, каналов передачи данных.

Вычислительные сети можно классифицировать по следующим основным признакам:

По функциональному назначению компьютерные сети делятся на:

информационные;

вычислительные;

информационно вычислительные.

В информационных сетях ЭВМ имеют запоминающие устройства большой емкости и обеспечивают информационное обеспечение пользователей. В вычислительных сетях используют высокопроизводительные ЭВМ.В информационно-вычислительных сетях используют ЭВМ с высокой производительностью и имеющие запоминающие устройства достаточно большой емкости на группы

По территориальному признаку сети делятся на:

глобальные (WAN – Wide Area Network), элементы которых размещаются на расстоянии сотен километров друг от друга и могут занимать территорию нескольких континентов (пример: сеть интернет);

региональные (MAN – Metropolitan Area Network), элементы которых занимают территорию региона, области, города с расстояниями между ними до десятков километров;

локальные (LAN – Local Area Network), элементы которых занимают территорию диаметром до 2 км, с расстоянием между ЭВМ до сотен метров.

По производственному масштабу:

сети отделов;

сети корпораций (предприятий).

сети кампусов (группы зданий);

По типу трафика или информационного потока:

Сетевой трафик – это объём информации передаваемой по всей сети за определенный период времени. Пропускная способность – количество информации, передаваемое между двумя узлами сети в единицу времени. Чем больше трафик, тем меньше пропускная способность.

с равномерным трафиком;

с пульсирующим трафиком

По способам администрирования, т.е. в зависимости от того, кто и как управляет разделяемыми ресурсами, компьютерная сеть может быть построена:

с централизованным управлением (на основе выделенного сервера в которой функции администрирования сосредоточены на специально выделенном компьютере со специальной сетевой операционной системой);

с децентрализованным управлением(как одноранговая сеть, в которой каждый компьютер выполняет функции как сервера так и клиента.).

Классификация сетей по сетевым операционным системам:

сети Windows;

сети NetWare(Novell);

сети LINUX(UNIX).

Во многих сетях на серверах установлены разные сетевые операционные системы. Они называются смешанными сетями.

По используемым стекам (наборам) коммуникационных протоколов:

сети со стеком протоколов международной организации по стандартизации (MOC, ISO);

сети со стеком протоколов TCP/IP (Internet-сети);

сети со стеком протоколов IPX/SPX (Netware фирмы NOVELL) и др.

По методу передачи информации:

с коммутацией каналов;

с коммутацией сообщений;

с коммутацией пакетов.

По топологии:

Точка – точка

Шинная

Кольцевая

Звездообразная

Древовидная

Сетевая

Смешанная.

Классификация сетей по технологиям:

Сетевая технология – это набор правил, определяющих минимальный состав программно-аппаратных средств, достаточный для организации взаимодействия компьютеров в сети.

Как правило, сетевая технология определяет топологию сети, а также протоколы канального уровня (формат кадра, порядок обмена кадрами и т.д.)

В настоящее время наиболее популярными технологиями локальных сетей являются:

Ethernet,

Token Ring,

FDDI.

1.2. Топологии компьютерных сетей

Важным классификационным признаком, характерным именно для сетей, является топология (геометрия связей) – конфигурация сети «на местности», способ взаимного расположения узлов и соединений между ними. От топологии принципиальным образом зависят многие технические и эксплуатационные параметры сети. Выделяется несколько основных топологий (рис. 1).

Топология «точка-точка» – при котором два сетевых узла соединяются постоянно или временно между собой напрямую через коммуникационное оборудование посредством любого подходящего интерфейса. Адресация узлов не требуется, но может поддерживаться с целью унификации. Достоинством такого вида соединения является простота и дешевизна, недостатком — соединить таким образом можно только 2 компьютера и не больше. Пример Связь двух ЭВМ через модем

. Полученную систему можно отнести к сетям лишь условно; Адресация узлов не требуется, но может поддерживаться с целью унификации. К соединениям такого рода относится, например, временная связь, организованная между двумя узлами посредством любого подходящего интерфейса. В более сложных сетях соединения «точка-точка» устанавливаются между маршрутизаторами сети, а также между оконечными узлами и базовой сети передачи данных при использовании некоторых типов каналов, например телефонных линий.

 

 

Рис. 1 Основные топологии вычислительных сетей

Шинная топология – все узлы однотипным образом присоединяются к единому каналу передачи данных (моноканалу), пропускная способность которого разделяется между всеми пользователями. Реализация проста и экономична, хотя могут возникать сложности при прокладке кабеля, так как он должен «обойти» все узлы. Очевидные недостатки – понижены надежность (обрыв кабеля, как правило, выводит из строя всю сеть, хотя исправность отдельных узлов обычно безразлична) и пропускная способность (в каждый момент времени может функционировать не более одного передатчика). Как следствие, шинная топология эффективна при небольшом количестве подключенных узлов или относительно невысокой интенсивности передачи. Она характерна для сетей на коаксиальном кабеле (например, ранние версии Ethernet 10Base5 и 10Base2) и для беспроводных технологий.

Кольцевая топология – напоминает шинную технологию, но единый канал замкнут в кольцо. Так как нормальная передача возможна только в одном направлении, соединения узлов с кольцом не могут быть пассивными – узел включается в разрыв канала и имеет вход и выход, передача данных, между которыми «внутри» узла обеспечивается им самим. Для двунаправленной передачи требуется второй параллельный канал. Такой подход наиболее естественен для оптоволоконных линий связи, но может применяться и в обычных проводных сетях. Работоспособность «кольца» зависит от состояний, как канала, так и всех узлов, что снижает надежность. Основным же преимуществом кольцевой топологии является удобство обеспечения гарантированной пропускной способности, практически не зависящей от нагрузки на сеть, вследствие чего она эффективна для высокоскоростных магистралей, связывающих вычислительные сети. Кольцевую топологию имели и некоторые локальные сети, например TokenRing, CambridgeRing и им подобные.

Звездообразная топология – в сети выделяется центральный, обычно специализированный узел, к которому присоединяются все остальные (периферийные) узлы отдельными линиями связи. Условно можно рассматривать ее как множество соединений «точка-точка», сходящихся в одном узле. Стоимость сети может повышаться, так как увеличивается суммарная длина линий, но прокладка ее проста и технологична. Пропускная способность может быть высокой, так как периферийные узлы обмениваются данными с центральным процессором независимо друг от друга. Принципиально реализуется на любых средах передачи, но наиболее часто используется в проводных сетях, особенно на витой паре.

Древовидная (звездообразная иерархическая) топология – развитие звездообразной, от которой отличается наличием более чем двух уровней подчиненности: любой узел может становиться «центральным» для узлов следующего уровня иерархии. Часть узлов могут быть специализированными и служить исключительно для поддержания соединений (коммутаторы различного типа). Такая топология позволяет распределить управляющие функции и трафик, разгружая «корневой» узел, использовать каналы с различной пропускной способностью и в результате более эффективно наращивать размеры сети. Наиболее характерная в настоящее время топология локальных сетей.

Сетевая топология – дальнейшее развитие древовидной топологии при отступлении от принципа иерархического подчинения и допущении произвольных множественных связей между узлами. Наличие альтернативных путей доставки данных повышает пропускную способность и надежность системы за счет возможности перераспределения потоков, однако при этом возникает достаточно сложная задача маршрутизации. Вследствие этого сетевая топология практически не применима для локальных сетей, но эффективна для базовых сетей передачи данных, причем маршрутизаторы, внутри нее фактически связываются попарно соединениями «точка-точка».

Смешанная топология – сочетание перечисленных разновидностей, естественным образом возникает в глобальных сетях, объединяющих разнородные подсети. Наиболее вероятный вариант – опорная сеть с кольцевой или сетевой топологией (или комбинация таких сетей), к которой присоединяются подсети с любыми топологиями.

В ряде случаев следует различать физическую и логическую топологии.

Физическая топология – путь следования линий связи.

Логическая топология – путь следования информации (пакетов.)

1.3. Методы передачи информации в сетях

Связь между узлами сети может быть трех типов:

с коммутацией каналов;

с коммутацией сообщений;

с коммутацией пакетов.

Коммутация каналов. Передача информации методом коммутации каналов (рисунок 2.1б) между парой A-F абонентов осуществляется путем формирования цепочки физических каналов, сохраняющейся на все время жизни соединения и находящейся в монопольном владении этой пары абонентов. Такой канал в простейшем случае представляет собой отдельную линию связи, но может быть организован и с помощью временного или частотного разделения сигнала в общей для множества каналов среде передачи. Типичным примером первого служит обычная коммутируемая телефонная сеть, второго – разделение «общего» эфира между радиопередатчиками. Коммутация каналов позволяет достичь максимальной для конкретного типа канала производительности, предоставляемой отдельно взятой паре абонентов, имеется возможность передавать данные в любом режиме, в том числе и диалоговом. Крупными недостатками являются непроизводительный простой канала в случае, если обмен не является непрерывным, и длительная процедура установления соединения или его восстановления после сбоя.

Так для передачи информации от A к F, приведенной на рис. 2а узел A выдает адрес узла F в сеть передачи. Узел C, реагируя на адрес абонента F, устанавливает соединение с помощью коммутируемой линии с узлом A. Затем аналогичным способом последовательно устанавливаются соединения между узлами C-G, G-F. По окончании коммутации узел F посылает сигнал обратной связи, после получения которого, узел А начинает передавать данные.
Метод коммутации каналов обычно используется при передаче больших массивов информации, допускающей небольшие искажения.

 

а) б)

Рис. 2. Коммутация каналов

 

При передаче методом коммутации пакетов данные разбиваются на пакеты одинаковой длины, каждый из которых снабжается заголовком с адресной информацией о конечном узле. При этом физический канал устанавливается не по всему маршруту (от начального узла к конечному), а к соседнему узлу (рис.3а). Далее за передачу этого пакета отвечает узел, который его получил. После того как пакет передан соединение может быть разорвано.

По пути передачи пакеты буферизируются в каждом узле, а затем передаются дальше по выбранному маршруту (рис. 3б). За счет совмещения во времени процессов приема пакета с одного направления и передачи предыдущего пакета по другому направлению время доставки одного сообщения методом коммутации пакетов оказывается,как правило, наименьшим.

 

а) б)

 

Рис. 3. Коммутация пакетов

 

Под коммутацией методом сообщений понимается передача единого блока данных между транзитными узлами сети с временной буферизацией этого блока в узле. В заголовке сообщения вместе с другой служебной информацией указывается адрес получателя информации (узел F). Узел С принимает сообщение, от узла А(рис. 4) размещая его в памяти, а по окончании приема обрабатывает заголовок и выдает сообщение из памяти в линию связи, ведущую к следующему узлу G. Процесс приема, обработки и передачи сообщения повторяется последовательно всеми узлами сети на маршруте.

 

 

Рис. 4. Коммутация сообщений

 

Недостатком метода коммутации сообщений является переменная и часто слишком большая длина сообщений, затрудняющая создание коммуникационного оборудования, и в настоящее время этот вид коммутации не используется.

В настоящее время в СПД компьютерных сетей основным способом передачи данных является коммутация пакетов.

 

1.3.1. Методы передачи информации в сетях с коммутацией пакетов

В сетях с коммутацией пакетов возможно 2 метода передачи данных:

датаграммный (без установления соединения);

виртуальный канал (с установлением соединения).

При передаче датаграммнным методом (без установления соединения) данные передаются в виде законченных самостоятельных блоков – датаграмм (datagram). Каждая датаграмма доставляется к получателю по произвольному маршруту и независимо от других датаграмм, причем подтверждения о получении (квитирование) не предусматриваются, поэтому не гарантируется ни порядок следования датаграмм, ни единственность доставленного экземпляра, ни сам факт доставки. Датаграмма передается от узла к узлу на основе адресной информации хранимой в её заголовке.

Такой способ передачи прост, экономичен, но для многих применений недостаточно надежен. При дейтаграммном способе усложняются функции транспортного уровня управления, связанные с необходимостью упорядочения прибывших пакетов перед передачей сообщения протоколам верхнего уровня.
Механизм виртуальных каналов (с установлением соединения) создает в сети устойчивые пути следования трафика через сеть с коммутацией пакетов.

Главное отличие от датаграммной передачи – обеспечение целостности и упорядоченности потока передаваемых данных. Независимо от способа организации потока данных порции данных доставляются получателю строго в том порядке, в котором они были отправлены, а прерывание потока своевременно распознается. Это достигается за счет нумерации порций данных и организации встречного потока подтверждений о получении (квитанций). Таким образом образуется виртуальный канал (устанавливается соединение)передачи данных

 

Рис. 5. Принцип работы виртуального канала

 

На рис. 5 показан фрагмент сети, в которой проложены два виртуальных канала. Первый проходит от конечного узла с адресом N1, А1 до конечного узла с адресом N2, А2 через промежуточные коммутаторы сети R1, R3 и R4. Второй обеспечивает продвижение данных по пути N3, A3—R5—R7—R4—N2, А2. Между двумя конечными узлами может быть проложено несколько виртуальных каналов, как полностью совпадающих в отношении пути следования через транзитные узлы, так и отличающихся. Вместе с тем потоковая передача сложнее, требует специальных процедур установления соединения и дополнительных затрат на контроль его состояния, создает дополнительную нагрузку на линии связи в виде встречного потока квитанций.

Для большинства задач, связанных с обменом значительными объемами данных, более подходит взаимодействие с установлением соединения. Основное применение датаграммной передачи – однократные сообщения ограниченной длины при условии, что надежность доставки не слишком критична.

Тема 2. Модель взаимодействия открытых систем

Для унификации построения разнородных сетей и взаимодействия их друг с другом Международной организацией по стандартизации (ISO) в 1983 г. была принята модель взаимодействия открытых систем.. (Open System Interconnection – OSI). International Organization for Standardization, ISO)

Стандартная модель OSI,приведенная на рис. 6 состоит из семи уровней, функции которых регламентированы. Уровни представляют собой функционально завершенные модули, поддерживающие связь непосредственно с соседними модулями и через них – с модулями другой системы. Для связи между составными частями (уровнями, модулями) систем определяются соответствующие протоколы и интерфейсы.

 

Рис. 6. Модель взаимодействия открытых систем OSI

 

Протокол – набор правил и процедур взаимодействия между одноименными уровнями различных систем (узлов). Протоколы обеспечивают корректную связь участников взаимодействия в сети.

Интерфейс – набор правил и средств, для взаимодействия между соседними уровнями одной системы. Интерфейсы обеспечивают возможность модульного построения системы.

Ниже описаны уровни иерархической модели.

Физический уровень (1) – аппаратура подключения к сети. Этот уровень обеспечивает взаимодействие со средой передачи данных на уровне сигналов и обычно характеризуется существенной вероятностью возникновения ошибок, связанных с физикой процессов в реальной среде.

Канальный уровень (2) – осуществляет логическое управление физическими устройствами и повышение достоверности передачи: контроль и, возможно, исправление ошибок.(Осуществляет доступ к разд. среде и адр. с помощью аппарат. адресов МАС)

Сетевой уровень (3) – организует поиск узлов в сети по лог. адресом в сети и перенаправление передаваемых адресованных данных (маршрутизация). Пример протокол IP.

Транспортный уровень (4) – выполняет передачу от одной точки (адреса) к другой с необходимым контролем и (возможно) дополнительным сервисом. Примеры протоколов транспортного уровня – TCP и UDP (TCP решает также и задачи сеансового уровня).

Все нижние уровни до транспортного уровня включительно называют транспортной системой, она является основой для вышестоящих уровней. Для них транспортный уровень создает («прокладывает») так называемые порты – унифицированные точки доступа к функциям транспортной системы.

Сеансовый уровень (5) – обеспечивает установление соединений (сеансов) между взаимодействующими системами (процессами) и управление ими. Задачи этого уровня могут решаться также и транспортными протоколами (пример – соединения с использованием TCP).

Уровень представления (6) – служит для преобразования форматов данных (например, порядок байт в словах, вид кодировки символов, форму записи адресов и т.д.) в соответствии с правилами конкретного программного обеспечения следующего 7-го уровня в конкретной системе.

Прикладной уровень (7) – конечные приложения, как чисто прикладные (программы пользователя), так и служебные (так называемые службы или сервисы), возможно, используемые другими программами.

Тема3. Физическая среда передачи данных

3.1. Физическое кодирование данных

Основная функция физического уровня – организация физической передачи сигналов. На этом уровне осуществляется физическое кодирование передаваемой информации.

Физическое кодирование – способы представления данных в виде электрических, оптических или радиоимпульсов.

При передаче данных на физическом уровне используют два типа кодирования дискретных данных:

аналоговое;

цифровое.

Линии связи, по которым передаются сигналы, характеризуются полосой пропускания. Полоса пропускания это диапазон частот передаваемого по линии

связи сигнала, при котором сигнал передается без значительных искажений.

Пропускная способность линии связи это максимально возможная скорость передачи данных, которая может быть достигнута на этой линии.

3.1.1. Аналоговое кодирование

Амплитудная модуляция (АМ, AM – Amplitude Modulation) (рис. 2), при которой логической единице соответствует наличие сигнала (или сигнал большей амплитуды), а логическому нулю – отсутствие сигнала (или сигнал меньшей амплитуды). Частота сигнала при этом остается постоянной. Недостаток амплитудной модуляции состоит в том, что АМ-сигнал сильно подвержен действию помех и шумов, а также предъявляет повышенные требования к затуханию сигнала в канале связи. Достоинства – простота аппаратурной реализации и узкий частотный спектр.
Частотная модуляция (ЧМ, FM – Frequency Modulation), при которой логической единице соответствует сигнал более высокой частоты, а логическому нулю – сигнал более низкой частоты (или наоборот). Амплитуда сигнала при частотной модуляции остается постоянной, что является большим преимуществом по сравнению с амплитудной модуляцией.
Фазовая модуляция (ФМ, PM – Phase Modulation), при которой смене логического нуля на логическую единицу и наоборот соответствует резкое изменение фазы синусоидального сигнала одной частоты и амплитуды. Важно, что амплитуда модулированного сигнала остается постоянной, как и в случае частотной модуляции

Применяются и значительно более сложные методы модуляции, являющиеся комбинацией перечисленных простейших методов. Чаще всего аналоговое кодирование используется при передаче информации по каналу с узкой полосой пропускания, например, по телефонным линиям в глобальных сетях. Кроме того, аналоговое кодирование применяется в радиоканалах, что позволяет обеспечивать связь между многими пользователями одновременно. В локальных кабельных сетях аналоговое кодирование практически не используется из-за высокой сложности и стоимости как кодирующего, так и декодирующего оборудования. (МОДЕМЫ)

 

Р ис. 7. Аналоговое кодирование цифровой информации

3.1.2. Цифровое кодирование

При передаче информации в сетях никогда не применяется прямое двоичное кодирование. бита 0 напряжением 0 вольт и бита 1 — напряжением +5 вольт, так как такой способ приводит к неоднозначности. Если одна станция посылает битовую строку 00010000, то другая станция может интерпретировать её либо как 10000, либо как 01000, так как она не может отличить «отсутствие сигнала» от бита 0. Поэтому приемнику необходим способ однозначного определения начала, конца и середины каждого бита(синхронизация), передаваемого передатчиком, без помощи внешних дополнительных сигналов. Для этих целей применяются различные методы кодирования, позволяющие приемнику синхронизироваться от принимаемого сигнала (самосинхронизация).

Цифровое кодирование делится на (рис.8):

потенциальное;

импульсное.

 

Рис. 8. Примеры представления дискретной информации

 

Для потенциального кода главным параметром является уровень напряжения (потенциал сигнала). К таким кодам относятся коды NRZ.NRZI., код 2В1Q.

Потенциальный код NRZ - для передачи единиц и нулей используются два устойчивых состояния 0 и 1(рис.9а).

Потенциальный код NRZI. При передаче последовательности единиц, сигнал, в отличие от других методов кодирования, не возвращается к нулю в течение такта. То есть смена сигнала происходит при передаче единицы, а передача нуля не приводит к изменению напряжения. Единица кодируется либо положительным, либо отрицательным потенциалом. Нулю соответствует нулевой потенциал.

Потенциальный код 2В1Q использует четыре уровня сигнала при кодировании данных.Код 2B1Q передает пару бит за один битовый интервал. Каждой возможной паре в соответствие ставится свой уровень из четырех возможных уровней потенциала.

Паре
00 соответствует потенциал −2.5 В,
01 соответствует −0.833 В,
11 — +0.833 В,
10 — +2.5 В.

Достоинство метода 2B1Q: Сигнальная скорость у этого метода в два раза ниже, чем у кодов NRZ, а спектр сигнала в два раза уже. Следовательно с помощью 2B1Q-кода можно по одной и той же линии передавать данные в два раза быстрее.

Недостаток метода 2B1Q: Реализация этого метода требует более мощного передатчика и более сложного приемника, который должен различать четыре уровня.

 

 

Рис. 9. Способы цифрового кодирования

 

Импульсные коды.

В импульсных кодах данные кодируются или полярностью импульса или же его частью – фронтом.

Манчестерский код

В локальных сетях до недавнего времени самым распространенным методом кодирования был так называемый манчестерский код (рис. 9г). Он применяется в технологиях 10Ethernet и Token Ring.

В манчестерском коде для кодирования единиц и нулей используется перепад потенциала, то есть фронт импульса. При манчестерском кодировании каждый такт делится на две части. Информация кодируется перепадами потенциала, происходящими в середине каждого такта. Единица кодируется перепадом от низкого уровня сигнала к высокому уровню, а ноль — обратным перепадом. В начале каждого такта может происходить служебный перепад сигнала, если нужно представить несколько единиц или нулей подряд. Так как сигнал изменяется, по крайней мере, один раз за такт передачи одного бита данных, то манчестерский код обладает хорошими самосинхронизирующими, свойствами.

Биполярный импульсный код- единица представлена импульсом одной полярности, а ноль — другой (рис. 9в). Каждый импульс длится половину такта. Такой код обладает отличными самосинхронизирующими свойствами, но постоянная составляющая может присутствовать, например, при передаче длинной последовательности единиц или нулей.

Импульсные коды требуют более широкополосных каналов для передачи данных, т.е. «передаются» медленнее, но имеют хорошие самосинхронизирующие свойства.

Потенциальные коды «передаются» быстрее, но при их использовании особое значение приобретает задача синхронизации приемника с передатчиком, так как при передаче длинных последовательностей нулей или единиц сигнал на входе приемника не изме­няется и приемнику сложно определить момент съема очередного бита дан­ных. По этой причине потенциальные коды требуют дополнительной корректировки (избыточное кодирование, скрэмблирование).

- избыточное кодирование - введение избыточных битов в исходные данные (например коды типа 4В/5В когда 4 бита исходного кода кодируются 5 битами и потом передаются с помощью потенциальных методов кодирования например NRZI, исппользуется в сетях Fast Ethernet);

- скрэмблирование исходных данных это обратимое преобразование исходного цифрового потока без изменения скорости передачи (с целью получения свойств случайной последовательности.) После скремблирования появление «1» и «0» в выходной последовательности равновероятны. Потенциальные избыточные и скэмблированные коды используются в сетяхFDDI,Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.

Следует отметить, что по теореме Найквиста пропускная способность линии связи пропорциональна количеству состояний (уровней) передаваемого по линии сигнала. Это значит, что сигналы более сложной формы передаются быстрее.

3.2. Характеристики сред передачи на физическом уровне

3.2.1. Коаксиальный кабель

Бывает тонкий RG 58 (волновое сопротивление 58 Ом) (рис.10) и толстый

Рис. 10. Коаксиальный кабель

 

Основные характеристики сетей технологии Ethernet на тонком коаксиальном кабеле приведены в таблице 1.

 

Таблица 1

Характеристики сети Ethernet на тонком коаксиальном кабеле

 

Наименование параметра	Значение
Максимальное расстояние между узлами	185 метров
Минимальное расстояние между узлами	0,5 метра
Максимальная скорость передачи	10 Мбит/сек
Максимальное количество сегментов в сети

Более дорогой, чем витая пара. В настоящее время для создания сетей практически не используется

3.2.2. Витая пара

В витой паре (рис. 11)передаются сбалансированные сигналы, т.е. сигнал в одном проводе пары противоположен по направлению сигналу в другом проводе, а величина их одинакова. Поэтому витые пары менее подвержены влиянию перекрёстных помех. К этому типу помех относятся сигналы проводов, расположенных на расстоянии нескольких миллиметров друг от друга. Протекающий по проводу электрический ток создает электромагнитное поле, которое генерирует сигналы в другом проводе, расположенном рядом. Перекрестные помехи значительно уменьшаются, если скрутить два провода, как это сделано в витой паре. Чем больше витков приходится на единицу длины, тем меньше влияние помех.

Категория витой пары определяется количеством скруток на единицу длины.

 

 

 

Рис. 11. Витая пара

 

Существует несколько категорий витых пар: 1, 2 и т.д. В табл. 2 приведены характеристики и области применения различных категорий витых пар.

CAT1 (полоса частот 0,1 МГц) — телефонный кабель, всего одна пара. (У нас применяется кабель вообще без скруток – «лапша». Характеристики не хуже, но больше влияние помех). Используется только для передачи голоса или данных при помощи модема.

CAT2 (полоса частот 1 МГц) — старый тип кабеля, 2 пары проводников, поддерживал передачу данных на скоростях до 4 Мбит/с, использовался в сетях Token ring и Arcnet. Сейчас иногда встречается в телефонных сетях.

CAT3 (полоса частот 16 МГц) — 4-парный кабель, используется при построении телефонных и локальных сетей 10Ethernet и Token Ring, поддерживает скорость передачи данных до 10 Мбит/с на расстоянии не далее 500 метров.

CAT4 (полоса частот 20 МГц) — кабель состоит из 4 скрученных пар, использовался в сетях Token Ring, 10Ethernet, скорость передачи данных не превышает 16 Мбит/с по одной паре, сейчас не используется.

CAT5 (полоса частот 100 МГц) — 4-парный кабель, использовался при построении локальных сетей 100Ethernet(Fast Ethernet) и для прокладки телефонных линий, поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар.

CAT5e (полоса частот 125 МГц) — 4-парный кабель, усовершенствованная категория 5. Скорость передач данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар и до 1000 Мбит/с при использовании 4 пар. Кабель категории 5e является самым распространённым и используется для построения компьютерных сетей Token Ring, 10Ethernet, 100Ethernet. 1000Ethernet(Gigabit Ethernet). Иногда встречается двухпарный кабель категории 5e. Преимущества данного кабеля в более низкой себестоимости и меньшей толщине.

CAT6 (полоса частот 250 МГц) — применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 1000 Мбит/с и до 10 гигабит на расстояние до 50 м

CAT6a (полоса частот 500 МГц) — применяется в сетях Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10 Гбит/с и планируется использовать его для приложений, работающих на скорости до 40 Гбит/с.

CAT7 (полоса частот 600—700 МГц) — спецификация на данный тип кабеля утверждена только международным стандартом ISO 11801, скорость передачи данных до 10 Гбит/с. Кабель этой категории имеет общий экран и экраны вокруг каждой пары (рис.7).

CAT7a (полоса частот 1200 МГц) - разработана для передачи данных на скоростях до 40 Гбит/с.

 

 

Рис. 12. Витая пара 7 категории

 

3.2.3 Оптоволокно

 

Рис. 13. Оптоволокно

Оптоволоконный кабель (рис.13) состоит из центрального стеклянного или пластикового проводника, окруженного слоем стеклянного или пластикового покрытия и внешней защитной оболочкой.. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки. Передача данных осуществляется с помощью лазерного или светодиодного передатчика, посылающего однонаправленные световые импульсы через центральный проводник. Сигнал на другом конце принимается фотодиодным приемником, осуществляющим преобразование световых импульсов в электрические сигналы, которые могут обрабатываться компьютером.

Понятие «мода» описывает режим распространения световых лучей в сердцевине кабеля.

В зависимости от распределения показателя преломления и величины диаметра сердечника различают:

Одномодовый волоконно – оптический кабель (рис. 14а) используется центральный проводник света очень малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света — от 5 до 15 мкм.. Световые импульсы проходят вдоль оси оптической нити поэтому они не размазываются и могут быть более короткими, обеспечивая более высокую пропускную способность.

Кабель используется для передачи данных со скоростью 40 Гбит/сек. по одному оптоволокну. При использовании технологии спектрального уплотнения каналов может передавать по одному волокну до нескольких сотен каналов одновременно, обеспечивая общую скорость передачи информации, и