Сетевой доступ (стр. 2 )

Например, при манчестерском кодировании нули будут представлены переходом от высокого напряжения к низкому; а единицы — переходом от низкого напряжения к высокому. Пример манчестерского кодирования показан на рисунке 1. Переход состояний сигнала происходит в середине каждого битового интервала. Этот тип кодирования применяется в ранних модификациях Ethernet со скоростью 10 Мбит/с. Для более высоких скоростей передачи требуется более сложное кодирование.

Способы передачи сигналов

Для представления значений битов «1» и «0» в среде передачи физический уровень должен генерировать электрические, оптические или радиосигналы. Метод представления битов с помощью сигналов называется способом передачи сигналов. Стандарты физического уровня должны определять, какой тип сигнала соответствует единице («1»), а какой нулю («0»). Для передачи сигнала можно использовать простое изменение длительности электрического или оптического импульса. Например, длинный импульс может обозначать 1, а короткий — 0.

Этот способ аналогичен кодированию с помощью азбуки Морзе. Азбука Морзе — это один из способов передачи текстовых сообщений по телефонным проводам или между судами в море с помощью звуковых или световых импульсов или нажатий телеграфного ключа разной продолжительности.

Существует множество способов передачи сигналов. Наиболее распространенный способ передачи данных — с применением модуляции. Модуляция — это процесс изменения параметров одной волны (т. н. несущей) согласно характеристикам другой волны (сигнала).

Природа фактических сигналов, представляющих биты в средствах подключения, будет зависеть от используемого способа передачи.

На рисунке 2 показана передача сигналов с применением частотной и амплитудной модуляции.

Пропускная способность

Разные физические средства подключения поддерживают различные скорости передачи битов. Основными характеристиками передачи данных являются пропускная способность (bandwidth) и производительность (throughput).

Пропускная способность (bandwidth) — это количественная характеристика, отражающая возможности передачи данных по конкретному средству подключения. В цифровых сетях под пропускной способностью понимается объем данных, который можно передать из одной точки в другую за определенное время. Обычно пропускная способность измеряется в килобитах в секунду (Кбит/с), мегабитах в секунду (Мбит/с) или гигабитах в секунду (Гбит/с). Иногда под пропускной способностью понимают скорость доставки битов, хотя это не совсем точно. Например, и в сети Ethernet 10 Мбит/с, и в сети Ethernet 100 Мбит/с биты передаются со скоростью распространения электрического сигнала. Разница заключается в количестве битов, передаваемых в секунду.

Фактическая пропускная способность сети определяется сочетанием следующих факторов.

Свойства физических средств подключения

Технологии передачи и обнаружения сигналов в сети

На реальную пропускную способность влияют свойства физических средств подключения, используемые технологии и законы физики.

В следующей таблице приведены наиболее часто используемые единицы измерения пропускной способности.

Производительность

Производительность (throughput) — это количество битов, передаваемых по средствам подключения за определенный период времени.

Из-за множества факторов производительность (throughput) обычно не соответствует заявленной пропускной способности (bandwidth) в реализациях на физическом уровне. На производительность влияет ряд факторов, в том числе следующие.

Объем трафика

Тип трафика

Суммарная задержка, зависящая от количества сетевых устройств между источником и пунктом назначения

Задержки в сети оказывают влияние на итоговое время, необходимое для доставки данных из одной точки в другую.

Производительность сети, состоящей из нескольких сетей или нескольких сегментов, не может превышать скорость самого медленного соединения между источником и получателем. Даже если все или большинство сегментов имеют высокую пропускную способность, один-единственный сегмент с низкой производительностью создаст узкое место и производительность всей сети будет снижена.

Существует множество веб-сервисов проверки скорости, позволяющих узнать реальную производительность интернет-соединения. На рисунке показан пример результата тестирования скорости.

Существует также третий параметр, характеризующий передачу полезных данных, который называется полезной пропускной способностью (goodput). Полезная пропускная способность — это объем полезных данных, передаваемых за определенный период времени. Полезная пропускная способность (goodput) равна производительности (throughput) за вычетом служебного трафика, необходимого для создания сеансов, подтверждений и инкапсуляции.

Типы физических средств подключения

Физический уровень обеспечивает представление потока битов в виде изменений уровней напряжения, модулированных радиочастотных сигналов или световых импульсов. Организациями по стандартизации были совместно выработаны требования к физическим, электрическим и механическим свойствам средствам подключения для разных видов коммуникаций. Эти спецификации гарантируют надлежащую работу кабелей и разъемов с различными реализациями канального уровня.

Например, для средств подключения на основе медного кабеля определены следующие стандарты.

Тип используемого медного кабеля

Пропускная способность

Тип используемых разъемов

Назначение и цветовая маркировка контактов разъемов средства подключения

Максимально допустимая длина кабеля

Характеристики медных кабелей

Медные кабели используются в сетях из-за их невысокой стоимости, простоты монтажа и низкого электрического сопротивления. Однако при передаче сигналов по медным кабелям имеются ограничения по дальности передачи и помехоустойчивости.

Данные по медным кабелям передаются в виде электрических импульсов. Приемник в сетевом интерфейсе целевого устройства должен получить такой сигнал, который можно легко декодировать для восстановления отправленного сигнала. Однако чем больше дальность передачи сигнала, тем сильнее он искажается. Это называется затуханием сигналов. Поэтому для всех средств подключения на основе медных кабелей в стандартах установлены строгие ограничения на дальность передачи.

Временные характеристики и значения напряжения электрических импульсов также подвержены влиянию следующих источников помех.

Электромагнитные помехи (ЭМП) или радиочастотные помехи (РЧП). Сигналы ЭМП и РЧП могут искажать и нарушать сигналы данных, передаваемые по медному кабелю. Потенциальными источниками ЭМП и РЧП являются источники радиочастотного излучения и электромагнитные устройства, например флуоресцентные лампы или электродвигатели (см. рисунок).

Переходные помехи. Это помехи, вызванные воздействием электрических или магнитных полей сигнала одного кабеля на сигнал соседнего кабеля. В телефонных каналах переходные помехи могут приводить к частичной слышимости постороннего разговора по соседнему каналу. Причина этого в том, что при прохождении электрического тока по проводу вокруг него создается слабое круговое магнитное поле, которое может воздействовать на соседний провод.

Нажмите кнопку «Воспроизведение» на рисунке и посмотрите, как помехи могут влиять на передачу данных.

Для защиты от вредного влияния ЭМП и РЧП некоторые типы медных кабелей обернуты металлической экранирующей оболочкой. Такие кабели требуют надлежащего заземления.

В некоторых типах медных кабелей провода каждой пары скручены между собой, что обеспечивает эффективное подавление переходных помех.

Защищенность медного кабеля от электронных помех можно также повысить за счет следующих мер.

Выбор типа и категории кабеля, наиболее подходящих для данного сетевого окружения

Проектирование кабельной инфраструктуры здания с обходом известных и потенциальных источников помех

Соблюдение правил прокладки и подключения кабелей при монтаже

Типы медных кабелей

Для построения сетей используется три основных типа медных кабелей.

Неэкранированная витая пара (UTP)

Экранированная витая пара (STP)

Коаксиальные кабели

Эти кабели используются для соединения узлов локальной сети и подключения устройств сетевой инфраструктуры, таких как коммутаторы, маршрутизаторы и беспроводные точки доступа. В стандартах физического уровня описаны требования к кабелям для каждого из типов соединения и соответствующих им устройств.

Различные стандарты физического уровня требуют использования различных разъемов. Эти стандарты определяют физические размеры и допустимые электрические характеристики каждого типа разъемов. В средствах сетевого подключения для обеспечения простого подключения и отключения используются модульные гнезда и штекеры. При этом физические разъемы одного типа могут использоваться для нескольких типов подключений. Например, разъем RJ-45 широко используется в локальных сетях (LAN) с одним типом средств подключения, а в некоторых глобальных сетях (WAN) — с другим типом.

Кабель на основе неэкранированной витой пары

Кабели на основе неэкранированной витой пары (UTP) являются самым распространенным средством подключения. Кабели UTP с разъемами RJ-45 используются для соединения узлов с промежуточными сетевыми устройствами, такими как коммутаторы и маршрутизаторы.