Комп'ютерні мережі

1. Комп'ютерні мережі Лекція 4 Фізичний рівень взаємодії відкритих систем

2. План лекції • Лінії зв'язку, їх характеристики • Основні типи кабелів • Технології фізичного передавання даних лініями зв'язку • Цифрове (дискретне) кодування • Логічне кодування • Первинні мережі • Мультиплексування (ущільнення) • Характеристики стандартних цифрових каналів Лекція 4

3. Основні характеристики ліній зв'язку • Амплітудно-частотна характеристика • Смуга пропускання • Згасання • Завадостійкість • Перехресні наведення на ближньому боці • Пропускна спроможність • Достовірність передавання даних • Питома вартість Лекція 4

4. Спектр сигналу • Періодичний сигнал – лінійчатий спектр (ряд Фур’є) • Неперіодичний сигнал – неперервний спектр • Чим коротший імпульс, чим крутіший фронт імпульсу – тим ширший спектр u u u t t t f f f f0 Лекція 4

5. R R L L L R C C C Еквівалентна схема лінії зв'язку u u t t Лекція 4

6. 1 0,5 0 f Амплітудно-частотна характеристика і смуга пропускання Авихід/Авхід Смуга пропускання Лекція 4

7. Сигнал + спотворення + завади Лекція 4

8. Згасання сигналу Attenuation А = 10 log10(Pвих/Pвх)[дБ] P ~ U2 ~ I2 А = 10 log10(U2вих/U2вх) = 20 log10(Uвих/Uвх) Потужність сигналу також вимірюється в дБ по відношенню до потужності 1мВт Типові значення: • UTP 5 кат. при 100 МГц – 23,6 дБ / 100 м • UTP 6 кат. при 100 МГц – 20,6 дБ / 100 м • Оптичний кабель ~ 0,2 – 3 дБ / 1 км Лекція 4

9. Сигнал Наведення Завадостійкість • Перехресні наведення • Near End Cross Talk (NEXT) UTP 5 кат. при 100 МГц < –27 дБ • PowerSUM • Достовірність передавання даних • Інтенсивність бітових помилок(Bit Error Rate, BER) Типові значення для ліній зв'язку – 10-4 – 10-6 Для волоконно-оптичних ліній зв'язку – 10-9 Лекція 4

10. Пропускна спроможність Залежить від протоколу фізичного рівня • Формула Шеннона С = F log2(1 + Pс/Pш) • С – максимальна пропускна спроможність, біт/с • F – ширина смуги пропускання, Гц • Pc – потужність сигналу • Pш – потужність шуму • Формула Найквіста С = 2F log2М • М – кількість різних станів інформаційного параметра Лекція 4

11. Основні типи кабелів • Скручена пара (Twisted Pair) • UTP – неекрановані • STP – екрановані • Категорії: • 3 – до 10 МГц, • 5 – до 100 МГц, • 6 – до 200 МГц, • 7 – до 600 МГц • Коаксіальний • RG-8, RG-11 – “Товстий” Ethernet (50 Ом, диаметр ~ 12 мм) • RG-58 –“Тонкий” Ethernet (50 Ом) • RG-59 – для телевізійного сигналу (75 Ом) • Волоконно-оптичні • Одномодове волокно • 5-10 мкм, смуга пропускання – сотні ГГц • Багатомодове волокно • із ступінчатою зміною показника заломлення або з плавною зміною показника заломлення, • 62,5/125 мкм або 50/125 мкм, • смуга пропускання – 500-800 МГц Лекція 4

12. Технології фізичного передавання даних лініями зв'язку • Варіанти: • Потенціальне кодування • Імпульсне кодування • Модуляція • Завдання: • Кодування • Модуляція • Проблеми: • Розпізнавання даних • Захист від втрати даних • Синхронізація Лекція 4

13. Аналогова модуляція Лекція 4

14. Цифрове (дискретне) кодування Лекція 4

15. Логічне кодування (поліпшення потенціальних кодів) • 4В/5В – не більше трьох нулів поспіль • 8В/6Т • Скремблювання (B8ZS, HDB3) – усувають послідовності 8 та 4 нулів, відповідно. Вставляють “заборонені” одиниці • Потенціальні коди, поліпшені шляхом логічного кодування, мають кращі спектральні характеристики, ніж імпульсні коди Лекція 4

16. Первинні мережі • Первинні (або опорні) мережі створюють інфраструктуру для організації каналів точка-точка • Вторинні (або накладені) мережі – комп'ютерні або телефонні • Основний принцип первинних мереж – комутація каналів Лекція 4

17. Базовий цифровий канал • Цифрові канали були розроблені в кінці 60-х р. для телефонного трафіку • За основу прийняли параметри, достатні для якісного передавання мовного сигналу: • Частота дискретизації – 8 кГц (смуга звукових частот до 4 кГц) • Кодування – PCM (Pulse Code Modulation – Імпульсно-кодова модуляція) • Квантування – 8 розрядів (256 рівнів) • Параметри каналу: • 64 кбіт/с Лекція 4

18. f1 f2 f Частота f Тайм-слот t Мультиплексування • Для аналогових мереж – частотне ущільнення(FDM – Frequency Division Multiplexing) • Для цифрових мереж – часове ущільнення(TDM – Time Division Multiplexing) Лекція 4

19. Ієрархія цифрових каналів (плезіохронна) Лекція 4

20. Передача голосу і даних • Канал Т1 • Для голосу – 24 канали • У кадрі 24 байти (по одному на кожного абонента) + 1 біт синхронізації • 8-й біт у кожному 6-му кадрі передає службову інформацію • Для комп’ютерних даних – 23 канали + 1 канал службовий • Канал Е1 • І для голосу, і для даних – 30 каналів • Кадр – 32 байти (2 службових) Лекція 4

21. Синхронні цифрові канали SDH/SONET (1984 р) Лекція 4