Проводные каналы связи
В вычислительных сетях проводные линии связи могут быть медными и (или) волоконно-оптическими линиями связи (ВОЛС). Особенности ВОЛС будут рассмотрены немного позже. Здесь рассмотрим характеристики медных соединений, к которым относятся коаксиальные кабели и пары проводов.
В ЛВС используются коаксиальные кабели двух видов: “толстый” диаметром 12,5 мм и “тонкий” диаметром 6,25 мм. “Толстый” кабель имеет меньшее затухание, лучшую помехозащищенность, что обеспечивает возможность работы на больших расстояниях, но он плохо гнется, что затрудняет прокладку соединений в помещениях, и дороже “тонкого”.
Преимущественное применение находят витые пары проводов. Среди витых пар различают экранированные и неэкранированные пары, им соответствуют аббревиатуры STP (Shielded Twist Pair) и UTP (Unshielded Twist Pair). Экранированные пары сравнительно дороги, их используют реже. Неэкранированные пары подразделяют на несколько категорий (типов). Обычный телефонный кабель – пара категории 1. Пара категории 2 может использоваться в сетях с пропускной способностью до 4 Мбит/с. В высокоскоростных каналах используют более совершенную витую пару категории 5, которая применима при частотах до 100 МГц на расстояниях в десятки метров. В паре категории 5 проводник представлен медными жилами диаметром 0,51 мм, навитыми по определенной технологии и заключенными в термостойкую изолирующую оболочку. В высокоскоростных ЛВС на UTP длины соединений обычно не превышают 100 м. Затухание на 100 МГц и при длине 100 м составляет около 24 дБ, при 10 МГц и 100 м – около 7 дБ. В последнее время созданы витые пары категорий 6 и 7.
Пару проводов часто используют как сбалансированную линию, в двух проводах которой передаются одни и те же уровни сигнала (по отношению к земле), но разной полярности. При приеме воспринимается разность сигналов, называемая парафазным сигналом. Синфазные помехи при этом самокомпенсируются. Помехоустойчивость существенно повышается, так как наводимые помехи в двух проводах обычно появляются в одной и той же фазе.
Беспроводные каналы связи
В беспроводных каналах передача информации осуществляется на основе распространения электромагнитных колебаний.
Таблица 2.1
Диапазоны частот электромагнитных колебаний, используемых в беспроводных и оптических каналах связи
*РК в ЛВС – радиоканалы в локальных сетях и системах связи.
** WDM – мультиплексирование с разделением каналов по длинам волн.
Чем выше рабочая частота, тем больше емкость (число каналов) системы связи, но тем меньше предельные расстояния, на которых возможна прямая передача между двумя пунктами без ретрансляторов. Первая из причин и порождает тенденцию к освоению новых более высокочастотных диапазонов.
Радиоканалы входят необходимой составной частью в спутниковые и радиорелейные системы связи, применяемые в территориальных сетях, в сотовые системы мобильной связи, они используются в качестве альтернативы кабельным системам в локальных сетях и при объединении сетей отдельных офисов и предприятий в корпоративные сети. Во многих случаях применение радиоканалов оказывается более дешевым решением по сравнению с другими вариантами.
В территориальных сетях на региональном уровне часто используются радиорелейные линии связи (коммутация каналов, диапазон частот 15...23 ГГц, связь в пределах прямой видимости, что ограничивает дальность между соседними станциями до 50 км (при условии размещения антенн на строениях типа башен). Последовательность станций, являющихся ретрансляторами, позволяет передавать информацию на значительные расстояния.
Радиосвязь используется в корпоративных и локальных сетях, если затруднена прокладка других каналов связи. Радиоканал либо выполняет роль моста между подсетями (двухточечное соединение), либо является общей средой передачи данных в ЛВС, либо служит соединением между центральным и терминальными узлами в сети с централизованным управлением.
В первом случае (связь двух сетей) имеем двухточечное соединение с направленными антеннами, дальность в пределах прямой видимости (обычно до 15—20 км с расположением антенн на крышах зданий). Мост имеет два адаптера: один для формирования сигналов для радиоканала, другой – для кабельной подсети. Мосты используются для соединения в основном идентичных сетей, имеющих некоторые физические различия на физическом и канальном уровнях.
В случае использования радиоканала в качестве общей среды передачи данных в ЛВС сеть называют RadioEthenet (стандарт IEEE 802/11), она обычно используется внутри зданий. В состав аппаратуры входят приемопередатчики и антенны. Связь осуществляется на частотах от одного до нескольких гигагерц. Расстояния между узлами – несколько десятков метров.
В соответствии со стандартом IEEE 802/11 возможны два способа передачи двоичной информации в ЛВС, оба они имеют целью обеспечить защиту информации от нежелательного доступа.
Первый способ называется методом прямой последовательности (DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum). В нем вводится избыточность – каждый бит данных представляется последовательностью из 11 элементов (“чипов”). Эта последовательность создается по алгоритму, известному участникам связи, и потому может быть дешифрирована при приеме. Избыточность повышает помехоустойчивость, что позволяет снизить требования к мощности передатчика, а для сохранения высокой скорости нужно расширять полосу пропускания. Так, в аппаратуре фирмы Aironet в диапазоне 2,4 ГГц имеются четыре канала шириной 22 МГц.
Второй способ – метод частотных скачков (FHSS – Frequency Hopping Spread Spectrum). В этом методе полоса пропускания делится на 79 поддиапазонов. Передатчик периодически (с шагом 20...400 мс) переключается на новый поддиапазон, причем алгоритм изменения частот известен только участникам связи и может изменяться, что и затрудняет несанкционированный доступ к данным.
В варианте использования радиоканалов для связи центрального и периферийного узлов центральный пункт имеет ненаправленную антенну, а терминальные пункты при этом используют направленные антенны. Дальность связи составляет также десятки метров, а вне помещений – сотни метров.
В условиях высоких уровней электромагнитных помех иногда используют инфракрасные каналы связи. В последнее время их стали применять не только в цехах, но и в офисах, где лучи можно направлять над перегородками помещения.
Поставкой оборудования для организации корпоративных и локальных беспроводных сетей занимается ряд фирм, в том числе известные фирмы Lucent Technologies, Aironet, Multipoint Network.
В оборудование беспроводных каналов ПД входят.
1. Сетевые адаптеры и радиомодемы, поставляемые вместе с комнатными антеннами и драйверами, различаются способами обработки сигналов, характеризуются частотой передачи, пропускной способностью, дальностью связи.
2. Радиомосты используются для объединения между собой кабельных сегментов и отдельных ЛВС в пределах прямой видимости и для организации магистральных каналов в опорных сетях, выполняют ретрансляцию и фильтрацию пакетов. Например, мост ARLAN 640 (Aironet) взаимодействует с сетями Ethernet, обеспечивает 2 Мбит/с.
3. Направленные и ненаправленные антенны, антенные усилители и вспомогательное оборудование типа кабелей, полосовых фильтров, грозозащитников и т.п.
