Задача модуля Объяснить, каким образом протоколы и сетевые средства подключения физического уровня реализуют связь в сетях передачи данных
 Скачать 4.86 Mb.
|
Модуль 4: Физический уровеньВведение в сетевые технологии v7.0 (ITN)Задачи модуляНазвание модуля: Физический уровень Задача модуля: Объяснить, каким образом протоколы и сетевые средства подключения физического уровня реализуют связь в сетях передачи данных..
4.1. Назначение физического уровняНазначение физического уровня Физическое подключениеЧтобы получить возможность обмениваться данными по сети, в первую очередь необходимо установить физическое подключение к локальной сети. Это подключение может быть проводным или беспроводным, в зависимости от настройки сети. Это, как правило, не зависит от того, планируете ли вы корпоративный офис или дом. Сетевые интерфейсные платы (Network Interface Card, NIC) служат для подключения устройства к сети. Некоторые устройства могут иметь только один сетевой адаптер, в то время как другие могут иметь несколько сетевых адаптеров (например, проводные и/или беспроводные). Не все физические подключения обеспечивают одинаковый уровень производительности. Назначение физического уровня Физический уровеньТранспортирует биты по сетевым носителям Принимает весь кадр от канального уровня и кодирует его в серию сигналов, которые передаются по локальной среде. Этот последний шаг называется инкапсуляцией. Следующее устройство в пути к месту назначения получает биты и повторно инкапсулирует кадр, затем решает, что с ним делать. 4.2. Характеристики физического уровняСтандарты физического уровня регламентируют три функциональные области:
Кодирование Способы передачи сигналов Физические компоненты — это аппаратные устройства, средства подключения, а также другие соединители и разъемы, обеспечивающие передачу сигналов, с помощью которых представлены биты информации.Все аппаратные компоненты, в том числе сетевые интерфейсные платы (NIC), интерфейсы и соединители, а также материалы и конструкция кабелей описаны в стандартах, относящихся к физическому уровню.Характеристики физического уровня КодированиеКодирование преобразует поток битов в формат, узнаваемый следующим устройством в сетевом пути. Это «кодирование» обеспечивает предсказуемые шаблоны, которые могут быть распознаны следующим устройством. Примеры методов кодирования включают Manchester (показано на рисунке), 4B/5B и 8B/10B. Характеристики физического уровня СигнализацияМетод сигнализации - это то, как битовые значения «1» и «0» представлены на физическом носителе. Способ сигнализации будет варьироваться в зависимости от типа используемого носителя. Электрические сигналы по медному кабелю Световой импульс по оптоволоконному кабелю Сверхвысокочастотные сигналы по беспроводной связи Характеристики физического уровня Полоса пропусканияПолоса пропускания (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; сколько бит может быть передано в секунду. На реальную пропускную способность влияют свойства физических средств подключения, используемые технологии и законы физики.
Характеристики физического уровня Пропускная способностьЗадержка
Пропускная способностьКоличество битов, передаваемых по среде передачи за определенный период времениПолезная пропускная способностьОбъем полезных данных, передаваемых за определенный период времениGoodput = пропускная способность - накладные расходы на трафик 4.3 Медные кабелиМедные кабели Характеристики медных кабелейМедный кабель является наиболее распространенным типом кабелей, используемых в сетях сегодня. Медные кабели используются в сетях из-за их невысокой стоимости, простоты монтажа и низкого электрического сопротивления.Ограничения:
Электрический сигнал чувствителен к помехам от двух источников, которые могут искажать и повреждать сигналы данных (электромагнитные помехи (EMI) и радиочастотные интерференции (RFI) и перекрестные помехи. Устранение:Строгое соблюдение предельных значений длины кабеля позволит уменьшить затухание.Некоторые виды медных кабелей смягчают EMI и RFI с помощью металлического экранирования и заземления. Некоторые виды медного кабеля могут смягчить перекрестный стебель путем скручивания противоположных проводов цепи вместе. Медные кабели Типы медных кабелейМедные кабели Неэкранированная витая пара (UTP)Кабели UTP являются наиболее распространенной средой передачи данных. Оснащаются разъемами RJ-45. Соединяет хосты с промежуточными сетевыми устройствами. Ключевые характеристики UTP Наружная оболочка защищает медный провод от физического повреждения. Витая пара защищает сигнал от помех. Пластиковая изоляция с цветовым кодом создаёт электрическую изоляцию проводов друг от друга и определяет каждую пару. Медные кабели Экранированная витая пара (STP)Обеспечивают лучшую защиту от помех, чем UTP. Дороже, чем UTP Сложнее установить, чем UTP Оснащаются разъемами RJ-45. Соединяет хосты с промежуточными сетевыми устройствами. Ключевые характеристики STP Наружная оболочка защищает медный провод от физического повреждения. Плетеный экран или фольга обеспечивает защиту EMI/RFI Щит из фольги для каждой пары проводов обеспечивает защиту EMI/RFI Пластиковая изоляция с цветовым кодом создаёт электрическую изоляцию проводов друг от друга и определяет каждую пару. Медные кабели Коаксиальный кабельВключают в себя следующие элементы: Наружная оболочка кабеля предотвращает от незначительных физических повреждений Медная оплетка или металлическая фольга, окружающая слой изолирующего материала и выступающая в качестве второго провода в цепи, а также экрана для внутреннего проводника. Слой гибкой пластиковой изоляции Медный проводник используется для передачи электрических сигналов. С коаксиальным кабелем используются различные типы разъемов. Обычно используются в следующих двух случаях. Оборудование беспроводных сетей - используются для подключения антенн к устройствам беспроводной связи. Кабельные интернет-установки - проводка помещений заказчика 4.4 Кабели UTPUTP-кабели Свойства UTP-кабелейUTP-кабель состоит из четырех скрученных пар медных проводников с цветовой маркировкой, заключенных в общую гибкую пластиковую оболочку. Экранирование не используется. UTP использует следующие свойства для ограничения перекрестных помех:
Разница в скручивании в каждом проводе - каждый провод изгибается по-разному, что помогает предотвратить перекрестные помехи между проводами в кабеле. Стандарты для UTP устанавливаются TIA/EIA. TIA/EIA-568 стандартизирует такие элементы, как:
Длина кабелей Разъемы Оконцовка кабелей Методы тестирования Электрические стандарты для медных кабелей устанавливаются стандартом IEEE, который тарирует кабель в соответствии с его производительностью. Примеры:Категория 3Категории 5 и 5e Категория 6. UTP-кабели Стандарты UTP-кабелей и разъемов (Продолжение)Разъем RJ-45 Розетка RJ-45 Неправильная оконцовка кабеля UTP Правильная оконцовка кабеля UTP UTP Прямые и перекрестные кабели UTP
4.5 Оптоволоконные кабелиОптоволоконные кабели Свойства оптоволоконных кабелейИспользуются не так часто, как UTP, из-за связанных с этим расходов Идеально подходит для некоторых сетевых сценариев Оптоволоконные кабели позволяют передавать данные на большие расстояния и с более высокой пропускной способностью, чем другие средства сетевого подключения. Менее восприимчивы к затуханию и полностью невосприимчивы к EMI/RFI Изготовлен из гибких, очень тонких нитей из очень чистого стекла Использует лазер или светодиод для кодирования битов как импульсы света Оптоволоконный кабель действует как световод, обеспечивающий передачу светового сигнала между двумя концами кабеля с минимальными потерями. Оптоволоконные кабели Типы оптоволоконных кабелейОдномодовый оптоволоконный кабель (SMF) Очень маленький сердечник Использует дорогие лазеры Применяется на большие расстояния Многомодовый оптоволоконный кабель (MMF) Более крупные ядра Использует менее дорогие светодиоды Светодиоды передают сиглалы под разными углами До 10 Гбит/с на 550 метров Под дисперсией в данном контексте понимается расширение светового импульса по мере его движения по оптическому волокну. Чем выше дисперсия, тем больше потери сигнала. MMF имеет большую дисперсию, чем SMF, при этом максимальное расстояние кабеля для MMF составляет 550 метров. Оптоволоконные кабели Использование оптоволоконных кабелейВ настоящее время оптоволоконные кабели используются в следующих четырех областях.Корпоративные сети - Оптоволоконные кабели используются в качестве магистральных кабелей и для соединений между устройствами сетевой инфраструктуры. Технология «оптоволокно до квартиры» (Fiber-to-the-Home, FTTH) - Оптоволоконные кабели используются для постоянного широкополосного доступа индивидуальных пользователей и небольших предприятий к сети. Сети дальней связи - Оптоволоконные кабели используются провайдерами услуг для международной и междугородной связи. Подводные кабельные сети. - Оптоволоконные кабели используются для строительства надежных высокоскоростных линий связи, способных работать в тяжелых условиях больших глубин и обеспечивать связь на больших расстояниях, вплоть до трансокеанских. В этом курсе рассматривается использование оптоволоконных кабелей в рамках предприятия.Оптоволоконные кабели Разъемы для оптоволоконных кабелейРазъемы ST (Straight-Tip, байонетного типа) Разъемы SC (Subscriber Connector) Симплексные разъемы LC (Lucent Connector) Дуплексные многомодовые разъемы LC Оптоволоконные кабели Оптоволоконные патч-кордыSC-SC MM патч-корд LC-LC SM патч-корд ST-LC MM патч-корд ST-SC SM патч-корд Желтая маркировка используется для одномодовых оптоволоконных кабелей, а оранжевая (или голубая) — для многомодовых. Оптоволоконные кабели Сравнение оптоволоконных и медных кабелейОптическое волокно в основном используется в качестве магистрального кабеля.
4.6 Беспроводная среда передачи данныхБеспроводные среды передачи данных Свойства беспроводных сред передачи данныхСредства беспроводного подключения обеспечивают передачу двоичных разрядов данных в виде электромагнитных сигналов радиочастотного или микроволнового диапазона. Это обеспечивает наибольшую мобильность. Количество беспроводных подключений продолжает увеличиваться.Некоторые из ограничений беспроводной связи:
Помехи - Беспроводная связь восприимчива к помехам и может быть нарушена многими распространенными устройствами. Безопасность - Для доступа к среде беспроводного подключения не требуется подключаться к физическим кабелям, поэтому любой может получить доступ к передаче. Совместный доступ к средству подключения - Сети WLAN работают в полудуплексном режиме, что означает, что в каждый момент времени передачу или прием может осуществлять только одно устройство. Чем больше пользователей одновременно подключаются к WLAN, тем меньшая пропускная способность приходится на каждого из них. Беспроводные среды передачи данных Типы беспроводных сред передачи данныхСтандарты IEEE и телекоммуникационные отраслевые стандарты беспроводной передачи данных охватывают как канальный, так и физический уровни. В каждом из этих стандартов спецификации физического уровня определяют:Кодирование данных с помощью радиосигналов Частота и мощность передачи Требования к приему и декодированию сигналов Проектирование и возведение антенн. Стандарты беспроводной передачи данныхWi-Fi (IEEE 802.11) — технология беспроводной локальной сети (WLAN)Bluetooth (IEEE 802.15) - стандарт беспроводной сети личного кабинета (WPAN) WiMAX (IEEE 802.16) — использует топологию «точка-многоточечная» для обеспечения широкополосного беспроводного доступа Zigbee (IEEE 802.15.4) — связь с низкой скоростью передачи данных и низким энергопотреблением, в основном для приложений Интернета вещей (IoT) Беспроводная среда передачи данных Беспроводная локальная сетьКак правило, для создания беспроводной LAN (WLAN) требуются следующие сетевые устройства.Беспроводная точка доступа (AP): концентрирует беспроводные сигналы от пользователей. Подключается к сетевой инфраструктуре на основе медных кабелей. Беспроводные сетевые платы- обеспечивают возможность беспроводного подключения для каждого узла в сети. Существует ряд стандартов WLAN. Приобретая беспроводные устройства, следует обращать особое внимание на их совместимость.Сетевые администраторы должны разрабатывать и применять строгие правила и протоколы безопасности для защиты беспроводных локальных сетей от несанкционированного доступа и потенциального ущерба.Беспроводная среда передачи данных Packet Tracer. Подключение проводной и беспроводной локальных сетейВ этом задании Packet Tracer:Подключение к облаку Подключение к маршрутизатору Подключение устройств Проверка подключений Изучение физической топологии Беспроводная среда передачи данных Лабораторная работа. Просмотр данных о сетевой интерфейсной плате для проводной и беспроводной сетиВ этой лабораторной работе вы выполните следующие задачи.Определение и изменение параметров сетевых интерфейсных плат компьютера определение значков сети на панели задач и их использование. 4.7 Практика и контрольная работа модуляЧтобы получить возможность обмениваться данными по проводной или беспроводной сети, в первую очередь необходимо установить физическое подключение к локальной сети. Физический уровень состоит из электронных схем, средств подключения и разъемов, разрабатываемых инженерами. Стандарты физического уровня касаются трех функциональных областей: физических компонентов, методов кодирования кадров и способов передачи сигналов. Три типа медных кабелей: UTP, STP и коаксиальный кабель (coax). Кабели UTP соответствуют требованиям стандартов, совместно выработанных организациями TIA и EIA. Электрические характеристики медных кабелей определяются Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE). Основными типами кабелей, получаемыми с помощью определенных соглашений о проводке, являются прямой Ethernet и перекрестный Ethernet. Практика и контрольная работа модуля Что я изучил в этом модуле? (Продолжение)Оптоволоконные кабели позволяют передавать данные на большие расстояния и с более высокой пропускной способностью, чем другие средства сетевого подключения. Существует четыре типа волоконно-оптических разъемов: ST, SC, LC и двухуровневый многомодовый LC. Волоконно-оптические патч-корды включают многомодовый SC-SC, одномодовый LC-LC, многомодовый ST-LC и одномодовый SC-ST. Средства беспроводного подключения обеспечивают передачу двоичных разрядов данных в виде электромагнитных сигналов радиочастотного или микроволнового диапазона. Беспроводная связь имеет некоторые ограничения, включая область покрытия, помехи, безопасность и проблемы, возникающие с любым общим носителем. Стандарты беспроводной связи включают следующие: Wi-Fi (IEEE 802.11), Bluetooth (IEEE 802.15), WiMAX (IEEE 802.16) и Zigbee (IEEE 802.15.4). Для беспроводной локальной сети (WLAN) требуется беспроводная точка доступа и беспроводные сетевые адаптеры. Модуль 4: Физический уровень Новые термины и команды
|