Media przesyłowe w sieciach komputerowych
advertisement
Urządzenia techniki komputerowej Identyfikacja i charakteryzowanie urządzeń zewnętrznych komputera Media przesyłowe w sieciach komputerowych Cel zajęć W toku lekcji nauczysz się: • Wymieniać rodzaje okablowania • Charakteryzować poszczególne media transmisyjne • Zauważać współzależność medium transmisyjnego i urządzeń w określaniu prędkości transmisji w sieciach • Twierdzenia Nyquista o próbkowaniu oraz twierdzenia Shannona o wpływie szumu na transmisje danych • Zasady transmisji radiowych • Sieci radiowe i sieci kablowe – podobieństwa i różnice 2 Agenda • • • • Media transmisyjne CSMA/CD CSMA/CA Twierdzenia Nyquista o próbkowaniu Twierdzenia Shannona o wpływie szumu na transmisje danych • Zasady transmisji radiowych 3 Przypomnienie Topologia sieci – sposób rozmieszczenia węzłów (komputery, drukarki sieciowe, serwery i inne), do których dołączona jest sieć. Sieci przewodowe topologia magistrali (bus), topologia pierścienia (ring), topologia gwiazdy (star), topologia drzewa (tree), topologia kraty (mesh). 4 Sieci bezprzewodowe topologia gwiazdy, topologia kraty. Agenda • • • • Media transmisyjne CSMA/CD CSMA/CA Twierdzenia Nyquista o próbkowaniu Twierdzenia Shannona o wpływie szumu na transmisje danych • Zasady transmisji radiowych 5 Media transmisyjne Kable UTP (ang. Unshielded Twisted Pair) skrętka nieekranowana • Skrętka 4-pary, CAT5-UTP – drut • śr. żyły wew. [mm]: 0.53 • śr. zewnętrzna [mm]: 5.40 • ciężar [kg/1km] 35 • Tłumienność [db/100m] dla f=100MHz : 22 6 Media transmisyjne Kable UTP • Skrętka 4-pary, CAT5-UTP - linka • śr. żyły wew. [ mm]: 0.60 • śr. zewnętrzna [ mm]: 5.55 • ciężar [kg/1km] 35 • Tłumienność [db/100m] dla f=100MHz : 27.5 7 Media transmisyjne Kable UTP • kabel wykonany ze skręconych, nieekranowanych przewodów • skręcanie przewodów ze splotem 1 zwój na 16-10 cm chroni transmisję przed oddziaływaniem (interferencją) otoczenia. 8 Media transmisyjne Kable UTP • skrętkę powszechnie stosuje się w sieciach telefonicznych i komputerowych. • przy przesyłaniu sygnałów cyfrowych za pomocą skętki UTP uzyskuje się przepływności do 100 Mb/s (kategoria 5), a takie1000 Mb/s w najnowszej technologii Gigabit Ethernet. 9 Media transmisyjne Kable FTP • Skrętka 4-pary, ekranowana CAT5-FTP – drut/linka • śr. żyły wew. [ mm]: 0.51/0.48 • śr. zewnętrzna [ mm]: 6.00 /5.40 • ciężar [kg/1km] 42/33 • Tłumienność [db/100m] dla f=100MHz : 22/27.5 10 Media transmisyjne Kable FTP (ang. Foiled Twisted Pair) skrętka foliowana • skrętka ekranowaną za pomoca folii z przewodem uziemiającym. • przeznaczona główne do budowy sieci komputerowych (Ethernet, Token Ring) o długości nawet kilku kilometrów. 11 Media transmisyjne Kable FTP (ang. Foiled Twisted Pair) skrętka foliowana • stosowana również na krótszych dystansach w sieciach standardu Gigabit Etrernet (1 Gb/s) z wykorzystaniem wszystkich czterech par okablowania miedzianego piątej kategorii. 12 Media transmisyjne Wtyk RJ-45 klips 13 Media transmisyjne Wtyk RJ-45 • TIA/EIA 568B – zalecana przez MOLEX • TIA/EIA 568A 568a----568b = „k r o s” 14 Media transmisyjne Kable krosowe 15 Media transmisyjne Światłowód • falowód służący do przesyłania promieniowania świetlnego. • występuje w formie włókien dielektrycznych - najczęściej szklanych, z otuliną z tworzywa sztucznego, 16 Media transmisyjne Światłowód • do transmisji danych wykorzystywana jest odpowiednio modulowana wiązka światła (zapobiega zniekształceniom sygnału), • możliwa jest teoretyczna transmisja danych do 3 Tb/s, a przepływ danych jest zabezpieczony przed niepowołanym dostępem (nie emitują zewnętrznego pola elektromagnetycznego) 17 Media transmisyjne Światłowód jednomodowy • mała średnica rdzenia (4-10 mm) ogranicza możliwość jednoczesnego wprowadzenia do wnętrza włókna tylko pojedynczej wiązki światła. • sygnał wyjściowy charakteryzuje się niemal identycznym natężeniem impulsu optycznego oraz zbliżonym do wejściowego rozkładem natężenia pola optycznego. 18 Media transmisyjne Światłowód wielomodowy skokowy • pozwala na jednoczesny przesył kilku pakietów danych (wiązek światła). • w rdzeniu o średnicy 50-1000 mm ze względu na występowanie niekorzystnego zjawiska dyspersji, sygnał wejściowy ulega rozmyciu na wyjściu, a im dłuższy dystans ma światło do pokonania tym zaburzenie sygnału jest większe. 19 Media transmisyjne Światłowód wielomodowy gradientowy • Aby zminimalizować rozmycie impulsu wyjściowego, stosuje się czasem światłowody wielomodowe z gradientowym współczynnikiem załamania światła. 20 Media transmisyjne Gniazda...listwy Listwy montażowe patchpanele 21 Media transmisyjne Rama montażowa 22 Szafa montażowa Agenda • • • • Media transmisyjne CSMA/CD CSMA/CA Twierdzenia Nyquista o próbkowaniu Twierdzenia Shannona o wpływie szumu na transmisje danych • Zasady transmisji radiowych 23 CSMA/CD CSMA/CA CSMA/CD (ang. Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) wielodostęp z wykrywaniem fali nośnej i wykrywaniem kolizji • polega na ciągłym nasłuchiwaniu przez stacje (nasłuchu łącza - ang. carrier sense) jeżeli medium jest wolne nadawca rozpoczyna transmisje. • w przypadku, kiedy dwie stacje uznają, iż mogę nadawać w tym samym momencie, (wcześniej upewniwszy się czy łącze jest wolne, dochodzi do zjawiska kolizji. 24 CSMA/CD CSMA/CA CSMA/CD • propagacja sygnału w medium odbywa się w określonym czasie t1, po jego upływie stacje zorientują się, iż nastąpiła kolizja. • po wykryciu kolizji nadawca powtarza transmisje • powtórna transmisja nie następuje od razu, nadawca utrzymuje jeszcze transmisje przez jakiś czas, aby zwiększyć prawdopodobieństwo wykrycia kolizji (w domenie kolizji) przez innych użytkowników. • następnie stacja nadawcza zwalnia łącze i rozpoczyna ponownie transmisje po upływie losowo określonego czasu t2 (stwierdziwszy, że łącze jest wolne). 25 CSMA/CD CSMA/CA CSMA/CA (ang. Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) wielodostęp do łącza ze śledzeniem fali nośnej i unikaniem kolizji • w sieci WLAN kolizje nie mogą mieć miejsca, systemy radiowe działają jedynie w trybie half-duplex'u, nie są w stanie jednocześnie nadawać i odbierać sygnał • nadawca chce przesłać dane poprzez medium i nie wykryje żadnej aktywności w sieci, odczekuje dodatkowo losowy okres czasu i rozpoczyna swoją transmisję, ale tylko pod warunkiem, że medium jest nadal wolne, 26 CSMA/CD CSMA/CA CSMA/CA • jeżeli pakiet zostanie odebrany w stanie nienaruszonym przez odbiorcę (jest cały i nie ma błędów), tworzy on i wysyła ramkę ACK, która raz poprawnie odebrana przez nadawcę informuje, że proces wysłania pakietu danych zakończył się sukcesem • jeżeli stacja wysyłająca nie otrzyma ramki ACK, protokół zakłada, że miał miejsce błąd i po odczekaniu innej losowej ilości czasu, rozpoczyna przesyłanie danych od początku. 27 Agenda • • • • Media transmisyjne CSMA/CD CSMA/CA Twierdzenia Nyquista o próbkowaniu Twierdzenia Shannona o wpływie szumu na transmisje danych • Zasady transmisji radiowych 28 Twierdzenie Nyquista o próbkowaniu • Każdy system przesyłania informacji cechuje się pewną szerokością pasma, określającą maksymalną częstotliwość z jaką sprzęt może zmieniać sygnał • Szerokość pasma mierzymy w cyklach na sekundę, czyli hercach (Hz) 29 Twierdzenie Nyquista o próbkowaniu • Twierdzenie Nyquista o próbkowaniu mówi, że istnieje zależność między szerokością pasma systemu transmisyjnego a maksymalną liczbą bitów, które można za jego pomocą przesłać w czasie jednej sekundy. • Twierdzenie to to podaje teoretyczne ograniczenia ograniczenie ba maksymalną szybkość przesyłania danych 30 Twierdzenie Nyquista o próbkowaniu • Jeśli system transmisyjny używa K – możliwych wartości napięcia to zgodnie z twierdzeniem Nyquista maksymalna szybkość przesyłania danych D wynosi D = 2 B log2 K D – szybkość przesyłania danych [bity/sek] B – szerokość pasma K – możliwe wartości napięcia 31 Agenda • • • • Media transmisyjne CSMA/CD CSMA/CA Twierdzenia Nyquista o próbkowaniu Twierdzenia Shannona o wpływie szumu na transmisje danych • Zasady transmisji radiowych 32 Twierdzenia Shannona o wpływie szumu na transmisje danych • Inżynierowie zauważali, że w rzeczywistych systemach komunikacyjnych istnieją pewne zaburzenia nazywane szumem, niepozwalające na osiągnięcie teoretycznej granicy szybkości. • Claude Shannon w 1948 r. uogólnił twierdzenie Nyquista na systemy w których występuje szum. 33 Twierdzenia Shannona o wpływie szumu na transmisje danych • Twierdzenie Shannona: C = B log2 (1 + S / N) C – efektywne ograniczenie pojemności kanału [bity/sek] B – szerokość pasma S – średnia moc sygnału N – średnia moc szumów S/N – stosunek sygnału do szumu [dB] 34 Twierdzenia Shannona o wpływie szumu na transmisje danych • Decybel [dB] jest podstawową jednostką używaną przez projektantów telekomunikacyjnych przy porównaniu możliwości okablowania. • Decybel pozwala na określenie stosunku napięcia lub mocy pomiędzy wejściem i wyjściem układu • Miara decybelowa pozwala wyrazić wielkości różniące się od siebie o wiele rzędów wielkości w jednej skali. • Wzrost o 3 dB oznacza podwojenie mocy, a o 20 dB oznacza 100 krotne zwiększenie mocy. 35 Agenda • • • • Media transmisyjne CSMA/CD CSMA/CA Twierdzenia Nyquista o próbkowaniu Twierdzenia Shannona o wpływie szumu na transmisje danych • Zasady transmisji radiowych 36 Zasady transmisji radiowych • Topologia: magistrala, gwiazda • Zasięg: kilka do kilkuset metrów • Nośnik: – podczerwień – pasmo szerokie o bezpośrednim 37 Zasady transmisji radiowych • W celu zabezpieczenia przesyłanych drogą radiową danych przed podsłuchem i zakłóceniami wykorzystuje się tzw. rozpraszanie widma nadawanego sygnału. – Z bezpośrednim rozpraszaniem widma - DSSS (ang. Direct Sequence Spread Spectrum); – Z rozpraszaniem widma metodą przeskoków częstotliwości - FHSS (ang. Frequency Hopping Spread Spectrum). 38 Zasady transmisji radiowych Technika DSSS • polega na nałożeniu na oryginalny sygnał informacyjny specjalnie przygotowanej sekwencji bitów (tzw. chipping code), • ma ona charakter przebiegu pseudolosowego, • sekwencja ta zmienia się w czasie znacznie szybciej, niż zmienia się "właściwy" sygnał informacyjny, • otrzymany sygnał zmienia się szybciej niż podstawowy strumień danych (zajmujący większe pasmo częstotliwości), • aby z takiego sygnału wyłowić "właściwe" dane, trzeba znać pseudolosową sekwencję nałożoną na sygnał infrmacyjny, a ta udostępniana jest tylko stacjom roboczym w sieci. 39 Zasady transmisji radiowych Technika DSSS 40 Zasady transmisji radiowych Ttechnika FHSS • pseudolosowa sekwencja sterująca wykorzystywana jest do nieustannego zmieniania częstotliwości, na których nadają i odbierają poszczególne stacje robocze. • pracują one zazwyczaj w nielicencjonowanym pasmie 2,4 GHz (tzw. ISM - Industry, Science and Medicine). • podzielono je na 79 kanałów rozmieszczonych w jednomegahercowych odstępach. • każda ze stacji roboczych pracuje przez pewien czas na jednym z kanałów, a później "udaje się" na inny kanał - wskazany przez pseudolosową sekwencję sterującą. 41 Zasady transmisji radiowych Ttechnika FHSS • aby znać aktualną częstotliwość działania nadajników, trzeba także poznać chipping code. • przyjęto, że częstotliwość pracy musi zmieniać się co najmniej o 6 MHz. • w pasmie ISM można umieścić maksymalnie 26 równolegle działających sieci bazowych . • technika ta jest stosunkowo odporna na różne zakłócenia, a jej skuteczność można jeszcze poprawić, eliminując ze wzorców skoku te częstotliwości, które najbardziej zakłócają transmisję. 42 Zasady transmisji radiowych Technika FHSS 43 Zasady transmisji radiowych 802.11 – 1997r. • pierwszy standard sieci radiowej • dziś dla odróżnienia od rodziny oznacza się go jako 802.1y • standard określał dwie prędkości transmisji – 1 oraz 2 Mb/s • medium stało się pasmo o zakresie częstotliwości 2,4 GHz 44 Zasady transmisji radiowych 802.11b • zasięg ok. 46 – 96 m (pomieszczenie/otwarta przestrzeń) • przekaz danych z prędkością max 11 Mb/s, • standard 802.11b przewiduje wykrywanie sygnałów zagłuszających oraz unikania kolizji podczas komunikacji wielu radiowych kart sieciowych. • spektrum 802.11b podzielone na 14 niezależnych kanałów o szerokości 22 MHz. (w Polsce można wykorzystywać tylko pasma od 2400,0 do 2483,5 MHz czyli od 1 do 13) 45 Zasady transmisji radiowych 802.11a –1999r • wykorzystuje częstotliwość 5 GHz. • podstawowa prędkość to 54 Mb/s, ale w praktyce działa najlepiej w granicach 20 Mb/s, • obejmuje 12 niezachodzących kanałów, 8 przeznaczonych do pracy w budynkach oraz 4 przeznaczone do pracy między dwoma punktami (ang. point to point), • standard 802.11a nie doczekał się jak dotąd tak masowego wykorzystania jak 802.11b, wynika to z problemów z zasięgiem oraz większego poboru mocy. 46 Zasady transmisji radiowych • • • • • 802.11g - 2003r pracuje on na częstotliwości 2,4 GHz, pozwala na transfer z prędkością 54 Mb/s, całkowicie zgodny w dół ze standardem 802.11b, wielu producentów wprowadziło w swoich urządzeniach opcję Super G (prędkość 108 Mb/s) 47 Zasady transmisji radiowych 48 Ćwiczenie 49 Ćwiczenia • Wyjaśnij czego dotyczyło twierdzenie Nyquista a czego dotyczyło twierdzenie Shannona • Wyjaśnij podobieństwa i różnice pomiędzy sieciami radiowymi a sieciami kablowe • Na czym polega wykrywanie kolizji w mediach transmisyjnych i czym się ono różni w sieciach kablowych od wykrywania kolizji w sieciach radiowych 50 Podsumowanie Po zakończeniu tej lekcji będziesz wiedział i umiał: • wymieniać rodzaje okablowania • charakteryzować poszczególne media transmisyjne • zauważać współzależność medium transmisyjnego i urządzeń w określaniu prędkości transmisji w sieciach • Powiedzieć jakie zastosowanie ma twierdzenia Nyquista o próbkowaniu oraz twierdzenia Shannona o wpływie szumu na transmisje danych • podać zasady transmisji radiowych • sieci radiowe i sieci kablowe – podobieństwa i różnice 51 Pytania 52
