girişAna iletişim hatları türleri. Fiziksel özel iletişim hattı Fiziksel iletişim hatları nelerdir
İletişim hattı (Şekil 3.7) genellikle elektriksel bilgi sinyallerinin iletildiği fiziksel bir ortamdan, veri iletim ekipmanından ve ara ekipmandan oluşur. "İletişim hattı" teriminin eşanlamlısı "iletişim kanalı" terimidir.
Pirinç. 3.7. iletişim hattı bileşimi
Veri iletiminin fiziksel ortamı, bir kablo, yani bir dizi tel, yalıtkan ve koruyucu kabuk ve konektörlerin yanı sıra elektromanyetik dalgaların yayıldığı dünyanın atmosferi veya dış alanıdır.
Veri iletim ortamına bağlı olarak, iletişim hatları (Şekil 3.8) şu şekilde ayrılır:
Kablolu (havadan);
Kablo (bakır ve fiber optik);
Karasal radyo kanalları ve uydu iletişimi.
Pirinç. 3.8. İletişim hattı türleri
Tel (havai) haberleşme hatları, herhangi bir yalıtkan veya perdeleme örgüsü olmayan, direkler arasına döşenen ve havada asılı kalan tellerdir. Bu tür iletişim hatları geleneksel olarak telefon veya telgraf sinyallerini taşır, ancak başka olasılıkların yokluğunda bu hatlar bilgisayar verilerini aktarmak için de kullanılır. Bu hatların hız ve gürültü bağışıklığı arzulanan çok şey bırakıyor. Günümüzde kablolu iletişim hatlarının yerini hızla kablolu hatlar almaktadır.
Kablo hatları oldukça karmaşık bir yapıdır. Kablo, birkaç yalıtım katmanıyla çevrelenmiş iletkenlerden oluşur: elektriksel, elektromanyetik, mekanik ve muhtemelen iklimsel. Ek olarak, kablo, çeşitli ekipmanlara hızlı bir şekilde bağlanmanıza izin veren konektörlerle donatılabilir. V bilgisayar ağları Kullanılan üç ana kablo türü vardır: bükümlü çift bakır kablolar, bakır iletkenli koaksiyel kablolar ve fiber optik kablolar.
Bükümlü tel çiftine bükümlü tel çifti denir. Bükümlü çift, bir çift bakır telin bir yalıtım kalkanına sarıldığı blendajlı formda (STP) ve yalıtım sargısı olmadığında blendajsız (UTP) bulunur. Tellerin bükülmesi, kablo üzerinden iletilen istenen sinyaller üzerindeki dış gürültünün etkisini azaltır. Koaksiyel kablo dengesiz bir yapıya sahiptir ve bir iç bakır iletken ve iletkenden bir yalıtım tabakası ile ayrılmış bir örgüden oluşur. birkaç türü var koaksiyel kablo, özellikleri ve uygulama alanlarında farklılık gösteren - yerel ağlar için, küresel ağlar için, kablo TV... Fiber optik kablo, ışık sinyallerinin yayıldığı ince (5-60 mikron) fiberlerden oluşur. Bu daha iyi bir kablo türüdür - çok yüksek hızda (10 Gbit / s'ye kadar ve daha yüksek) veri iletimi sağlar ve ayrıca diğer iletim ortam türlerinden daha iyi, harici parazitlere karşı veri koruması sağlar.
Karasal ve uydu iletişimi için radyo kanalları, bir radyo dalgaları vericisi ve alıcısı kullanılarak oluşturulur. Hem kullanılan frekans aralığında hem de kanal aralığında farklılık gösteren çok sayıda farklı radyo kanalı türü vardır. Kısa, orta ve uzun dalga boyu bantları (KB, CB ve LW), kullanılan sinyal modülasyonu türünden sonra genlik modülasyonu (AM) bantları olarak da adlandırılır, uzun mesafeli iletişim sağlar, ancak düşük bir veri hızında. Daha yüksek hız, frekans modülasyonu (FM) ile karakterize edilen ultra kısa dalga (VHF) bantlarında ve ayrıca mikrodalga bantlarında çalışan kanallardır. Mikrodalga aralığında (4 GHz'in üzerinde), sinyaller artık Dünya'nın iyonosferi tarafından yansıtılmaz. Sabit bir bağlantı, verici ve alıcı arasında bir görüş hattı gerektirir. Bu nedenle, bu tür frekanslar, bu koşulun karşılandığı durumlarda ya uydu kanallarını ya da radyo röle kanallarını kullanır.
Bilgisayar ağlarında, bugün açıklanan türlerin neredeyse tamamı kullanılmaktadır. fiziksel ortamlar veri iletimi, ancak en umut verici olanı fiber optiktir. Bugün, büyük bölgesel ağların karayollarının yanı sıra yerel ağların yüksek hızlı iletişim hatlarının inşası için temel olarak kullanılmaktadırlar. Bükümlü çift ayrıca mükemmel kalite-maliyet oranı ve kurulum kolaylığı ile karakterize edilen popüler bir ortamdır. Bükümlü çift kablolar genellikle ağların son kullanıcılarını hub'dan 100 metreye kadar mesafelerde bağlamak için kullanılır. Uydu kanalları ve radyo iletişimi, en sık olarak, kablo iletişiminin kullanılamadığı durumlarda kullanılır - örneğin, kanalın seyrek nüfuslu bir alandan geçtiği veya diğer ülkelerle iletişim için. mobil kullanıcı bir kamyon şoförü, bir doktor gibi ağlar.
Ana iletişim hatları türleri kablolu ve kablosuz olarak ayrılır. Kablolu iletişim hatlarında, sinyallerin yayıldığı fiziksel ortam, alıcı ve verici arasında mekanik bir bağlantı oluşturur. Kablosuz iletişim hatları, verici ve alıcı arasında mekanik bir bağlantı olmaması ve bilgi taşıyıcısının ortamda yayılan elektromanyetik dalgalar olması ile karakterize edilir.
Tel iletişim hatları
Tasarım özelliklerine göre tel hatları ayrılır:
Direkler arasına döşenen ve havada asılı duran, yalıtkan veya sipersiz tel olan hava telleri;
genellikle birkaç yalıtım katmanıyla çevrelenmiş iletkenlerden oluşan kablo.
Havai iletişim hatları geleneksel olarak telefon veya telgraf sinyallerini taşır, ancak diğer yeteneklerin yokluğunda bu hatlar bilgisayar verilerini aktarmak için kullanılır. Bu hatların hız özellikleri ve gürültü bağışıklığı arzulanan çok şey bırakıyor. Kablolu iletişim hatları hızla kablolu olanlarla değiştiriliyor.
Kablo elektrik iletişim hatları üç ana tipe ayrılır: bükülü bakır tel çiftlerine dayanan bir kablo, bakır çekirdekli bir koaksiyel kablo ve ayrıca bir fiber optik kablo.
Bükümlü tel çiftine bükümlü tel çifti denir. İletkenlerdeki elektrik akımları arasındaki karşılıklı etkiyi ortadan kaldırmak için teller bükülür. Bükümlü çift, bir çift bakır telin bir yalıtım kalkanına sarıldığı ve yalıtım kılıfı olmadığında blendajsız olduğu blendajlı bir versiyonda mevcuttur. Bir veya daha fazla bükümlü çift, koruyucu kılıflı kablolarda toplanır.
Blendajsız bükümlü çift geniş bir uygulama alanına sahiptir. Hem telefon hem de bilgisayar ağlarında kullanılır. Şu anda, UTP kablosu, kısa mesafelerde [yaklaşık 100 metre] bilgi iletimi için popüler bir ortamdır. Bükümlü çift kablolar, elektriksel ve mekanik özelliklere bağlı olarak 5 kategoriye ayrılır. Bilgisayar ağlarında, Amerikan standardı EIA / TIA-568A'da açıklanan 3 ve 5 kategorideki kablolar yaygın olarak kullanılmaktadır.
Kategori 3 kablo, düşük hızlı veri iletimi için tasarlanmıştır. Bunun için zayıflama 16 MHz frekansında belirlenir ve 100 metre kablo uzunluğu ile en az 13,1 dB olmalıdır. Kategori 5 bükümlü çift kablo, kablo uzunluğu 100 metreden fazla olmayan 100 MHz frekans için en az 22 dB zayıflama ile karakterize edilir. 100 MHz frekansı seçildi çünkü bu kategori kablo, sinyalleri yaklaşık 100 MHz frekansında önemli harmoniklere sahip olan yüksek hızlı veri iletimi için tasarlandı.
Kategorilerine bakılmaksızın tüm UTP kabloları 4 çift tasarımda mevcuttur. Dört çiftin her birinin belirli bir rengi ve perdesi vardır. UTP kablosunun avantajları şunları içerir:
iletişim hattının kurulumunun basitleştirilmesi nedeniyle kablonun esnekliği;
yeterince yüksek bant genişliği ile düşük maliyet [1 Gbps'ye kadar].
Blendajsız bükümlü çift kablonun dezavantajları şunlardır:
düşük gürültü bağışıklığı;
kablo uzunluğu üzerinde sert sınır.
Korumalı bükümlü çift STP, iletilen sinyalleri parazitten iyi korur ve ayrıca dışarıda daha az elektromanyetik dalga yayar. Bununla birlikte, topraklanmış bir blendajın varlığı, kablonun maliyetini arttırır ve yüksek kaliteli topraklama gerektirdiğinden döşemesini zorlaştırır. STP kablosu esas olarak ayrık bilgilerin iletimi için kullanılır ve bunun üzerinden ses iletilmez.
STP parametrelerini tanımlayan ana standart, IBM'e özel standarttır. Bu standartta kablolar kategorilere değil tiplere ayrılmıştır. Tip 1 kabaca UTP kategori 5'e uygundur. Topraklanmış iletken bir örgü ile ekranlanmış 2 çift çok telli bakır telden oluşur. Kablo IBM türü 2, 2 çift korumasız ses kablosu eklenmiş bir Tip 1 kablosudur. IBM standardının tüm türleri STP değildir.
Bir koaksiyel kablo, dış görünüşü bir tüp gibi olan, birbirinden izole edilmiş iki eş merkezli iletkenden oluşur. Bu tasarım sayesinde koaksiyel kablo, harici elektromanyetik etkilere karşı daha az hassastır, bu nedenle daha yüksek veri aktarım hızlarında kullanılabilir. Ek olarak, nispeten kalın merkezi çekirdek nedeniyle, bu kablolar, bilgilerin yeterince uzun mesafelerde iletilmesine izin veren, elektrik sinyalinin minimum zayıflaması ile karakterize edilir. Koaksiyel kablo bant genişliği 1 GHz/km'den büyük ve 1 GHz'de zayıflama 20 dB/km'den az olabilir.
Telefon, televizyon ve bilgisayar gibi çeşitli ağ türlerinde kullanılan birçok koaksiyel kablo türü vardır. Yerel alan ağlarında kullanılan iki tür kablo vardır: ince koaksiyel kablo ve kalın koaksiyel kablo.
İnce koaksiyel kablonun dış çapı yaklaşık 5 mm'dir ve merkezdeki bakır telin çapı 0,89 mm'dir. Bu kablo, 185 metreye kadar mesafeden 10 MHz'e kadar spektruma sahip sinyalleri iletmek için tasarlanmıştır.
Kalın koaksiyel kablonun dış çapı yaklaşık 10 mm'dir ve merkez bakır telin çapı 2.17 mm'dir. Bu kablo, 500 metrelik bir mesafede 10 MHz'e kadar spektrumlu sinyalleri iletmek için tasarlanmıştır.
İnce koaksiyel kablo, kalın koaksiyel kabloya kıyasla daha düşük mekanik ve elektriksel özelliklere sahiptir, ancak esnekliği nedeniyle kurulum için daha uygundur.
Koaksiyel kablo, bükümlü çift kablodan birkaç kat daha pahalıdır ve özellikler açısından özellikle fiber optik kablodan daha düşüktür, bu nedenle bilgisayar ağları için bir iletişim sistemi oluştururken daha az kullanılır.
Fiber optik kablolar şunlardan oluşur: merkez iletkenışık [çekirdek] - başka bir cam tabakasıyla çevrili bir cam elyafı - çekirdekten daha düşük bir kırılma indisine sahip bir kaplama. Çekirdek boyunca yayılan ışık ışınları, kabuktan yansıyarak sınırlarının ötesine geçmez. Her bir cam elyaf, sinyalleri yalnızca bir yönde iletir.
Kırılma indisinin dağılımına ve çekirdek çapının boyutuna bağlı olarak:
kademeli kırılma indisine sahip çok modlu fiber;
çok modlu fiber pürüzsüz değişim kırılma indisi;
tek modlu fiber
Tek modlu bir kablo, ışığın dalga boyu ile orantılı, 5 ila 10 mikron arasında çok küçük çaplı bir merkez iletken kullanır. Bu durumda, pratik olarak tüm ışınlar, kaplamadan yansıtılmadan çekirdeğin optik ekseni boyunca yayılır. Tek modlu bir kablonun bant genişliği çok geniştir - kilometre başına yüzlerce gigahertz'e kadar. Tek modlu bir kablo için kaliteli fiberler yapmak zordur teknolojik süreç bu da kabloyu oldukça pahalı hale getiriyor.
Çok modlu kablolar, üretimi daha kolay olan daha geniş iç çekirdekler kullanır. Standartlar en yaygın çok modlu kablolardan ikisini tanımlar: 62,5 / 125 µm ve 50/125 µm, 62,5 µm veya 50 µm merkez iletkenin çapıdır ve 125 µm dış iletkenin çapıdır.
Çok modlu kablolarda, iç iletkende aynı anda dış iletkenden sıçrayan birden fazla ışık huzmesi vardır. Bir iletkenin yansıma açısına ışın modu denir. Çok modlu kablolar daha dar bir bant genişliğine sahiptir - 500 ila 800 MHz / km. Bandın daralması, yansımalar sırasında ışık enerjisi kaybının yanı sıra farklı modlardaki ışınların girişimi nedeniyle oluşur.
Fiber optik kablolarda ışık emisyon kaynakları olarak aşağıdakiler kullanılır:
LED'ler;
lazerler.
LED'ler 0,85 ve 1,3 mikron dalga boylarında ışık yayabilir. Lazer emitörleri 1.3 ve 1.55 mikron dalga boylarında çalışır. Modern lazerlerin hızı, ışık akısının 10 GHz ve daha yüksek frekanslarda modüle edilmesini sağlar.
Fiber optik kablolar, dezavantajı karmaşıklık ve kurulum işinin yüksek maliyeti olan mükemmel elektromanyetik ve mekanik özelliklere sahiptir.
Kablosuz iletişim hatları
Tablo, kablosuz iletişim kanallarında kullanılan elektromanyetik frekans aralıkları hakkında bilgi vermektedir.
Karasal ve uydu iletişimi için radyo kanalları, bir radyo dalgaları vericisi ve alıcısı kullanılarak oluşturulur. Radyo dalgaları, f frekansı 6000 GHz'den düşük [dalga boyu l 100 mikrondan büyük] olan elektromanyetik salınımlardır. Dalga boyu ve frekans arasındaki ilişki şu şekilde verilir:
f = c / lambda burada c = 3 * 10 8 m / s ışığın boşluktaki hızıdır.
Bilgi aktarımı için, telsiz iletişimi öncelikle kablo iletişimi imkansız olduğunda kullanılır - örneğin:
kanal seyrek nüfuslu veya ulaşılması zor bir alandan geçtiğinde;
iletişime geçmek mobil aboneler taksi şoförü, ambulans doktoru gibi.
Radyo iletişiminin ana dezavantajı, zayıf gürültü bağışıklığıdır. Bu öncelikle düşük frekanslı radyo dalgası aralıkları için geçerlidir. Çalışma frekansı ne kadar yüksek olursa, iletişim sisteminin kapasitesi [kanal sayısı] o kadar büyük olur, ancak iki nokta arasında doğrudan iletimin mümkün olduğu mesafe sınırları o kadar kısa olur. Sebeplerden ilki, yeni daha yüksek frekans aralıklarında ustalaşma eğilimine yol açar. Bununla birlikte, 30 GHz'i aşan frekansa sahip radyo dalgaları, atmosferdeki radyo dalgalarının absorpsiyonundan dolayı 5 km'den fazla olmayan veya yaklaşık 5 km'lik mesafeler için kullanılabilir.
Uzun mesafelerde iletim için, birbirinden 40 km'ye kadar bir mesafede ayrılmış bir radyo röle [röle] istasyonları zinciri kullanılır. Her istasyonun bir alıcı ve radyo dalgaları vericisi olan bir kulesi vardır, bir sinyal alır, onu güçlendirir ve bir sonraki istasyona iletir. Yönlü antenler, sinyal gücünü artırmak ve parazit etkisini azaltmak için kullanılır.
Uydu iletişimi, yapay bir Dünya uydusunun bir tekrarlayıcı görevi görmesi bakımından radyo rölesinden farklıdır. Bu iletişim türü, bilgi iletim yolu boyunca daha az ara düğüm gerektirdiğinden daha yüksek kalitede iletilen bilgi sağlar. Uydu ile radyo röle iletişiminin bir kombinasyonu sıklıkla kullanılır.
Uzaktan kumanda ünitelerinde kısa mesafelerde kızılötesi ve milimetre dalga radyasyonu kullanılmaktadır. Bu aralıktaki radyasyonun ana dezavantajı, bir engelden geçmemesidir. Bu dezavantaj aynı zamanda bir odadaki radyasyonun diğer odadaki radyasyona müdahale etmediği durumlarda bir avantajdır. Bu frekans için izin alınmasına gerek yoktur. İç mekan kullanımı için mükemmel bir iletişim kanalıdır.
Görünür aralık da iletim için kullanılır. Tipik olarak ışık kaynağı bir lazerdir. Tutarlı radyasyon kolayca odaklanır. Ancak, yağmur veya sis konuyu bozar. Sıcak bir günde çatıda oluşan konveksiyon akımları bile şanzımanı bozabilir.
Bilgisayar ağlarında telefon, telgraf, televizyon, uydu iletişim ağları kullanılmaktadır. Haberleşme hattı olarak tel (hava), kablo, karasal ve uydu radyo kanalları kullanılmaktadır. Aralarındaki fark, veri iletim ortamı tarafından belirlenir. Veri iletiminin fiziksel ortamı, bir kablo olabileceği gibi, elektromanyetik dalgaların yayıldığı dünya atmosferi veya dış uzay da olabilir.
Tel (havai) iletişim hatları- Direkler arasına döşenen ve havada asılı yalıtkan veya perdeleme örgüsü olmayan tellerdir. Geleneksel olarak telefon ve telgraf sinyallerini iletmek için kullanılırlar, ancak başka olasılıkların yokluğunda bilgisayar verilerini iletmek için kullanılırlar. Tel iletişim hatları, düşük bant genişliği ve düşük gürültü bağışıklığı ile karakterize edilir, bu nedenle hızlı bir şekilde kablo hatları ile değiştirilirler.
Kablo hatları birkaç katmanda yalıtımlı iletkenlerden oluşan bir kablo içerir - elektrik, elektromanyetik, mekanik ve çeşitli ekipmanları ona bağlamak için konektörler. KS'de esas olarak üç tip kablo kullanılır: bükülü bakır tel çiftlerine dayanan bir kablo (bu, bir çift bakır tel bir yalıtkan ekrana sarıldığında ekranlı bir versiyonda bükümlü bir çifttir ve yalıtkan sargı yok), koaksiyel kablo (dahili bir bakır iletken ve çekirdekten bir yalıtım tabakasıyla ayrılmış bir örgüden oluşur) ve bir fiber optik kablo (ışık sinyallerinin yayıldığı ince - 5-60 mikron boyutlu fiberlerden oluşur) ).
Optik fiberler, kablo iletişim hatları arasında en iyi performansa sahiptir. Başlıca avantajları: optik aralıkta elektromanyetik dalgaların kullanılması nedeniyle yüksek verim (10 Gbit / s'ye kadar ve üzeri); harici elektromanyetik alanlara duyarsızlık ve kendi elektromanyetik radyasyonunun olmaması, optik kablo döşemenin düşük emek yoğunluğu; kıvılcım, patlama ve yangın güvenliği; agresif ortamlara karşı artan direnç; küçük özgül ağırlık (doğrusal kütlenin bant genişliğine oranı); geniş uygulama alanları (kamu erişim yollarının oluşturulması, bilgisayar iletişim sistemleri ile çevre birimleri yerel ağlar, mikroişlemci teknolojisinde vb.).
FOCL'lerin dezavantajları: optik fibere ek bilgisayarlar bağlamak sinyali önemli ölçüde zayıflatır, optik fiberler için gereken yüksek hızlı modemler hala pahalıdır, bilgisayarları bağlayan optik fiberler, elektrik sinyallerini ışık sinyallerine dönüştürücülerle donatılmalıdır ve bunun tersi de geçerlidir.
Karasal ve uydu iletişimi için radyo kanalları radyo dalgalarının bir vericisi ve alıcısı tarafından oluşturulur. Farklı radyo kanalı türleri, kullanılan frekans aralığı ve iletim aralığında farklılık gösterir. Kısa, orta ve uzun dalga (HF, SV, DV) aralığında çalışan radyo kanalları, uzun mesafeli iletişim sağlar, ancak düşük veri hızındadır. Bunlar, sinyallerin genlik modülasyonunu kullanan radyo kanallarıdır. Ultra kısa dalga (VHF) bantlarında çalışan kanallar daha hızlıdır, sinyallerin frekans modülasyonu ile karakterize edilirler. Ultra yüksek hızlı kanallar, ultra yüksek frekans (UHF) aralıklarında, yani 4 GHz'in üzerinde çalışan kanallardır. Mikrodalga aralığında, sinyaller Dünya'nın iyonosferi tarafından yansıtılmaz, bu nedenle kararlı iletişim için verici ve alıcı arasında bir görüş hattı gereklidir. Bu nedenle mikrodalga sinyalleri ya uydu kanallarında ya da bu koşulun sağlandığı radyo rölelerinde kullanılır.
İletişim hattı özellikleri... İletişim hatlarının ana özellikleri şunları içerir: frekans yanıtı, bant genişliği, zayıflama, bant genişliği, gürültü bağışıklığı, hattın yakın ucunda karışma, veri iletim güvenilirliği, birim maliyet.
Bir iletişim hattının özellikleri, genellikle, teknolojide sıklıkla bulunduklarından ve onların yardımıyla zamanın herhangi bir işlevini temsil etmek mümkün olduğundan, çeşitli frekansların sinüzoidal salınımları olan bazı referans etkilere tepkilerini analiz ederek belirlenir. Bir iletişim hattının sinüzoidal sinyallerinin bozulma derecesi, belirli bir frekansta frekans yanıtı, bant genişliği ve zayıflama kullanılarak tahmin edilir.
Frekans tepkisi(AFC) iletişim hattının en eksiksiz resmini verir, iletilen sinyalin (sinyal yerine) tüm olası frekansları için girişindeki genliğe kıyasla hattın çıkışındaki sinüzoidin genliğinin nasıl zayıflatıldığını gösterir. genlik, gücü sıklıkla kullanılır). Sonuç olarak, frekans yanıtı, herhangi bir giriş sinyali için çıkış sinyalinin şeklini belirlemenizi sağlar. Bununla birlikte, gerçek bir iletişim hattının frekans yanıtını elde etmek çok zordur, bu nedenle pratikte bunun yerine diğer basitleştirilmiş özellikler kullanılır - bant genişliği ve zayıflama.
iletişim bant genişliğiçıkış sinyalinin genliğinin giriş sinyaline oranının önceden belirlenmiş bir sınırı (genellikle 0,5) aştığı sürekli bir frekans aralığıdır. Sonuç olarak, bant genişliği, bu sinyalin iletişim hattı üzerinden önemli bir bozulma olmadan iletildiği bir sinüs dalgası sinyalinin frekans aralığını belirler. İletişim hattı üzerinden mümkün olan maksimum veri aktarım hızı üzerinde en büyük etkiye sahip olan bant genişliği, belirli bir bant genişliğinde sinüzoidal bir sinyalin maksimum ve minimum frekansları arasındaki farktır. Bant genişliği, hattın türüne ve uzunluğuna bağlıdır.
Bant genişliği ve bant genişliği arasında bir ayrım yapılmalıdır. spektrum genişliği iletilen bilgi sinyalleri. İletilen sinyallerin spektrum genişliği, maksimum ve minimum anlamlı sinyal harmonikleri, yani sonuçtaki sinyale ana katkıyı yapan harmonikler arasındaki farktır. Eğer önemli sinyal harmonikleri hattın bant genişliğine düşerse, böyle bir sinyal alıcı tarafından bozulma olmadan iletilecek ve alınacaktır. Aksi takdirde sinyal bozulacak, alıcı bilgiyi tanırken hata yapacak ve bu nedenle bilgi verilen bant genişliği ile iletilemeyecektir.
zayıflama Hat üzerinden belirli bir frekansta bir sinyal iletildiğinde, sinyalin genliğinde veya gücünde nispi azalmadır.
Zayıflama A, desibel (dB, dB) cinsinden ölçülür ve aşağıdaki formülle hesaplanır:
nerede Рвх, Рвх - sırasıyla hattın çıkışında ve girişinde sinyal gücü.
Hat üzerinden iletilen sinyallerin distorsiyonunun yaklaşık bir tahmini için, temel frekansın, yani harmoniği en büyük genliğe ve güce sahip olan frekansın sinyallerinin zayıflamasını bilmek yeterlidir. Temele yakın birkaç frekansta zayıflama bilgisi ile daha doğru bir tahmin mümkündür.
İletişim hattı kapasitesi- bu, hat üzerinden mümkün olan maksimum veri aktarım hızını (bant genişliği gibi) belirleyen özelliğidir. Saniyedeki bit sayısı (bps) ve ayrıca türetilmiş birimler (kbps, Mbps, Gbps) cinsinden ölçülür.
Bir iletişim hattının çıktısı, özelliklerine (frekans yanıtı, bant genişliği, zayıflama) ve iletilen sinyallerin spektrumuna bağlıdır; bu da, seçilen fiziksel veya doğrusal kodlama yöntemine (yani, ayrıklığı temsil etme yöntemine) bağlıdır. sinyaller şeklinde bilgi). Bir kodlama yöntemi için, bir satır bir bant genişliğine ve diğeri için bir başkasına sahip olabilir.
Kodlama yaparken, genellikle bir periyodik sinyalin herhangi bir parametresindeki (örneğin, sinüzoidal salınımlar) bir değişiklik kullanılır - bir sinüzoidin frekansı, genliği ve fazı veya bir darbe dizisinin potansiyelinin işareti. Parametreleri değişen periyodik bir sinyal, bir sinyal olarak bir sinüzoid kullanılıyorsa, bir taşıyıcı sinyal veya bir taşıyıcı frekans olarak adlandırılır. Alınan sinüzoid herhangi bir parametresini (genlik, frekans veya faz) değiştirmiyorsa herhangi bir bilgi taşımamaktadır.
Saniyede taşıyıcı periyodik sinyalin bilgi parametresindeki değişiklik sayısı (bir sinüzoid için bu, genlik, frekans veya fazdaki değişikliklerin sayısıdır) baud cinsinden ölçülür. Verici döngüsü, bilgi sinyalindeki bitişik değişiklikler arasındaki süre olarak adlandırılır.
Genel olarak, saniyede bit olarak hat bant genişliği, baud hızı ile aynı değildir. Kodlama yöntemine bağlı olarak, baud sayısından daha yüksek, eşit veya daha düşük olabilir. Örneğin, bu kodlama yöntemiyle, tek bir bit değeri bir pozitif polarite darbesi ile temsil ediliyorsa ve bir sıfır değeri bir negatif polarite darbesi ile temsil ediliyorsa, o zaman dönüşümlü olarak değişen bitler iletildiğinde (bit dizisi yoktur). aynı isim) fiziksel sinyal her bitin iletimi sırasında durumunu iki kez değiştirir. Bu nedenle, bu kodlama ile hat çıkışı, hat üzerinden iletilen baud sayısından iki kat daha düşüktür.
Hattın bant genişliği sadece fiziksel değil, aynı zamanda sözde tarafından da etkilenir. mantıklı fiziksel kodlamadan önce gerçekleştirilen ve orijinal bilgi bit dizisinin aynı bilgiyi taşıyan, ancak ek özelliklere sahip yeni bir bit dizisiyle değiştirilmesinden oluşan kodlama (örneğin, alıcı tarafın alınan verileri şifreleyerek veya iletilen verilerin gizliliğini sağlamak için). Mantıksal kodlamaya, kural olarak, orijinal bit dizisinin, iletim süresini olumsuz yönde etkileyen daha uzun bir diziyle değiştirilmesi eşlik eder. kullanışlı bilgi.
kesin var bir hattın bant genişliği ile bant genişliği arasındaki bağlantı... Sabit bir fiziksel kodlama yöntemi ile, bu artışa birim zaman başına iletilen bilgide bir artış eşlik ettiğinden, taşıyıcı periyodik sinyalin frekansındaki bir artışla hat kapasitesi artar. Ancak bu sinyalin frekansındaki bir artışla, hattın bant genişliği tarafından belirlenen bozulmalarla iletilen spektrumunun genişliği de artar. Hattın bant genişliği ile iletilen bilgi sinyallerinin bant genişliği arasındaki fark ne kadar büyük olursa, sinyaller o kadar fazla bozulmaya maruz kalır ve alıcı tarafından bilginin tanınmasında daha olası hatalar olur. Sonuç olarak, bilgi aktarım hızının beklenenden daha düşük olduğu ortaya çıkıyor.
Claude Shannon, benimsenen fiziksel kodlama yönteminden bağımsız olarak, bir hattın bant genişliği ile mümkün olan maksimum bant genişliği arasında bir ilişki kurdu:
nerede İLE BİRLİKTE- maksimum hat verimi (bit / s);
F- hat bant genişliği (Hz);
- faydalı sinyal gücü;
- gürültü gücü (parazit).
Bu ilişkiden anlaşılacağı gibi, sabit bir bant genişliği hattı için teorik bir bant genişliği sınırı yoktur. Ancak uygulamada, verici gücünü önemli ölçüde artırarak veya hattaki gürültü gücünü azaltarak hat kapasitesini artırmak oldukça zor ve pahalıdır. Ek olarak, bu kapasitelerin çıktı üzerindeki etkisi, doğrudan orantılı bir ilişki ile değil, logaritmik bir ilişki ile sınırlıdır.
daha büyük pratik kullanım Nyquist tarafından bulunan oranı aldı:
nerede m- iletilen sinyalin bilgi parametresinin farklı durumlarının sayısı.
Bir iletişim hattının olası maksimum bant genişliğini belirlemek için de kullanılan Nyquist oranı, hattaki gürültünün varlığını açıkça hesaba katmaz. Bununla birlikte, etkisi dolaylı olarak bilgi sinyalinin durum sayısının seçimine yansır. Örneğin, hattın verimini artırmak için, veri kodlanırken 2 veya 4 seviye değil, 16 seviye kullanmak mümkündü. Ancak gürültünün genliği, bitişik 16 seviye arasındaki farkı aşarsa, alıcı olmayacaktır. iletilen verileri sürekli olarak tanıyabilir. Bu nedenle, olası sinyal durumlarının sayısı aslında sinyal gücünün gürültüye oranı ile sınırlıdır.
Nyquist formülünü kullanarak, bilgi sinyalinin durum sayısının alıcı tarafından kararlı tanınma olasılıkları dikkate alınarak zaten seçildiği durum için kanal kapasitesinin sınırlayıcı değeri belirlenir.
İletişim hattı bağışıklığıİç iletkenler üzerinde dış ortamda oluşturulan parazit seviyesini azaltma yeteneğidir. Kullanılan fiziksel ortamın tipine ve paraziti perdeleme ve bastırma araçlarına bağlıdır. Gürültüye en dayanıklı, harici elektromanyetik radyasyona karşı duyarsız, fiber optik hatlardır, en az gürültüye dayanıklı radyo hatlarıdır, ara konum kablo hatları tarafından işgal edilir. Harici elektromanyetik radyasyonun neden olduğu paraziti azaltmak, iletkenlerin taranması ve bükülmesiyle sağlanır.
2.1. İletişim hattı türleri
İletişim hattı genellikle elektriksel bilgi sinyallerinin iletildiği fiziksel bir ortamdan, veri iletim ekipmanından ve ara ekipmandan oluşur. Terim ile eş anlamlı iletişim hattı terimdir iletişim kanalı.
Pirinç. 1.1. iletişim hattı bileşimi
Fiziksel iletim ortamı
Fiziksel iletim ortamı (orta) bir kablo, yani bir dizi tel, yalıtkan ve koruyucu kılıflar ve konektörler ile elektromanyetik dalgaların yayıldığı dünyanın atmosferi veya dış alanı olabilir.
Veri iletim ortamına bağlı olarak, iletişim hatları aşağıdakilere ayrılır:
· Tel (hava);
· Kablo (bakır ve fiber optik);
Kablo hatları oldukça karmaşık bir tasarımı temsil eder. Kablo, birkaç yalıtım katmanıyla çevrelenmiş iletkenlerden oluşur: elektriksel, elektromanyetik, mekanik ve muhtemelen iklimsel. Ek olarak, kablo, çeşitli ekipmanlara hızlı bir şekilde bağlanmanıza izin veren konektörlerle donatılabilir. Bilgisayar ağlarında kullanılan üç ana kablo türü vardır: bükümlü çift bakır kablolar, koaksiyel bakır kablolar ve fiber optik kablolar.
Bükülmüş bir çift tel denir bükülü çift... Korumalı versiyonda bükümlü çift mevcuttur (Korumalı Bükümlü çift, STP), bir çift bakır tel yalıtkan bir kalkanla sarıldığında ve blendajsız olduğunda (Korumasız Bükümlü çift, UTP) Yalıtım sargısı eksik olduğunda. Tellerin bükülmesi, kablo üzerinden iletilen istenen sinyaller üzerindeki dış gürültünün etkisini azaltır. Optik lifışık sinyallerinin yayıldığı ince (5-60 mikron) liflerden oluşur. Bu, en kaliteli kablo türüdür - çok yüksek bir hızda (10 Gbit / s'ye kadar ve daha yüksek) veri aktarımı sağlar ve ayrıca diğer iletim ortam türlerinden daha iyi, harici parazitlere karşı veri koruması sağlar.
Karasal ve uydu iletişimi için radyo kanalları radyo dalgalarının bir vericisi ve alıcısı tarafından oluşturulur. Hem kullanılan frekans aralığında hem de kanal aralığında farklılık gösteren çok sayıda farklı radyo kanalı türü vardır. Genlik Modülasyonu (AM) olarak da adlandırılan kısa, orta ve uzun dalga boyu aralıkları (KB, MW ve LW), kullandıkları sinyal modülasyon yönteminden sonra, uzun mesafeli iletişim sağlar, ancak düşük bir veri hızında. Daha yüksek hızlı kanallar, frekans modülasyonu (Frekans Modülasyonu, FM) ve mikrodalga bantları (mikrodalga veya mikrodalgalar) ile karakterize edilen ultra kısa dalga (VHF) bantlarında çalışır.
Bilgisayar ağlarında, bugün açıklanan hemen hemen tüm fiziksel veri aktarım ortamı türleri kullanılmaktadır, ancak en umut verici olanları fiber optik olanlardır. Bükümlü çift ayrıca mükemmel kalite-maliyet oranı ve kurulum kolaylığı ile karakterize edilen popüler bir ortamdır. Uydu kanalları ve radyo iletişimi en çok kablo iletişiminin kullanılamadığı durumlarda kullanılır.
2.2. İletişim hattı özellikleri
İletişim hatlarının temel özellikleri şunlardır:
· Genlik-frekans özelliği;
· Bant genişliği;
zayıflama;
· Gürültü bağışıklığı;
· Hattın yakın ucunda karışma;
· Bant genişliği;
· Veri iletiminin güvenilirliği;
· Birim maliyet.
Her şeyden önce, bir bilgisayar ağının tasarımcısı, veri iletiminin verimi ve güvenilirliği ile ilgilenir, çünkü bu özellikler oluşturulan ağın performansını ve güvenilirliğini doğrudan etkiler. Bant genişliği ve aslına uygunluk, hem iletişim bağlantısının hem de verilerin iletilme şeklinin özellikleridir. Bu nedenle, iletim yöntemi (protokol) önceden tanımlanmışsa, bu özellikler de bilinir. Ancak, fiziksel katman protokolü tanımlanmadan iletişim hattının bant genişliği hakkında konuşulamaz. Bu gibi durumlarda, mevcut protokollerden en uygununun belirlenmesi gerektiğinde, hattın bant genişliği, karışma, gürültü bağışıklığı ve diğer özellikler gibi kalan özellikleri önemli hale gelir. Bir iletişim bağlantısının özelliklerini belirlemek için, genellikle bazı referans etkilerine tepkilerinin bir analizi kullanılır.
İletişim hatlarındaki sinyallerin spektral analizi
Herhangi bir periyodik sürecin harmonik adı verilen sonsuz sayıda sinüzoidal bileşen olarak temsil edilebileceği ve tüm harmoniklerin kümesine orijinal sinyalin spektral ayrışması adı verilen harmonik analiz teorisinden bilinmektedir. Periyodik olmayan sinyaller, sürekli bir frekans spektrumu ile sinüzoidal sinyallerin bir integrali olarak temsil edilebilir.
Herhangi bir kaynak sinyalinin spektrumunu bulma tekniği iyi bilinmektedir. Analitik olarak iyi tanımlanmış bazı sinyaller için spektrum, Fourier formüllerine dayalı olarak kolayca hesaplanır. Pratikte rastlanan rastgele dalga biçimleri için, spektrum özel aletler kullanılarak bulunabilir - gerçek bir sinyalin spektrumunu ölçen ve bileşen harmoniklerinin genliklerini gösteren spektral analizörler. Herhangi bir frekansın sinüzoidinin verici kanal tarafından bozulması, özellikle farklı frekansların sinüzoidleri eşit şekilde bozulmamışsa, sonuçta herhangi bir şekilde iletilen sinyalin bozulmasına yol açar. Bilgisayar ağları için tipik olan darbe sinyallerini iletirken, düşük frekanslı ve yüksek frekanslı harmonikler bozulur, bunun sonucunda darbe cepheleri dikdörtgen şeklini kaybeder. Sonuç olarak, hattın alıcı ucundaki sinyaller kolayca tanınmayabilir.
İletişim hattı, fiziksel parametrelerinin idealden farklı olması nedeniyle iletilen sinyalleri bozar. Bu nedenle, örneğin, bakır teller her zaman uzunluk boyunca dağıtılan aktif direnç, kapasitif ve endüktif yükün bir kombinasyonunu temsil eder. Sonuç olarak, farklı frekanslardaki sinüzoidler için hattın farklı empedansı olacaktır, bu da farklı şekillerde iletilecekleri anlamına gelir. Fiber optik kablo ayrıca mükemmel ışık yayılımını önleyen önyargılara sahiptir. İletişim hattı ara ekipman içeriyorsa, sıfırdan sonsuza kadar tüm sinüzoid spektrumunu eşit derecede iyi iletecek cihazlar oluşturmak imkansız olduğundan, ek bozulmalar da getirebilir.
İletişim hattının dahili fiziksel parametrelerinin neden olduğu sinyal bozulmalarına ek olarak, hat çıkışında sinyal şeklinin bozulmasına katkıda bulunan harici parazitler de vardır. Bu girişim çeşitli elektrik motorları tarafından oluşturulur, elektronik aletler, atmosferik olaylar, vb. Kabloların ve amplifikasyon-anahtarlama ekipmanının tasarımcıları tarafından alınan koruyucu önlemlere rağmen, dış parazitin etkisini tam olarak telafi etmek mümkün değildir. Bu nedenle, iletişim hattının çıkışındaki sinyaller genellikle karmaşık bir forma sahiptir, buna göre hattın girişine hangi ayrı bilgilerin sağlandığını anlamak bazen zordur.
Sinüzoidal sinyallerin iletişim hatları tarafından bozulma derecesi, belirli bir frekansta frekans yanıtı, bant genişliği ve zayıflama gibi özellikler kullanılarak tahmin edilir.
Frekans tepkisi
Frekans tepkisi iletilen sinyalin tüm olası frekansları için girişindeki genliğe kıyasla iletişim hattının çıkışındaki sinüzoidin genliğinin nasıl zayıflatıldığını gösterir. Bu özellikteki genlik yerine, gücü gibi bir sinyal parametresi sıklıkla kullanılır. Gerçek bir hattın frekans tepkisini bilmek, hemen hemen her giriş sinyali için çıkış sinyalinin şeklini belirlemenizi sağlar. Bunu yapmak için, giriş sinyalinin spektrumunu bulmak, onu oluşturan harmoniklerin genliğini genlik-frekans karakteristiğine göre dönüştürmek ve ardından dönüştürülmüş harmonikleri ekleyerek çıkış sinyalinin şeklini bulmak gerekir.
İletişim hattına ilişkin genlik-frekans özelliğinin sağladığı bilgilerin eksiksiz olmasına rağmen, elde edilmesinin çok zor olması nedeniyle kullanımı karmaşıktır. Bu nedenle, pratikte, genlik-frekans karakteristiği yerine, diğer basitleştirilmiş özellikler kullanılır - bant genişliği ve zayıflama.
Bant genişliği
Bant genişliğiçıkış sinyalinin genliğinin giriş sinyaline oranının önceden belirlenmiş bir sınırı, genellikle 0,5'i aştığı sürekli bir frekans aralığıdır. Yani, bant genişliği, bu sinyalin önemli bir bozulma olmadan iletişim hattı üzerinden iletildiği sinüzoidal bir sinyalin frekans aralığını belirler. Bant genişliğini bilmek, bir dereceye kadar yaklaşık olarak, frekans yanıtını bilmekle aynı sonucu elde etmenizi sağlar. Genişlik bant genişliği, iletişim hattı üzerinden mümkün olan maksimum bilgi aktarım hızı üzerinde en büyük etkiye sahiptir.
zayıflama
zayıflama belirli bir frekanstaki bir sinyal bir sinyal hattı üzerinden iletildiğinde, bir sinyalin genliği veya gücündeki nispi azalma olarak tanımlanır. Bu nedenle zayıflama, hattın frekans yanıtından bir noktadır. Zayıflama A genellikle desibel (dB, desibel - dB) cinsinden ölçülür ve aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:
A = 10 log10 Pout / Pin,
burada Pout, hat çıkışındaki sinyal gücüdür,
Рвх - hat girişindeki sinyal gücü.
Ara yükselticileri olmayan bir kablonun çıkış sinyal gücü her zaman giriş sinyal gücünden daha az olduğundan, kablo zayıflaması her zaman negatiftir.
mutlak güç seviyesi desibel olarak da ölçülür. Bu durumda, mevcut gücün ölçüldüğü sinyal gücünün temel değeri olarak 1 mW'lık bir değer alınır. Böylece, güç seviyesi p aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:
p = 10 log10 P / 1mW [dBm],
burada P, miliwatt cinsinden sinyal gücüdür,
dBm (dBm), güç seviyesi ölçüm birimidir (1 mW başına desibel).
Bu nedenle, frekans yanıtı, bant genişliği ve zayıflama evrensel özelliklerdir ve bunların bilgisi, herhangi bir şekildeki sinyallerin iletişim hattı üzerinden nasıl iletileceği sonucuna varmamızı sağlar.
Bant genişliği, hattın türüne ve uzunluğuna bağlıdır. İncirde. 1.1, çeşitli türlerdeki iletişim hatlarının bant genişliğini ve ayrıca iletişim teknolojisinde en sık kullanılan frekans aralıklarını gösterir.
Pirinç. 1.1.İletişim bant genişlikleri ve popüler frekans bantları
hat kapasitesi
verim hat, iletişim hattı üzerinden mümkün olan maksimum veri aktarım hızını karakterize eder. Verim, saniyedeki bit sayısı - bps ve ayrıca kilobit/saniye (Kbps), megabit/saniye (Mbps), gigabit/saniye (Gbps) vb. gibi türetilmiş birimlerle ölçülür.
Bir iletişim hattının verimi, yalnızca frekans yanıtı gibi özelliklerine değil, aynı zamanda iletilen sinyallerin spektrumuna da bağlıdır. Hattın bant genişliğine önemli sinyal harmonikleri düşerse, böyle bir sinyal bu iletişim hattı tarafından iyi bir şekilde iletilecek ve alıcı, hat boyunca verici tarafından gönderilen bilgileri doğru bir şekilde tanıyabilecektir (Şekil 1.2a). Önemli harmonikler iletişim hattının bant genişliğini aşarsa, sinyal önemli ölçüde bozulur, alıcı bilgiyi tanırken hata yapar, bu da bilginin belirli bir bant genişliği ile iletilemeyeceği anlamına gelir (Şekil 1.2b) .
Pirinç. 1.2.İletişim bant genişliği ve sinyal spektrumu arasındaki yazışma
İletişim hattına sağlanan sinyaller biçimindeki ayrık bilgileri temsil etmek için bir yöntemin seçimine denir. fiziksel veya satır kodlaması... Sinyallerin spektrumu ve buna bağlı olarak hattın bant genişliği, seçilen kodlama yöntemine bağlıdır. Bu nedenle, bir kodlama yöntemi için bir satır bir bant genişliğine ve diğeri için bir başkasına sahip olabilir.
Çoğu kodlama yöntemi, periyodik bir sinyalin bazı parametrelerinde bir değişiklik kullanır - bir sinüzoidin frekansı, genliği ve fazı veya bir darbe dizisinin potansiyelinin işareti. Parametreleri değişen periyodik bir sinyale denir. taşıyıcı sinyal veya taşıyıcı frekansı böyle bir sinyal olarak bir sinüzoid kullanılıyorsa.
Saniyede taşıyıcı periyodik sinyalin bilgi parametresindeki değişiklik sayısı, baud... Bilgi sinyalindeki bitişik değişiklikler arasındaki süreye verici döngüsü denir. Saniyedeki bit cinsinden hat bant genişliği genellikle baud ile aynı değildir. Baud sayısından daha yüksek veya daha düşük olabilir ve bu oran kodlama yöntemine bağlıdır.
Sinyalin ikiden fazla farklı durumu varsa, saniyedeki bit sayısı baud hızından daha yüksek olacaktır. Örneğin, bilgi parametreleri bir sinüzoidin fazı ve genliği ise ve 0,90, 180 ve 270 derecede 4 faz durumu ve sinyal genliğinin iki değeri varsa, o zaman bilgi sinyali 8 ayırt edilebilir duruma sahip olabilir. Bu durumda, 2400 baud hızında (2400 Hz saat hızıyla) çalışan bir modem, sinyaldeki bir değişiklikle 3 bit bilgi iletildiği için bilgileri 7200 bps hızında iletir.
Hat verimi yalnızca fiziksel değil, aynı zamanda mantıksal kodlamadan da etkilenir. mantıksal kodlama fiziksel kodlamadan önce gerçekleştirilir ve orijinal bilginin bitlerinin yeni bir bit dizisi ile değiştirilmesini, aynı bilgiyi taşıyan, ancak ek özelliklere, örneğin alıcı tarafın alınan verilerdeki hataları tespit etme kabiliyetine sahip olduğunu ifade eder. Mantıksal kodlama ile, çoğu zaman orijinal bit dizisi daha uzun bir dizi ile değiştirilir, böylece faydalı bilgiye göre kanal bant genişliği azalır.
Bir hattın bant genişliği ile bant genişliği arasındaki ilişki
Taşıyıcı periyodik sinyalin frekansı ne kadar yüksek olursa, hat üzerinden birim zaman başına daha fazla bilgi iletilir ve sabit bir fiziksel kodlama yöntemi ile hat kapasitesi o kadar yüksek olur. Ancak, periyodik taşıyıcı sinyalin frekansındaki bir artışla, bu sinyalin spektrumunun genişliği de artar, bu da toplamda fiziksel kodlama için seçilen sinyal dizisini verecektir. Hat, bu sinüzoid spektrumunu bant genişliği tarafından belirlenen bozulmalarla iletir. Hattın bant genişliği ile iletilen bilgi sinyallerinin bant genişliği arasındaki fark ne kadar büyük olursa, sinyaller o kadar fazla bozulur ve alıcı taraf tarafından bilginin tanınmasında daha olası hatalar olur, bu da bilgi aktarım hızının aslında daha az olduğu anlamına gelir. birinin beklediğinden daha fazla.
Bir hattın bant genişliği ile onun bant genişliği arasındaki ilişki maksimum olası bant genişliği, kabul edilen fiziksel kodlama yönteminden bağımsız olarak, Claude Shannon şunları belirledi:
C = F log2 (1 + Adet / Psh),
burada C, saniyedeki bit cinsinden maksimum hat bant genişliğidir,
F, hattın hertz cinsinden bant genişliğidir,
Рс - sinyal gücü,
Psh gürültü gücüdür.
İletişim hattındaki verici gücünü artırarak veya gürültü (parazit) gücünü azaltarak hat kapasitesini artırmak mümkündür. Bu bileşenlerin her ikisinin de değiştirilmesi çok zordur. Verici gücündeki bir artış, boyutunda ve maliyetinde önemli bir artışa yol açar. Gürültü seviyesini azaltmak, iyi performans gösteren özel kabloların kullanılmasını gerektirir. koruyucu ekranlarçok pahalı olan verici ve ara ekipmandaki gürültünün azaltılmasının yanı sıra elde edilmesi kolay değildir. Ek olarak, yararlı sinyalin ve gürültünün verim üzerindeki etkisi, doğrudan orantılı olandan çok daha yavaş büyüyen logaritmik bağımlılıkla sınırlıdır.
Nyquist tarafından elde edilen ve bir iletişim hattının mümkün olan maksimum bant genişliğini de belirleyen, ancak hattaki gürültüyü hesaba katmadan aşağıdaki oran esasen Shannon'ın formülüne yakındır:
C = 2F log2 M,
burada M, bilgi parametresinin ayırt edilebilir durumlarının sayısıdır.
Nyquist formülü gürültünün varlığını açıkça hesaba katmasa da, etkisi bilgi sinyalinin durum sayısının seçimine dolaylı olarak yansır. Olası sinyal durumlarının sayısı, aslında sinyal gücünün gürültüye oranı ile sınırlıdır ve Nyquist formülü, durum sayısının halihazırda seçilmiş olması durumunda maksimum veri aktarım hızını belirler. alıcı.
Yukarıdaki oranlar hat kapasitesi için bir sınır değeri verir ve bu sınıra yaklaşma derecesi aşağıda tartışılan belirli fiziksel kodlama yöntemlerine bağlıdır.
hat bağışıklığı
hat bağışıklığı dış ortamda, iç iletkenler üzerinde oluşturulan parazit seviyesini azaltma yeteneğini belirler. Bir hattın bağışıklığı, kullanılan fiziksel ortamın tipine ve hattın kendisinin koruma ve bastırma araçlarına bağlıdır.
Yakın Sona Çapraz Görüşme (SONRAKİ) Bir iletken çifti boyunca vericinin çıkışı tarafından iletilen sinyalin elektromanyetik alanı diğer iletken çifti üzerinde bir girişim sinyaline neden olduğunda, kablonun dahili parazit kaynaklarına karşı bağışıklığını belirleyin. İkinci çifte bir alıcı bağlanırsa, indüklenen dahili paraziti yararlı bir sinyal olarak alabilir. Desibel cinsinden ifade edilen NEXT endeksi, 10 log Pout / Pnav'a eşittir; burada Pout, çıkış sinyalinin gücüdür, Pnav, indüklenen sinyalin gücüdür. NEXT değeri ne kadar düşükse, kablo o kadar iyi olur.
Bazı yeni teknolojilerde veri iletiminin birkaç bükümlü çift üzerinden eş zamanlı olarak kullanılması nedeniyle, gösterge son zamanlarda kullanılmaya başlanmıştır. GüçTOPLAMI, NEXT göstergesinin bir modifikasyonudur. Bu rakam, kablodaki tüm verici çiftlerden gelen toplam karışma gücünü yansıtır.
Veri iletiminin güvenilirliği
Veri iletiminin güvenilirliği iletilen her veri biti için bozulma olasılığını karakterize eder. Bazen aynı gösterge denir bit hata oranı (BER)... Hatalara karşı ek koruma araçları olmayan iletişim kanalları için BER değeri, kural olarak, fiber optik iletişim hatlarında 1'dir - 10-9. Veri iletiminin güvenilirliğinin değeri, örneğin 10-4'te, ortalama olarak 10.000 bitten bir bitin değerinin bozulduğunu gösterir.
Bit distorsiyonu, hem hattaki gürültünün varlığından hem de hattın sınırlı bant genişliği nedeniyle dalga şekli bozulmasından dolayı meydana gelir. Bu nedenle, iletilen verilerin güvenilirliğini artırmak için hattın gürültü bağışıklığının seviyesini artırmak, kablodaki karışma seviyesini azaltmak ve ayrıca daha geniş bant iletişim hatları kullanmak gerekir.
2.3. Ağ kablosu standartları
Kablo, iletkenler, koruyucu katmanlar ve yalıtımdan oluşan oldukça karmaşık bir üründür. Bazı durumlarda kablo, kabloları ekipmana bağlayan konektörler içerir. Ayrıca kabloların ve ekipmanların hızlı geçişini sağlamak için kesit, çapraz kutu veya kabin adı verilen çeşitli elektromekanik cihazlar kullanılmaktadır. Bilgisayar ağlarında, kablolardan ve bağlantı cihazlarından bir kablolama ağı oluşturmanıza izin veren belirli standartları karşılayan kablolar kullanılır. farklı üreticiler... Kablo standardizasyonu için protokolden bağımsız bir yaklaşım benimsenmiştir. Yani standart, yalnızca belirli bir kablo veya bağlantı ürününün karşılaması gereken elektriksel, optik ve mekanik özellikleri belirtir.
Kablo standartlarında şart koşulan birçok özellik vardır ve bunlardan en önemlileri aşağıda listelenmiştir.
· zayıflama... Zayıflama, bir sinyalin belirli bir frekansı veya frekans aralığı için metre başına desibel cinsinden ölçülür.
· Yakın Sona Çapraz Görüşme (SONRAKİ)... Belirli bir sinyal frekansı için desibel cinsinden ölçülür.
· Empedans (karakteristik empedans) elektrik devresindeki toplam (aktif ve reaktif) dirençtir. Empedans ohm cinsinden ölçülür ve göreli olarak sabittir. kablo sistemleri.
· aktif direnç direnç doğru akım bir elektrik devresinde. Empedanstan farklı olarak direnç frekanstan bağımsızdır ve kablo uzunluğu ile artar.
· Kapasite enerji depolamak için metal iletkenlerin özelliğidir. Bir dielektrik ile ayrılmış bir kablodaki iki elektrik iletkeni, bir yükü depolayabilen bir kapasitördür. Kapasite istenmeyen bir durumdur.
· Harici elektromanyetik radyasyon veya elektriksel gürültü... Elektriksel gürültü, bir iletkendeki istenmeyen AC voltajıdır. İki tür elektrik gürültüsü vardır: arka plan gürültüsü ve dürtü gürültüsü. Elektriksel gürültü milivolt cinsinden ölçülür.
· İletken çapı veya kesit alanı... Bakır iletkenler için, 22 AWG, 24 AWG, 26 AWG gibi bazı geleneksel iletken türlerini tanıtan Amerikan AWG (Amerikan Tel Ölçer) sistemi oldukça yaygındır. Tel tipi numarası ne kadar büyük olursa, çapı o kadar küçük olur.
Mevcut standartların odak noktası bükümlü çift ve fiber optik kablolardır.
Blendajsız Bükümlü Çift Kablolar
UTP bakır blendajsız kablo, elektriksel ve mekanik özelliklerine göre 5 kategoriye ayrılır (Kategori 1 - Kategori 5). En sık kullanılan kategoriler aşağıda tartışılmaktadır.
kablolar Kategori 1 iletim hızı gereksinimlerinin minimum olduğu yerlerde kullanılır. Tipik olarak bu, dijital ve analog ses ve düşük hızlı (20 Kbps'ye kadar) veri iletimi için bir kablodur. 1983 yılına kadar, telefon kablolaması için ana kablo türüydü.
kablolar Kategori 3 1991 yılında standardize edildiğinde Ticari Binalar için Telekomünikasyon Kablolama Standardı(EIA-568), yüksek hızlı ağ uygulamalarını destekleyen 16 MHz'e kadar frekanslar için Kategori 3 kablolarının elektriksel özelliklerini tanımlamıştır. Kategori 3 kablo, hem veri iletimi hem de ses iletimi için tasarlanmıştır. Tel aralığı fit başına yaklaşık 3 turdur (30.5 cm).
kablolar Kategori 5 yüksek hızlı protokolleri desteklemek için özel olarak tasarlanmıştır. Özellikleri 100 MHz'e kadar olan aralıkta belirlenir. Bu kablo, 100 Mbit / s - FDDI (fiziksel standart TP-PMD ile), Hızlı Ethernet, l00VG-AnyLAN ve daha hızlı protokoller - 155 Mbit / s hızında ATM ile protokolleri çalıştırır ve 1000 Mbps hızında Gigabit Ethernet.
Kategorilerine bakılmaksızın tüm UTP kabloları 4 çift tasarımda mevcuttur. Dört kablo çiftinin her birinin belirli bir rengi ve perdesi vardır. Genellikle iki çift veri iletimi ve iki çift ses iletimi içindir.
RJ-45 fişleri ve soketleri, kabloları normal RJ-11 telefon konektörlerine benzer 8 pinli konektörler olan ekipmanlara bağlamak için kullanılır.
Blendajlı Bükümlü Çift Kablolar
Korumalı bükümlü çift STP, iletilen sinyalleri harici parazitlerden iyi korur ve ayrıca dışarıda daha az elektromanyetik dalga yayar. Topraklanmış bir blendajın varlığı, kablonun maliyetini artırır ve kurulumunu zorlaştırır. Blendajlı kablo yalnızca veri iletimi için kullanılır.
Korumalı bükümlü çiftin parametrelerini tanımlayan ana standart, tescilli IBM standardıdır. Bu standartta kablolar kategorilere değil, tiplere ayrılmıştır: Tip I, Tip 2, ..., Tip 9.
Ana ekranlı kablo türü, IBM Tip 1 kablosudur. Topraklanmış iletken bir örgü ile ekranlanmış 2 çift bükümlü telden oluşur. Tip 1 kablonun elektrik parametreleri, Kategori 5 UTP kablosununkilerle yaklaşık olarak aynıdır, ancak Tip 1 kablonun karakteristik empedansı 150 ohm'dur.
IBM standart kablo türlerinin tümü korumalı kablo değildir - bazıları blendajsız telefon kablolarının (Tip 3) ve fiber optik kabloların (Tip 5) özelliklerini tanımlar.
Fiber optik kablolar
Fiber optik kablolar, merkezi bir ışık iletkeninden (çekirdek) - başka bir cam tabakasıyla çevrili bir cam elyaftan - çekirdekten daha düşük bir kırılma indisine sahip bir kaplamadan oluşur. Çekirdek boyunca yayılan ışık ışınları, kabuğun örtü tabakasından yansıyarak sınırlarının ötesine geçmez. Kırılma indisinin dağılımına ve çekirdek çapının boyutuna bağlı olarak:
· Kırılma indisinde adım değişikliği olan çok modlu fiber (Şekil 1.3a);
· Kırılma indeksinde yumuşak bir değişime sahip çok modlu fiber (Şekil 1.36);
· Tek modlu fiber (şekil 1.3c).
"Mod" terimi, kablonun iç çekirdeğindeki ışık ışınlarının yayılma modunu tanımlar. Tek Modlu Fiber (SMF)çok küçük çaplı bir merkez iletken kullanılır, ışığın dalga boyu ile orantılıdır - 5 ila 10 mikron. Bu durumda, pratik olarak tüm ışık ışınları, dış iletkenden yansıtılmadan fiberin optik ekseni boyunca yayılır. Tek modlu bir kablonun bant genişliği çok geniştir - kilometre başına yüzlerce gigahertz'e kadar. Tek modlu bir kablo için ince, yüksek kaliteli fiberler üretmek, tek modlu bir kabloyu oldukça pahalı hale getiren karmaşık bir teknolojik süreçtir. Ek olarak, bir ışık huzmesini, enerjisinin önemli bir bölümünü kaybetmeden bu kadar küçük çaplı bir fibere yönlendirmek oldukça zordur.
Pirinç. 1.3 . Optik kablo türleri
V çok modlu kablolar (Çok Modlu Fiber, MMF) teknolojik olarak üretimi daha kolay olan daha geniş iç çekirdekler kullanılmaktadır. Standartlar en yaygın çok modlu kablolardan ikisini tanımlar: 62,5 / 125 µm ve 50/125 µm, burada 62,5 µm veya 50 µm merkez iletkenin çapıdır ve 125 µm dış iletkenin çapıdır.
Çok modlu kablolarda, iç iletkende aynı anda birden fazla ışık huzmesi bulunur ve dış iletkenden farklı açılarda sıçrar. Işının yansıma açısına ışın modu denir. Kırılma indeksinde yumuşak bir değişiklik olan çok modlu kablolarda, her modun yayılma modu daha karmaşıktır.
Çok modlu kablolar daha dar bir bant genişliğine sahiptir - 500 ila 800 MHz / km. Bandın daralması, yansımalar sırasında ışık enerjisi kaybının yanı sıra farklı modlardaki ışınların girişimi nedeniyle oluşur.
Fiber optik kablolarda ışık emisyon kaynakları olarak aşağıdakiler kullanılır:
· LED'ler;
· Yarı iletken lazerler.
Tek modlu kablolar için sadece yarı iletken lazerler kullanılır, çünkü optik fiberin bu kadar küçük bir çapı ile LED tarafından oluşturulan ışık akısı büyük kayıplar olmadan fibere yönlendirilemez. Çok modlu kablolar için daha ucuz LED yayıcılar kullanılır.
Bilgi iletimi için 1550 nm (1,55 mikron), 1300 nm (1,3 mikron) ve 850 nm (0,85 mikron) dalga boyuna sahip ışık kullanılmaktadır. LED'ler 850nm ve 1300nm dalga boylarında ışık yayabilir. 850 nm dalga boyuna sahip emitörler, 1300 nm dalga boyuna sahip emitörlerden önemli ölçüde daha ucuzdur, ancak 850 nm için kablo bant genişliği daha dardır, örneğin 500 MHz / km yerine 200 MHz / km.
Lazer emitörleri 1300 ve 1550 nm dalga boylarında çalışır. Modern lazerlerin hızı, ışık akısının 10 GHz ve daha yüksek frekanslarda modüle edilmesini sağlar. Lazer yayıcılar, optik fiberlerdeki kayıpların tutarsız bir LED akısı kullanıldığında olduğundan daha az olduğu için tutarlı bir ışık akısı oluşturur.
Optik fiberlerde bilgi iletmek için sadece birkaç dalga boyunun kullanılması, onların genlik-frekans özelliklerinin tuhaflığı ile ilişkilidir. Bu ayrık dalga boyları için, sinyal gücü iletiminin belirgin maksimumları gözlemlenir ve diğer dalgalar için, fiberlerdeki zayıflama önemli ölçüde daha yüksektir.
Fiber optik kablolar ekipmana MIC, ST ve SC konnektörleri ile bağlanır.
Fiber optik kablolar her türden mükemmel özelliklere sahiptir: elektromanyetik, mekanik, ancak ciddi bir dezavantajları vardır - kablonun uzunluğunu artırmak gerekirse, fiberleri konektörlerle ve birbirleriyle bağlamanın karmaşıklığı. Konektöre bir optik fiberin takılması, fiber eksenine kesinlikle dik bir düzlemde fiberin yüksek hassasiyette kesilmesini ve ayrıca bağlantının karmaşık bir yapıştırma işlemi ile yapılmasını gerektirir.
iletişim hattı Genel durumda, elektriksel bilgi sinyallerinin iletildiği fiziksel bir ortamdan, veri iletim ekipmanından ve ara ekipmandan oluşur. Terim ile eş anlamlı iletişim hattı(çizgi) terimdir bağlantı(kanal).
Veri iletiminin fiziksel ortamı, bir kablo, yani bir dizi tel, yalıtkan ve koruyucu kabuklar ve konektörlerin yanı sıra elektromanyetik dalgaların yayıldığı dünyanın atmosferi veya dış alanı olabilir.
Veri iletim ortamına bağlı olarak, iletişim hatları aşağıdakilere ayrılır:
§ tel (hava);
§ kablo (bakır ve fiber optik);
§ karasal ve uydu iletişimi için radyo kanalları.
Tel (havai) iletişim hatları yalıtkan veya perdesiz, direkler arasına döşenen ve havada asılı kalan tellerdir. Bu tür iletişim hatları geleneksel olarak telefon veya telgraf sinyallerini taşır, ancak başka olasılıkların yokluğunda bu hatlar bilgisayar verilerini aktarmak için de kullanılır. Bu hatların hız ve gürültü bağışıklığı arzulanan çok şey bırakıyor. Günümüzde kablolu iletişim hatlarının yerini hızla kablolu hatlar almaktadır.
Kablo hatları oldukça karmaşık bir tasarımı temsil eder. Kablo, birkaç yalıtım katmanıyla çevrelenmiş iletkenlerden oluşur: elektriksel, elektromanyetik, mekanik ve muhtemelen iklimsel. Ek olarak, kablo, çeşitli ekipmanlara hızlı bir şekilde bağlanmanıza izin veren konektörlerle donatılabilir. Bilgisayar ağlarında kullanılan üç ana kablo türü vardır: bükümlü çift bakır kablolar, koaksiyel bakır kablolar ve fiber optik kablolar.
Bükülmüş bir çift tel denir bükülmüş çift. Korumalı versiyonda bükümlü çift mevcuttur , bir çift bakır tel yalıtkan bir kalkanla sarıldığında ve blendajsız olduğunda , Yalıtım sargısı eksik olduğunda. Tellerin bükülmesi, kablo üzerinden iletilen istenen sinyaller üzerindeki dış gürültünün etkisini azaltır.
Koaksiyel kablo asimetrik bir yapıya sahiptir ve bir iç bakır çekirdek ve bir yalıtım tabakası ile çekirdekten ayrılan bir örgüden oluşur. Yerel alan ağları, geniş alan ağları, kablolu televizyon vb. için özellikleri ve uygulama alanları bakımından farklılık gösteren birkaç koaksiyel kablo türü vardır.
Fiber optik kabloışık sinyallerinin yayıldığı ince liflerden oluşur. Bu, en kaliteli kablo türüdür - çok yüksek hızda (10 Gbit/sn ve üzeri) veri aktarımı sağlar ve diğer iletim ortam türlerinden daha iyi, harici parazitlere karşı veri koruması sağlar.
Karasal ve uydu iletişimi için radyo kanalları radyo dalgalarının bir vericisi ve alıcısı tarafından oluşturulur. Hem kullanılan frekans aralığında hem de kanal aralığında farklılık gösteren çok sayıda farklı radyo kanalı türü vardır. Genlik Modülasyonu (AM) olarak da adlandırılan kısa, orta ve uzun dalga boyu aralıkları (KB, MW ve LW), kullandıkları sinyal modülasyon yönteminden sonra, uzun mesafeli iletişim sağlar, ancak düşük bir veri hızında. Daha yüksek hızlı kanallar, frekans modülasyonu ile karakterize edilen ultra kısa dalga (VHF) bantlarında ve ayrıca mikrodalga bantlarında (mikrodalgalar) çalışmaktadır.
Mikrodalga aralığında (4 GHz'in üzerinde), sinyaller artık Dünya'nın iyonosferi tarafından yansıtılmaz ve istikrarlı iletişim için verici ile alıcı arasında bir görüş hattı gereklidir. Bu nedenle, bu tür frekanslar, bu koşulun karşılandığı durumlarda ya uydu kanallarını ya da radyo röle kanallarını kullanır.
Bilgisayar ağlarında, bugün açıklanan hemen hemen tüm fiziksel veri aktarım ortamı türleri kullanılmaktadır, ancak en umut verici olanları fiber optik olanlardır. Bugün, büyük bölgesel ağların karayollarının yanı sıra yerel ağların yüksek hızlı iletişim hatlarının inşası için temel olarak kullanılmaktadırlar.
Bükümlü çift ayrıca mükemmel kalite-maliyet oranı ve kurulum kolaylığı ile karakterize edilen popüler bir ortamdır. Bükümlü çift kablolar genellikle ağların son kullanıcılarını hub'dan 100 metreye kadar mesafelerde bağlamak için kullanılır. Uydu kanalları ve radyo iletişimleri en sık olarak kablo iletişiminin kullanılamadığı durumlarda kullanılır - örneğin, bir kanal seyrek nüfuslu bir alandan geçtiğinde veya bir mobil ağ kullanıcısıyla iletişim kurduğunda.
Düşünürken bile en basit ağ sadece iki makineden oluşan, herhangi bir bilgisayar ağında bulunan problemlerin çoğunu görebilirsiniz. sinyallerin iletişim hatları üzerinden fiziksel iletimi ile ilgili , çözümü olmadan herhangi bir iletişimin imkansız olduğu.
Hesaplamada, veriler şu şekilde temsil edilir: ikili kod ... Bilgisayarın içinde, verilerin birleri ve sıfırları şuna karşılık gelir: ayrık elektrik sinyaller. Verilerin elektriksel veya optik sinyaller biçimindeki temsiline kodlama denir. . var Farklı yollarörneğin ikili basamak 1 ve 0'ı kodlama potansiyel bir voltaj seviyesinin bir ve diğer voltaj seviyesinin sıfıra karşılık geldiği bir yol veya dürtü Rakamları temsil etmek için farklı veya tek kutuplu darbelerin kullanıldığı bir yöntem.
Verileri kodlamak ve iletişim hatları üzerinden iki bilgisayar arasında aktarmak için benzer yaklaşımlar kullanılabilir. Ancak bu iletişim hatları, elektriksel özellikleri bakımından bilgisayarın içinde bulunanlardan farklıdır. Dış ve iç iletişim hatları arasındaki temel fark, onların daha uzun ve ayrıca, genellikle güçlü elektromanyetik parazite maruz kalan alanlar boyunca korumalı muhafazanın dışına uzanmaları bakımından. Bütün bunlar, dikdörtgen darbelerin (örneğin, kenarların "çökmesi") bir bilgisayarın içinden önemli ölçüde daha fazla bozulmasına yol açar. Bu nedenle, bilgisayar içinde ve dışında veri iletirken iletişim hattının alıcı ucundaki darbelerin güvenilir bir şekilde tanınması için aynı oranları ve kodlama yöntemlerini kullanmak her zaman mümkün değildir. Örneğin, hattın yüksek kapasitif yükü nedeniyle darbe kenarının yavaş yükselmesi, darbelerin daha düşük bir hızda iletilmesini gerektirir (böylece bitişik darbelerin ön ve arka kenarları örtüşmez ve darbenin büyümesi için zamana sahip olur). gerekli seviye).
V bilgisayar ağları uygulamak ayrık verilerin hem potansiyel hem de darbe kodlaması ayrıca bir bilgisayarda asla kullanılmayan verileri temsil etmenin özel bir yolu - modülasyon(Şekil 3). Modülasyon ile, ayrık bilgi, mevcut iletişim hattının iyi ilettiği frekansın sinüzoidal bir sinyali ile temsil edilir.
Kanallara uygulanan potansiyel veya dürtü kodlaması Yüksek kalite, ve kanal iletilen sinyallerde güçlü bozulmalar ortaya çıkardığında sinüzoidal sinyallere dayalı modülasyon tercih edilir. Tipik olarak modülasyon, analog biçimde sesi taşımak üzere tasarlanmış ve bu nedenle darbelerin doğrudan iletimi için pek uygun olmayan analog telefon hatları üzerinden veri iletmek için geniş alan ağlarında kullanılır.
Verileri bir türden diğerine dönüştürmek için şunu kullanın: modemler. Terim "modem" - modülatör / demodülatör için kısa. İkili sıfır, örneğin düşük frekanslı bir sinyale ve bir yüksek frekansa dönüştürülür. Başka bir deyişle, verileri dönüştüren modem frekansı modüle eder. analog sinyal(şekil 4).
Sinyal iletim yöntemi, bilgisayarlar arasındaki iletişim hatlarındaki tel sayısından da etkilenir.
Veri aktarımı paralel (Şekil 5) veya sıralı (Şekil 6) olarak gerçekleşebilir.
İletişim hatlarının maliyetini azaltmak için, ağlar genellikle kablo sayısını azaltmaya çalışırlar ve bu nedenle, bir bilgisayarda yapıldığı gibi bir baytın tüm bitlerinin veya hatta birkaç baytın paralel iletimini kullanmazlar, ancak sıralı, bit düzeyinde iletim, yalnızca bir çift kablo gerektirir.
Bilgisayarları ve cihazları bağlamak için kullanılan ve üç farklı terimle ifade edilen üç farklı yöntem de vardır. Bağlantı: tek yönlü, yarı çift yönlü ve tam çift yönlü(şek. 7 ).
Tek yönlü bir bağlantının, verilerin yalnızca bir yönde hareket etmesi olduğu söylenir. Yarım çift yönlü bağlantı, verilerin her iki yönde de hareket etmesine izin verir, ancak farklı zaman ve son olarak, tam çift yönlü bağlantı, verilerin aynı anda her iki yönde de akmasıdır.
Pirinç. 7. Veri akışı örnekleri.
Bir diğer önemli kavram ise bağlantı anahtarlamadır (anahtarlama).
Herhangi bir iletişim ağı, abonelerini kendi aralarında değiştirmenin bir yolunu destekler. Bu aboneler şunlar olabilir: uzak bilgisayarlar, yerel ağlar, faks makineleri veya sadece telefon kullanarak iletişim kuran muhataplar. Etkileşim halindeki her abone çiftinin, uzun süre "sahip olabilecekleri" kendi anahtarsız (yani kalıcı bağlantı) fiziksel iletişim hattını sağlamak pratikte imkansızdır. Bu nedenle, herhangi bir ağda, her zaman ağ aboneleri arasında birkaç iletişim oturumu için mevcut fiziksel kanalların kullanılabilirliğini sağlayan bir abone değiştirme yöntemi kullanılır.
Bağlantı değiştirme, ağ donanımının birden çok cihaz arasında aynı fiziksel iletişim kanalını paylaşmasına olanak tanır. Bağlantıyı değiştirmenin iki ana yolu: devre anahtarlama ve paket anahtarlama.
Anahtarlama devreleri, ağa bağlı iki cihaz arasında tek, sürekli bir bağlantı oluşturur. Bu cihazlar etkileşim halindeyken, başka hiç kimse bu bağlantıyı kendi bilgilerini aktarmak için kullanamaz - bağlantı serbest kalana kadar beklemesi gerekir.
Devre anahtarının basit bir örneği bir anahtardır. A-B yazın iki bilgisayarı bir yazıcıya bağlamaya yarar. Bilgisayarlardan birinin yazdırma yapmasını sağlamak için, bilgisayar ile yazıcı arasında sürekli bir bağlantı kurarak anahtardaki bir geçiş anahtarını açarsınız. Noktadan noktaya bağlantı oluşturulur . Şekilde gösterildiği gibi, aynı anda yalnızca bir bilgisayar yazdırabilir.
Pirinç. 6Anahtarlama devreleri
İnternet de dahil olmak üzere çoğu modern ağ, paket değiştirme. Bu tür ağlardaki veri iletim programları, verileri paket adı verilen parçalara böler. Paket anahtarlamalı bir ağda, veriler aynı anda bir paketi veya birkaç paketi takip edebilir. İzlediği yollar tamamen farklı olsa bile veriler aynı hedefe ulaşacaktır.
İki tür ağ bağlantısını karşılaştırmak için, her birinde kanalı kestiğimizi varsayalım. Örneğin, yazıcıyı Şekil 2'deki yöneticiden ayırarak. 6 (geçmeli anahtarı B konumuna getirerek), onu yazdırma yeteneğinden mahrum ettiniz. Anahtarlama devreleri sürekli bir iletişim kanalı gerektirir.
Pirinç. 7. Anahtarlama paketleri
Bunun tersine, paket anahtarlamalı bir ağdaki veriler farklı yollarda seyahat edebilir. Bu, Şekil 2'de görülebilir. 7. Veriler, ofis ve ev bilgisayarları arasında mutlaka aynı yolu izlemez, kanallardan birinin kesilmesi bağlantı kaybına neden olmaz - veriler yalnızca farklı bir yol izler. Paket anahtarlamalı ağlar, paketler için birçok alternatif rotaya sahiptir.
Paket anahtarlama, bilgisayar trafiğini verimli bir şekilde aktarmak için özel olarak tasarlanmış bir abone değiştirme tekniğidir.
sorunun özü şu titreşen trafik tipik ağ uygulamalarının ürettiği Örneğin, bir uzak dosya sunucusuna erişirken, kullanıcı önce o sunucunun dizininin içeriğine göz atar, bu da az miktarda veri aktarımı oluşturur. Sonra gerekli dosyayı açar Metin düzeltici, ve bu işlem, özellikle dosya büyük grafik eklemeler içeriyorsa, oldukça yoğun bir veri alışverişi oluşturabilir. Dosyanın birkaç sayfasını görüntüledikten sonra, kullanıcı bir süre ağ üzerinden herhangi bir veri aktarımı gerektirmeyen yerel olarak onlarla çalışır ve ardından sayfaların değiştirilmiş kopyalarını sunucuya geri gönderir - ve bu yine yoğun veri üretir ağ üzerinden aktarın.
Ortalama veri değişim oranının mümkün olan maksimuma oranına eşit olan bireysel bir ağ kullanıcısının trafik dalgalanma oranı 1:50 veya 1:100 olabilir. Açıklanan oturum için, kullanıcının bilgisayarı ile sunucu arasında kanal geçişini organize ederse, kanal çoğu zaman boşta olacaktır. Aynı zamanda, ağın anahtarlama yetenekleri kullanılacak ve diğer ağ kullanıcıları tarafından kullanılamayacaktır.
Paket anahtarlama ile, bir ağ kullanıcısı tarafından iletilen tüm mesajlar, kaynak düğümde paket adı verilen nispeten küçük parçalara bölünür. Mesaj, mantıksal olarak tamamlanmış bir veri parçasıdır - bir dosyayı aktarma talebi, bu talebe tüm dosyayı içeren bir yanıt vb.
Mesajlar, birkaç bayttan birçok megabayta kadar isteğe bağlı uzunlukta olabilir. Aksine, paketler genellikle değişken uzunluğa da sahip olabilir, ancak dar sınırlar içinde, örneğin 46 ila 1500 bayt arasında olabilir. Her pakete, paketi hedef düğüme ulaştırmak için gereken adres bilgilerini ve ayrıca mesajı birleştirmek için hedef düğüm tarafından kullanılacak paket numarasını belirten bir başlık verilir.
Paketler ağ üzerinden bağımsız bilgi birimleri olarak taşınır. Ağ anahtarları, paketleri uç düğümlerden alır ve adres bilgilerine dayalı olarak bunları birbirlerine ve nihayetinde hedef düğüme iletir.
Paket ağ anahtarları, bir paketin alındığı anda anahtarın çıkış bağlantı noktası başka bir paket iletmekle meşgulse, paketleri geçici olarak depolamak için dahili bir ara belleğe sahip olmaları bakımından kanal anahtarlarından farklıdır. Bu durumda paket bir süre çıkış portunun tampon belleğinin paket kuyruğundadır ve sıra buna ulaştığında bir sonraki anahtara iletilir. Böyle bir veri iletim şeması, trafik dalgalanmasının yumuşatılmasına izin verir. omurgalar Anahtarlar arasında geçiş yapın ve böylece bunları bir bütün olarak ağın bant genişliğini artırmak için en verimli şekilde kullanın.
Aslında, bir çift abone için, devre anahtarlamalı ağlarda verildiği gibi, onlara yalnızca kullanım için bir komütasyonlu iletişim kanalı sağlamak en verimli olacaktır. Bu yöntemle, veriler bir aboneden diğerine gecikmeden aktarılacağından, bir çift abonenin etkileşim süresi minimum olacaktır.
Paket anahtarlamalı bir ağ, belirli bir çift abonenin etkileşimini yavaşlatır. Bununla birlikte, paket anahtarlama tekniği ile ağ tarafından birim zamanda iletilen toplam bilgisayar verisi miktarı, devre anahtarlama tekniğine göre daha yüksek olacaktır.
Genellikle, sağlanan erişim hızı eşitse, paket anahtarlamalı bir ağ, devre anahtarlamalı bir ağdan, yani halka açık bir telefon ağından 2-3 kat daha ucuz olur.
Bu şemaların her biri ( devre anahtarlama (devre değiştirme) veya paket değiştirme (paket anahtarlama) avantajları ve dezavantajları vardır, ancak birçok uzmanın uzun vadeli tahminlerine göre gelecek, daha esnek ve evrensel olarak paket anahtarlama teknolojisine aittir.
Devre anahtarlamalı ağlar, anahtarlama birimi tek bir bayt veya veri paketi olmadığında, ancak iki abone arasında uzun vadeli bir senkron veri akışı olduğunda, sabit bir hızda veri anahtarlama için çok uygundur.
Hem paket anahtarlamalı ağlar hem de devre anahtarlamalı ağlar başka bir kritere göre iki sınıfa ayrılabilir - dinamik anahtarlama ve ağlar ile kalıcı komütasyon
İlk durumda, ağ, bağlantının ağ kullanıcısının inisiyatifinde kurulmasına izin verir. Geçiş, iletişim oturumu süresince gerçekleştirilir ve ardından (yine etkileşimde bulunan kullanıcılardan birinin inisiyatifiyle) iletişim kesilir. Genel olarak, ağdaki herhangi bir kullanıcı ağdaki diğer herhangi bir kullanıcıya bağlanabilir. Tipik olarak, dinamik anahtarlamalı bir çift kullanıcı arasındaki bağlantı süresi birkaç saniyeden birkaç saate kadardır ve bir dosyanın aktarılması, bir metin veya resim sayfasının görüntülenmesi vb. bazı işler yapıldığında sona erer.
İkinci durumda, ağ, kullanıcıya başka bir rastgele ağ kullanıcısıyla dinamik anahtarlama gerçekleştirme yeteneği sağlamaz. Bunun yerine ağ, bir çift kullanıcının uzun bir süre [süre] için bir bağlantı sipariş etmesine izin verir. Bağlantı, kullanıcılar tarafından değil, ağın bakımını yapan personel tarafından kurulur. Kalıcı komütasyonun oluşturulduğu süre genellikle birkaç ay içinde ölçülür. Devre anahtarlamalı ağlarda her zaman açık mod genellikle hizmet olarak adlandırılır. özel veya kiralık kanallar
Dinamik anahtarlamayı destekleyen ağlara örnek olarak genel anahtarlamalı telefon ağları, yerel alan ağları ve İnternet verilebilir.
Bazı ağ türleri her iki çalışma modunu da destekler.
Sinyal iletirken ele alınması gereken bir diğer sorun da şudur: bir bilgisayarın vericisinin diğerinin alıcısıyla karşılıklı senkronizasyonu ... Bir bilgisayar içindeki modüllerin etkileşimini düzenlerken, bu problem çok basit bir şekilde çözülür, çünkü bu durumda tüm modüller ortak bir saat üretecinden senkronize edilir. Bilgisayarların iletişiminde senkronizasyon sorunu, hem özel saat darbelerinin ayrı bir hat üzerinde değiştirilmesiyle hem de önceden belirlenmiş kodlar veya veri darbelerinin şeklinden farklı olan karakteristik bir şekle sahip darbelerle periyodik senkronizasyon kullanılarak farklı şekillerde çözülebilir.
Asenkron ve senkron iletim. Fiziksel katmanda veri değiş tokuşu yapılırken bilgi birimi birazdır, bu nedenle fiziksel katmanın araçları her zaman alıcı ve verici arasında bit senkronizasyonunu korur.
Bununla birlikte, iletişim hattının kalitesi düşük olduğunda (bu genellikle telefon anahtarlı kanalları ifade eder), ekipman maliyetini azaltmak ve veri iletiminin güvenilirliğini artırmak için, ek fonlar bayt düzeyinde senkronizasyon.
Bu çalışma modu denir asenkron veya başla dur. Bu çalışma modunu kullanmanın bir başka nedeni de rastgele zamanlarda veri baytları üreten cihazların varlığıdır. Bu, bir kişinin bir bilgisayar tarafından işlenmek üzere veri girdiği bir ekranın veya başka bir terminal cihazının klavyesinin çalışma şeklidir.
V asenkron mod her veri baytına "başlat" ve "durdur" özel sinyalleri eşlik eder. Bu sinyallerin amacı, ilk olarak, verilerin geldiğini alıcıya bildirmek ve ikinci olarak, bir sonraki bayt gelmeden önce alıcıya senkronizasyonla ilgili bazı işlevleri yerine getirmesi için yeterli zamanı vermektir.
Tanımlanan mod, asenkron olarak adlandırılır, çünkü her bir bayt, bir önceki baytın bit oranlarına göre zaman içinde biraz kayabilir.
Bilgisayar ağlarında karşılık gelen elektromanyetik sinyallerle temsil edilen ikili sinyallerin güvenilir alışverişi görevleri, belirli bir ekipman sınıfı tarafından çözülür. Yerel ağlarda bu ağ bağdaştırıcıları ve geniş alan ağlarında - örneğin, dikkate alınan modemlerin ait olduğu veri iletim ekipmanı. Bu ekipman, her bilgi bitini kodlar ve kodunu çözer, elektromanyetik sinyallerin iletişim hatları üzerinden iletimini senkronize eder, iletimin doğruluğunu sağlama toplamı ile doğrular ve diğer bazı işlemleri gerçekleştirebilir.
Kontrol soruları:
3. Bilgisayar ağlarında hangi iletişim hatları kullanılır?
4. En umut verici iletişim hatları hangileridir?
5. Ağda ikili sinyaller nasıl iletilir? modülasyon nedir?
6. Modem ne için kullanılır?
7. Seri ve paralel veri iletimi nedir?
8. Tek yönlü, yarım çift yönlü ve tam çift yönlü bağlantılar nelerdir?
9. Bağlantı anahtarlama nedir?
10. Bağlantıyı değiştirmenin iki ana yolu nedir?
11. Paket anahtarlama nedir ve avantajı nedir?
12. Devre anahtarlamanın kullanılması ne zaman tavsiye edilir?
13. Asenkron ve senkron veri aktarımı kavramlarını açıklar mısınız?