Tehnološke osnove komunikacije
Uporaba prosojnic je namenjena izključno za interno uporabo študentov Višje šole za informatiko na TŠC Nova Gorica
TŠC NOVA GORICA VIŠJA ŠOLA ZA INFORMATIKO PREDMET: RAČUNALNIŠKE KOMUNIKACIJE IN OMREŽJA
Nova Gorica, oktober 2004 SIMON ABOLNAR, univ. dipl. ing.
Tipi prenosnih kanalov
• Glavne lastnosti prenosnih kanalov so:
- smernost
- organizacija podatkov
- način kodiranja podatkov
- način sinhronizacije posameznega bita
- število priključkov na prenosnem mediju
• Pomembna lastnost prenosnega kanala je tudi kapaciteta prenosnega kanala (bit/s)
Smernost prenosnega kanala
• Prenosni kanal je lahko dvosmeren (duplex) ali enosmeren (simplex).
• Dvosmeren kanal ima dve različici:
- sočasno dvosmeren kanal (full duplex) in
- izmenično dvosmeren kanal (half duplex)
T R
TR
T R
TR
Zaporedni in vzporedni kanal
• Prenosni kanal lahko podatke prenaša na dva načina
• Prenosne kanale tako lahko razdelimo na:
- zaporedne (serijske) kanale in
- vzporedne (paralelne) kanale
• Pri zaporednih kanalih je potrebna konverzija
T R
TRP/S
S/P
S/P
P/S
Kodiranje podatkov
• V računalniku se podatki vedno prenašajo v binarni obliki, kar pomeni, da so predstavljeni z zaporedjem logičnih ničel in enic
• Ločimo:
- digitalne kanale
- analogne kanale
T R
TRD/A
A/D
A/D
D/A
Sinhronizacija prenosa
• Glede na sinhronizacijo govorimo o:
- asinhronih prenosnih kanalih
oddajnik in sprejemnik se sinhronizirata za vsak
prenesen bajt
- sinhronih prenosnih kanalih
oddajnik in sprejemnik se sinhronizirata za
prenesen paket
• V praksi se v veliki večini primerov uporablja sinhrone prenosne kanale
• Izkoriščenost sinhronih prenosnih kanalov je veliko večja od izkoriščenosti asinhronih prenosnih kanalov
Število priključkov na prenosni medij
• Prenosne kanale lahko delimo na:
- dvotočkovne prenosne kanale
- skupinske prenosne kanale
• Dvotočkovni prenosni kanal povezuje dve točki
(računalnik-računalnik, računalnik-vozlišče, vozlišče-vozlišče)
• Skupinski kanal povezuje več aktivnih elementov (računalnikov, vozlišč) na en prenosni kanal
Kapaciteta prenosnega kanala
• Kapaciteta prenosnega kanala določa maksimalno število bitov na sekundo, ki jih še lahko prenese prenosni kanal
• Primer: 10 Mbit/s
Prenosni mediji
• Osnova fizične plasti je prenosni medij, ki povezuje notranja vodila dveh ali več računalnikov ali drugih elementov določenega sistema
• Prenosni mediji so naprave, ki omogočajo prenašanje bitov v obliki digitalnega ali analognega signala od izvora do ponora
• Bistvena lastnost prenosnega medija je njegova frekvenčna karakteristika
Frekvenčna karakteristika in pasovna širina
• Frekvenčna karakteristika prenosnega medija opredeljuje najnižjo in najvišjo frekvenco sinusnega signala, ki jo medij lahko prenese
• Pasovno širino lahko definiramo kot razliko med najvišjo in najnižjo frekvenco sinusnega signala, ki jo še lahko prenašamo preko prenosnega medija
Frekvenčna karakteristika in pasovna širina
• Frekvenčna karakteristika prenosnega medija pogojuje sposobnost prenosa signalov, ker previsoke frekvence (harmonske komponente) izloča iz njihovega spektra
• Frekvenčna karakteristika prenosnega medija pogojuje kapaciteto prenosnega kanala
Fizikalne omejitve fizičnega omrežja
• V računalniških omrežjih se podatki vedno prenašajo v binarni obliki, kar pomeni, da so predstavljeni z zaporedjem logičnih ničel in enic
0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1
Fizikalne omejitve fizičnega omrežja
• Po Fourierjevi teoriji je tak signal sestavljen iz neskončnega niza sinusnih signalov. Vsak sinusni signal lahko podamo v odvisnosti od časa in frekvence in je določen z amplitudo, frekvenco in fazo
t(s)
U(V)
1 ms f(Hz)1 kHz
U(V)
Fizikalne omejitve fizičnega omrežja
t(s)
U(V)1. harmonska komponenta
f(Hz)10-3 103
3. harmonska komponenta
5. harmonska komponenta
celoten spekter pravokotnega signala
U(V)
t(s) f(Hz)
f(Hz)
33 10
t(s) 35 10
...
fo f(Hz)33 10 35 10
U(V)
Modulacija in demodulacija
• Kodiranje logičnih ničel in enic z analognimi signali, imenujemo modulacija, dekodiranje analognih signalov pa demodulacija
• Modulacijo in demodulacijo moramo izvesti pri brezžičnih komunikacijah
• Modulacijo razumemo kot spreminjanje neke lastnosti nosilnega sinusnega signala v skladu s trenutno vrednostjo bita (ničla ali enica)
• Nosilni signal je določen s frekvenco, amplitudo in fazo
Modulacija in demodulacija
• Glede na to, katero od lastnosti nosilnega sinusnega signala spreminjamo, ločimo:
- amplitudno modulacijo,
- frekvenčno modulacijo in
- fazno modulacijo
Modulacija in demodulacija
t(s)
0 0 0 0 0 01 1 1 1 10 1U(V)
amplitudna modulacija
t(s)
U(V)
frekvenčna modulacija
t(s)
fazna modulacija
U(V)
Prenosni mediji
• Prenosni medij je naprava, ki omogoča razširjanje elektromagnetnih, radiofrekvenčnih in svetlobnih (laserskih in infrardečih) valov
• Ločimo več vrst prenosnih medijev:
- neoklopljena sukana parica (UTP)
- oklopljena sukana parica (STP)
- koaksialni kabel
- optični kabel
- brezžične povezave (WLAN)
UTP kabel
• UTP kabel se najpogosteje uporablja v današnjih lokalnih računalniških omrežjih
belo/zelenmoder
belo/oranženoranžen
belo/moder zelen
belo/rjavrjav
Kategorije UTP kablov
Kategorija UporabaFrekvenčno
območje
Cat1 Samo telefonski pogovor 1,2 Kbit/s (telefonski kabel) ******
Cat2 Prenos podatkov 4 Mbit/s (LocalTalk) do 1 Mhz
Cat3 Prenos podatkov to 10 Mbit/s (Ethernet) do 16 MHz
Cat4 Prenos podatkov 20 Mbit/s (Token Ring) do 20 MHz
Cat5 Prenos podatkov 100 Mbit/s (Fast Ethernet) do 100 MHz
Cat6 Prenos podatkov do 2,4 Gbit/s do 250 MHz
Cat7 Prenos podatkov do 100 Mbit/s do 600 Mhz
• Pomembna razlika med kategorijami je v prepletanju• Pogosteje kot je kabel prepleten, večja je prenosna
hitrost
UTP konektor
• Standardni UTP konektor nosi oznako RJ-45
pin 8pin 1
pin 1 belo/oranženpin 2 oranžen pin 3 belo/zelen pin 6 zelen pin 4,5,7,8
oddaja
sprejem
nepovezani
Oklopljena sukana parica (STP)
• Slabost UTP kabla je občutljivost na elektromagnetne (radijske) motnje (šum, brum, presluh)
• STP kabel ni občutljiv na motnje
• Oklop povečuje volumen kabla
Koaksialni kabel
• Koaksialni kabel ima bakren vodnik na sredini kabla. Plastični ovoj preprečuje stik z bakrenim opletom
• Kovinska zaščita preprečuje zunanje motnje
• Za računalniške mreže se uporablja koaksialni kabel z upornostjo 50
Koaksialni kabel
• Ločimo dve vrsti koaksialnega kabla:
- tanek koaksialni kabel in
- debel koaksialni kabel
• Slabosti:
- težavna instalacija
- večje število napak na priključkih
- težje servisiranje
Konektor koaksialnega kabla BNC
Optični kabel
• Optični kabel je sestavljen iz optičnih vlaken
• Optično vlakno je izdelano iz stekla z različnimi lomnimi količniki in ima obliko koncentričnega valja
• Optično vlakno prenaša informacije s pomočjo svetlobe
obloga
jedrokevlar
teflon ali PVC
Optični kabel
• Optični kabel omogoča povezave na večje razdalje pri večjih prenosnih hitrostih
• Spajanje optičnih kablov zahteva drago opremo in več znanja o optičnih vlaknih
Označevanje Ethernet kablov
• Komisija IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) je določila, da naj za označevanje kablov v omrežju Ethernet (802.3) veljajo oznake:
Oznaka Tip kabla Največja razdalja
10BaseT Unshielded Twisted Pair 100 m
10Base2 Thin Coaxial 185 m
10Base5 Thick Coaxial 500 m
10BaseF Fiber Optic 2000 m
Brezžična omrežja (WLAN)
• V brezžičnih omrežjih (WLAN) so nekateri elementi povezani brezžično
• Uporabljajo radijske signale visokih frekvenc (2,4 GHz) ali pa infrardečo svetlobo
• Za večje razdalje se bo izkoriščalo omrežje mobilne telefonije 3. in 4. generacije
• Pomembna so predvsem za omreženje prenosnih računalniških sistemov (prenosni računalniki, dlančniki, WAP, ipd.)
• Primer je BlueTooth (razdalja do 10 m)