urządzenia techniki komputerowej identyfikacja i charakteryzowanie urządzeń zewnętrznych...

Urządzenia techniki komputerowejIdentyfikacja i charakteryzowanie

urządzeń zewnętrznych komputera

Media przesyłowe w sieciach komputerowych

2

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

3

Agenda

• Media transmisyjne• CSMA/CD CSMA/CA • Twierdzenia Nyquista o próbkowaniu • Twierdzenia Shannona o wpływie szumu na

transmisje danych• Zasady transmisji radiowych

4

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).

Sieci bezprzewodowe topologia gwiazdy, topologia kraty.

5

Agenda



6

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

7

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

8

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.

9

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.

10

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

11

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.

12

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.

13

Media transmisyjne

Wtyk RJ-45

klips

14

Media transmisyjneWtyk RJ-45 • TIA/EIA 568B – zalecana przez MOLEX

• TIA/EIA 568A

568a----568b =„k r o s”

15

Media transmisyjne

Kable krosowe

16

Media transmisyjneŚwiatłowód • falowód służący do przesyłania

promieniowania świetlnego. • występuje w formie włókien

dielektrycznych - najczęściej szklanych, z otuliną z tworzywa sztucznego,

17

Media transmisyjneŚwiatłowód • 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)

18

Media transmisyjneŚwiatłowód 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.

19

Media transmisyjneŚwiatłowód 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.

20

Media transmisyjne

Światłowód wielomodowy gradientowy• Aby zminimalizować rozmycie impulsu wyjściowego, stosuje się czasem światłowody

wielomodowe z gradientowym współczynnikiem załamania światła.

21

Media transmisyjne

Gniazda...listwy

patchpanele

Listwy montażowe

22

Media transmisyjne

Rama montażowa Szafa montażowa

23

Agenda



24

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.

25

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).

26

CSMA/CD CSMA/CACSMA/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,

27

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.

28

Agenda



29

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)

30


• 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

31


• 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

32

Agenda



33

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.

34


• Twierdzenie Shannona:

C = B log2 (1 + S / N)

C – efektywne ograniczenie pojemności kanału [bity/sek]

B – szerokość pasmaS – średnia moc sygnałuN – średnia moc szumówS/N – stosunek sygnału do szumu [dB]

35


• 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.

36

Agenda



37

Zasady transmisji radiowych

• Topologia: magistrala, gwiazda• Zasięg: kilka do kilkuset metrów• Nośnik:

– podczerwień– pasmo szerokie o bezpośrednim

38


• 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).

39

Zasady transmisji radiowychTechnika 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.

40

Zasady transmisji radiowychTechnika DSSS

41

Zasady transmisji radiowychTtechnika 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.

42

Zasady transmisji radiowychTtechnika 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.

43

Zasady transmisji radiowychTechnika FHSS

44


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

45


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)

46

Zasady transmisji radiowych802.11a –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.

47


• 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)

48


49

Ćwiczenie

50

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

51

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

52

Pytania

urządzenia techniki komputerowej identyfikacja i charakteryzowanie urządzeń zewnętrznych...

Documents