Лекции по "Клиент - серверный информационные технологии"

•             RG-59 - - телевизионный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом. Широко применяется в кабельном телевидении.

•             RG-62 - - кабель с волновым сопротивлением 93 Ома, использовался в сетях ArcNet, оборудование которых сегодня практически не выпускается.

Коаксиальные кабели с волновым сопротивлением 50 Ом (то есть «тонкий» и «толстый») описаны в стандарте EIA/TIA-568. Новый стандарт EIA/TIA-568A коаксиальные кабели не описывает, как морально устаревшие.

Волоконно-оптические кабели

Волоконно-оптические кабели состоят из центрального проводника света (сердцевины) -- стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла -- оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки. В зависимости от распределения показателя преломления и от величины диаметра сердечника различают:

•             многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления (рис. 2.И, а);

•             многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления (рис. 2.11,6);

•             одномодовое волокно (рис. 2.11, б).

Понятие «мода» описывает режим распространения световых лучей во внутреннем сердечнике кабеля. В одномодовом кабеле (Single Mode Fiber, SMF) используется центральный проводник очень малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света - от 5 до 10 мкм. При этом практически все лучи света распространяются вдоль оптической оси световода, не отражаясь от внешнего проводника. Полоса пропускания одномодового кабеля очень широкая — до сотен гигагерц на километр. Изготовление тонких качественных волокон для одномодового кабеля представляет сложный технологический процесс, что делает одномодовый кабель достаточно дорогим. Кро ме того, в волокно такого маленького диаметра достаточно сложно направить пучок света, не потеряв при этом значительную часть его энергии.

В многомодовых кабелях (МиШ Mode Fiber, MMF) используются более широкие внутренние сердечники, которые легче изготовить технологически. В стандартах определены два наиболее употребительных многомодовых кабеля: 62,5/125 мкм и 50/125 мкм, где 62,5 мкм или 50 мкм — это диаметр центрального проводника, а 125 мкм — диаметр внешнего проводника.

В многомодовых кабелях во внутреннем проводнике одновременно существует несколько световых лучей, отражающихся от внешнего проводника под разными углами. Угол отражения луча называется модой луча.. В многомодовых кабелях с плавным изменением коэффициента преломления режим распространения каждой моды имеет более сложный характер.

Многомодовые кабели имеют более узкую полосу пропускания — от 500 до 800 МГц/км. Сужение полосы происходит из-за потерь световой энергии при отражениях, а также из-за интерференции лучей разных мод.

В качестве источников излучения света в волоконно-оптических кабелях применяются:

•             светодиоды;

•             полупроводниковые лазеры.

Для одномодовых кабелей применяются только полупроводниковые лазеры, так как при таком малом диаметре оптического волокна световой поток, создаваемый светодиодом, невозможно без больших потерь направить в волокно. Для многомо-довых кабелей используются более дешевые светодиодные излучатели.

Для передачи информации применяется свет с длиной волны 1550 нм (1,55 мкм), 1300 нм (1,3 мкм) и 850 нм (0,85 мкм). Светодиоды могут излучать свет с длиной волны 850 нм и 1300 нм. Излучатели с длиной волны 850 нм существенно дешевле, чем излучатели с длиной волны 1300 нм, но полоса пропускания кабеля для волн 850 нм уже, например 200 МГц/км вместо 500 МГц/км.

Лазерные излучатели работают на длинах волн 1300 и 1550 нм. Быстродействие современных лазеров позволяет модулировать световой поток с частотами 10 ГГц и выше. Лазерные излучатели создают когерентный поток света, за счет чего потери в оптических волокнах становятся меньше, чем при использовании некогерентного потока светодиодов.

Использование только нескольких длин волн для передачи информации в оптических волокнах связанно с особенностью их амплитудно-частотной характеристики. Именно для этих дискретных длин волн наблюдаются ярко выраженные максимумы передачи мощности сигнала, а для других волн затухание в волокнах существенно выше.

Волоконно-оптические кабели присоединяют к оборудованию разъемами Ml С, ST и SC.

Волоконно-оптические кабели обладают отличными характеристиками всех типов: электромагнитными, механическими (хорошо гнутся, а в соответствующей изоляции обладают хорошей механической прочностью). Однако у них есть один серьезный недостаток -- сложность соединения волокон с разъемами и между собой при необходимости наращивания длины кабеля.

Сама стоимость волоконно-оптических кабелей ненамного превышает стоимость кабелей на витой паре, однако проведение монтажных работ с оптоволокном обходится намного дороже из-за трудоемкости операций и высокой стоимости применяемого монтажного оборудования. Так, присоединение оптического волокна к разъему требует проведения высокоточной обрезки волокна в плоскости строго перпендикулярной оси волокна, а также выполнения соединения путем сложной операции склеивания, а не обжатия, как это делается для витой пары. Выполнение же некачественных соединений сразу резко сужает полосу пропускания волоконно-оптических кабелей и линий.

11.   Сравнительная характеристика технологий беспроводной связи

В наше время есть категории пользователей, которым надо (или они убедили себя , что им надо) постоянно находится на связи, получать электронную почту и т.п.

Беспроводная связь полезна не только при мобильных вычислительных средствах, но и там где прокладка любого кабеля затруднительна, либо не возможна (горы, старые здания, оперативные коммуникации).

Радио передача

     просто генерировать

     легко принимать

     хорошо распространяется во всех направлениях (Кадилак)

     хорошо принимается как в доме, так и вне его

     низкочастотные волны хорошо преодолевают преграды, но требуют много энергии, они затухают пропорционально 1/r3 от источника.

     Высокочастотные волны хуже огибают препятствия, даже дождь - помеха для них, они интерферируют с излучениями от других электрических приборов.

Три распространенных класса радиопередачи:

1) Маломощная на одной частоте.

Малая мощность (~ 1 Вт)  малые расстояния (десятки метров) или на открытом пространстве.

Скорость передачи достигает 10М

В принципе, могут использоваться любые радиочастоты, но для большей скорости в сетях ЭВМ используют гигагерцовый диапазон.

Стоимость зависит от используемой комбинации передатчик+антенна. Сравнима с другими беспроводными технологиями.

Сложность установки также зависит от комбинации передатчик+антенна. Бывают “преднастроенные” системы, в других же случаях треб-ся услуги спец-стов по установке и настройке.

Степень затухания зависит от используемой частоты и мощности (выше f, P  меньше затухание). Поскольку мощность мала, в реальных системах степень затухания относительно велика.

Защищенность от ЭМИ чрезвычайно низкая. Кр. того, зная частоту передачи можно перехватывать чужие данные; поэтому-то и используют низкую мощность сигнала - чтобы излучение не выходило за пределы помещения наружу, где может “засесть” злоумышленник-перехватчик”.

2) Мощная на одной частоте;

Хорошо подходит для мобильной связи. Почти то же самое, что и (1), только:

мощность выше  дальность больше, затухание, естественно, существенно ниже

Стоимость значительно выше, нежели у (1).

Установка и настройка также гораздо сложнее - требуется “тонкая” настройка; иначе, плохо настроенные передатчики “загадят” эфир во всей округе.

Защищенность от ЭМИ также весьма низка, а подверженность перехвату - еще больше, чем у (1) - большие расстояния...

3) Радиопередача с использованием широкого спектра частот.

Наиболее широко используются следующие две техники передачи в широком диапазоне частот:

     Direct sequence modulation;

     Frequency hopping.

В первом случае закодированные данные разбиваются на кусочки, называемые “чипами”, и каждый чип распределяется по некоторому набору частот.

Во втором - передача “скачет” от частоты к частоте (передающая и приемная сторона, разумеется, должны следовать одинаковой последовательности частот).

Подобные системы, в принципе, могут использовать весь радиодиапазон, однако, на практике стараются использовать не лицензируемые частоты.

Стоимость сравнима с (1, 2) и также зависит от используемого оборудования.

Обычно поставляются предконфигурированными; сложность установки - от простой до сравнительно сложной.

Емкость - 2 - 6 М

Затухание зависит от частоты и мощности. (обычно такие устойства работают на малых мощностях  затухание)

Как и у других видов радиопередачи защищенность от помех низкая. А вот перехватить данные при такой технике передачи куда сложнее (надо знать набор частот), тем более, что часто используют ‘dummy’ - частоты или чипы (операция “Ы”).

Микроволны

Микроволновая передача используется как в наземных, так и в спутниковых системах. Функционально, и те и другие используют те же частоты и поэтому во многом похожи, но, естественно, возможности - разные.

Микроволны - 1 - 300 GHz.

В наземных системах, обычно используются параболические направленные антенны, между которыми не должно быть препятствий (прямая видимость). Наиболее часто подобные системы используются для связи между зданиями по схеме “точка-точка”, однако есть системы и для коммуникаций внутри помещений. В последнем случае, обычно, клиентские передатчики связываются с центральным всенаправленным (omnidirectional) хабом. Хабы, в свою очередь могут связываться друг с другом, образуя разветвленную структуру ЛВС. Подобные конфигурации обеспечивают, очевидно, мобильность пользователей в пределах досягаемости хабов.

Обычно используются частоты 4-6 или 21-23 GHz.

Стоимость зависит от частоты и мощности. “Маленькие” системы, для расстояний в сотни метров, стоят недорого; системы для километровых дистанций значительно дороже. Чем выше частота вещания, тем меньшего размера требуются антенны.

Установка для систем “прямой видимости” утомительна - прицеливаться нужно. Кр. того нужно добывать лицензию на частоты.

Скорость передачи достигает 10 М.

Затухание варьируется в зависимости от частоты сигнала и размера антенны. Микроволны с более высокими частотами более подвержены затуханию из-за дождя.

Инфракрасное излучение

Диапазон: 0,1 - 30 THz

В качестве излучателей используются светодиоды (LEDs) или инжекционные лазерные диоды (ILD); в качестве приемников - фотодиоды.

Передаваемый сигнал проходит от источника к приемнику либо по прямой видимости, либо отраженный. В последнем случае мощность излучения падает примерно наполовину на каждом отражении. Инфракрасные сигналы не способны преодолевать препятствия (стены), а также “разбавляются” сильными источниками света. Лучше всего подходят для соединений в пределах одного помещения.

Высокая частота инфракрасных волн, теоретически, позволяет достигать высоких скоростей передачи. Развитие технологий передачи, однако, идет медленно.

Два вида инфракрасных систем:

     точка - точка;

     широковещательные.

В первом случае передача ведется с использованием направленных лучей. Во втором - фокусировка луча ослабляется, что позволяет сигналу распространяться “в ширину”; один трансивер может соединяться сразу с несколькими ресиверами.

Обычно используются нижний диапазон световых частот (0,1 - 1 THz)

Стоимость зависит от используемых в излучателях технологий. Высокомощные, высококачественные лазеры м.б. очень-очень дорогими, однако типичные реализации инфракрасных систем малого радиуса действия используют “бытовые” технологии, и стоят совершенно недорого.

Системы “точка-точка” устанавливать сложно - “прицеливание”... Кр. того, если используются мощные лазеры, возникает опасность повредить глаза. Широковещательные системы устанавливаются легко.

Скорость передачи в существующих системах варьируется от сотен К до 16 М.

Затухание инфракрасного сигнала зависит от интенсивности излучения, его чистоты, атмосферных условий и “чистоты пути” от источника к приемнику. Радиус действия широковещательных систем обычно ограничивается десятками метров, при соединении “точка-точка” дальность может достигать нескольких километров (прямая видимость).

Любые инфракрасные системы чувствительны к посторонним источникам света. Защищенность от перехвата данных в системах “точка-точка” высока (сразу заметим факт перехвата); в широковещательных системах - передачи можно спокойно перехватывать в пределах радиуса действия.

Видимое излучение

Видимый диапазон также используется для передачи. Обычно источником света является лазер. Монохромное когерентное излучение легко фокусируется. Однако, дождь или туман портят дело. Передачу способно испортить даже конвекционные потоки на крыше, возникающие в жаркий день.