Лекция 2: Физически слой. Видове съобщителна среда

Физически слой

  • Физическият слой се занимава с предаването на битове данни по физическа среда.
  • Съобщителната среда се разделя на два основни типа:
    • Кабелна (guided):
      • Усукани двойки проводници.
      • Коаксиален кабел.
      • Оптичен кабел.
    • Безжична (unguided):
      • Ефир.

Кабели с усукани двойки проводници

  • Съществуват различни видове кабели с усукани двойки проводници, обозначавани със специфични кодове, указващи екранировката:
    • U/UTP: Неекранирани усукани двойки.
    • F/UTP: Фолирана обща екранировка.
    • U/FTP: Фолирани усукани двойки.
    • F/FTP: Фолирани усукани двойки с обща екранировка.
    • S/FTP: Екранирани усукани двойки с оплетка.
    • SF/UTP (Cat5e)
    • S/FTP (Cat6A/7/7A)
  • Правило за означаване: S/FTP = фолирани усукани двойки с обща защитна метална оплетка (braid screen)

Предаване на данни по медни кабели - особености

  • Небалансиран кабел, напр. коаксиален кабел.
  • Балансиран кабел, напр. кабел с усукани двойки проводници.

Кодиране на сигналите при UTP

  • Примери за кодиране на сигналите при UTP:
    • Без модулация: 12 Bit = 12 Impulses. V=2V
    • Модулация РАМ8: 12 Bit=4 Impulses. V/8
  • Примери за кодиране на сигналите при UTP (2)
    • 100BASE-TX: MLT-3
    • 1000BASE-T: PAM 5 similar to PAM 16
    • 10GBASE-T
  • Кодиране на сигналите при UTP (3)
    • 100BASE-TX: MLT-3
    • 1000BASE-T: PAM 5
    • 10GBASE-T: PAM 16
  • Кодиране на сигналите при UTP (4)
    • Manchester
    • MLT-3
    • PAM-5
  • Кодиране на сигналите при UTP (5)
    • Принцип на кодиране с +V и -V в зависимост от Input = 0 и Input = 1
  • Кодиране на сигналите при UTP (6)
    • Пример за MLT-3 кодиране

Коаксиални кабели - характеристики

  • Предимства:
    • Широка честотна лента.
    • Ниска цена.
    • Съвместимост с голям брой устройства.
    • Дължина на линията от няколкостотин метра, в зависимост от модела.
    • Лесно терминиране и наличен технически персонал.
  • Недостатъци:
    • Относително голям диаметър.
    • Влияят се от електромагнитни смущения.
    • Голям брои компоненти и контактни съединения.
    • Прецизни правила за инсталация.
    • За разстояния над няколкостотин метра се изискват повторители.
  • Приложения:
    • Пренос на данни, аудио и видео сигнали в системи за:
      • Видеонаблюдение.
      • Кабелна телевизия.
      • Интернет.
      • Сателитни комуникации.

Кабели с усукани двойки проводници - характеристики

  • Предимства:
    • Ниска цена за разстояния до 100м.
    • Лесно терминиране и наличен технически персонал.
    • Широка честотна лента и скорости до десетки Gbps.
    • Използват се за аналогови и цифрови сигнали.
    • Ниски нива на излъчваната енергия.
    • Висока надеждност и дълъг живот.
  • Недостатъци:
    • Относително малък диаметър.
    • Влияние на смущенията при скорости над 1Gbps.
    • Прецизни правила за инсталация.
    • За разстояния над 100 метра се изискват междинни устройства.
  • Приложения:
    • Телефонни линии.
    • Структурно окабеляване на офиси и домове.
    • Структурно окабеляване на дейта центрове.
    • Видеонаблюдение с IP и аналогови камери.
  • Важно е да не се нарушава геометрията на кабелите с усукани двойки проводници, тъй като усукването осигурява еднакво влияние на шума върху двата проводника.

Категории кабели с усукани двойки проводници

  • Cat1: 1 Mbps, 0.4 MHz, телефонни и модемни линии.
  • Cat2: 4 Mbps, 4 MHz, стари терминални системи.
  • Cat3: 10 Mbps, 16 MHz, 10BASE-T и 100BASE-T4 Ethernet.
  • Cat4: 16 Mbps, 20 MHz, 16Mbit/s Token Ring.
  • Cat5: 100 Mbps, 100 MHz, 100BASE-TX & 1000BASE-T Ethernet.
  • Cat5e: 1 Gbps, 100 MHz, 100BASE-TX & 1000BASE-T Ethernet.
  • Cat6: 10 Gbps, 250 MHz, 10GBASE-T Ethernet.
  • Cat6a: 10 Gbps, 500 MHz, 10GBASE-T Ethernet.
  • Cat7: 10 Gbps, 600 MHz, 10GBASE-T Ethernet or POTS/CATV/1000BASE-T over single cable.
  • Cat7a: 10 Gbps, 1000 MHz, 10GBASE-T Ethernet or POTS/CATV/1000BASE-T over single cable.
  • Cat 8/8.1: 40 Gbps, 1600-2000 MHz, 40GBASE-T Ethernet or POTS/CATV/1000BASE-T over single cable.
  • Cat 8.2: 40 Gbps, 1600-2000 MHz, 40GBASE-T Ethernet or POTS/CATV/1000BASE-T over single cable.

Конектори

  • Конектори за коаксиален кабел:
    • Нискочестотни
      • f-BNC
      • m-BNC
      • f-F (75Ω)
      • m-F (75Ω)
    • Високочестотни
      • f-N
      • m-N
      • f-SMA
      • m-SMA
  • Конектори за кабели с усукани двойки проводници:
    • RJ45 конектор.
    • RJ45 плъг.
  • Терминиране на конекторите:
    • T568A.
    • T568B.

Измервани параметри за качество

  • Return Loss (RL): Отношението между изпратения и отразения сигнал.
  • Затихване [Insertion Loss (IL)]: Отношението между изпратения и приетия сигнал.
  • Прослушване между усуканите двойки:
    • NEXT – Near End CrossTalk.
    • FEXT – Far End CrossTalk.
  • Закъснение и отклонение в закъснението при четирите двойки.

Оптични кабели

  • Конструкция на оптичен кабел:
    • Ядро.
    • Оптична обвивка.
    • Буфер.
    • Укрепващ материал.
    • Защитна обвивка.
  • Принцип на предаване на данни по оптичен кабел:
    • Refraction.
    • Total refraction.
    • Reflection.
  • Видове оптични кабели:
    • Multi-mode fiber (MM):
      • Много лъчи.
      • Голям диаметър на ядрото (50 или 62.5 μm).
      • Малка дължина на линията.
      • OM1 – OM5.
    • Single-mode fiber (SM):
      • Само един лъч.
      • Малък диаметър на ядрото (9 μm).
      • Голяма дължина на линията.
      • OS1, OS2.
    • GOF – Glass Optical Fiber
    • POF – Polymer Optical Fiber
    • PCF – Polymer Cladded Fiber
  • Видове оптични кабели (3):
    • Step index.
    • Multi-stage index.
    • Gradient index.
  • Честотен спектър на оптичните кабели:
    • 1.Optical window (650-850nm) (520 - 650nm)
    • 2.Optical window (850-1300nm)
    • 3.Optical window (1310-1650nm)

Фактори, влияещи на разпространението на светлинните лъчи

  • Затихване – влияе на дистанцията.
  • Разсейване – влияе на формата на сигнала и дистанцията.
  • Свързване на различни по тип влакна.
  • Лоша работа при свързването на влакната.
  • Лошо полагане на кабела (неспазване на минималния радиус).
  • Лоша поддръжка – допускане на прах.
  • Конектори за оптични кабели:
    • ST конектор.
    • SC конектор.
    • LC конектор.
    • LC duplex конектори.
    • Свързване на конектори с адаптер.
  • Оптични заварки:
    • Splicer.
    • Splice protectors.
    • Crimping tool.
    • Splice protections.
    • Cable stripper.
    • Tweezers.
    • Stripper Cleaver.
    • Cleaning pads.
    • Fiber dispose can.
    • Alcohol.
    • Lint free paper.

Характеристики на оптичните кабели

  • Предимства:
    • Големи разстояния.
    • Широка честотна лента и скорости десетки и стотици Gbps.
    • Пренос на аудио, видео сигнали и данни.
    • Устойчивост на електромагнитни смущения.
    • Висока надеждност и дълъг живот.
  • Недостатъци:
    • Специализирана техника и персонал за терминиране.
    • Нужда от много съединения и мощни предаватели при дълги линии.
    • Прецизност при инсталация (огъване, пречупване).
  • Приложения:
    • Връзки между сгради и етажи.
    • Връзки между населени места и континенти.
    • Доставка на услуги до дома.
    • Пренос на всякакъв вид информация.

Безжични комуникации

  • Радиовълните пренасят енергия в пространството, излъчена от генератор на електромагнитни трептения.
  • Характеристики на електромагнитното излъчване: честота, дължина на вълната и мощност на преносимата енергия.
  • Свойства на електромагнитните вълни:
    • Свободно преодоляват пространството.
    • Заобикалят обекти по пътя си, по-малки от дължината на вълната.
    • Отразяват се от тела с по-голям размер.
    • Енергията зависи от мощността на предавателя.

Радиочестотен спектър

  • Различни честотни диапазони и техните характеристики и приложения:
    • ELF (extremely low frequency): 30 to 300 Hz
    • VF (voice frequency): 300 to 3000 Hz
    • VLF (very low frequency): 3 to 30 kHz
    • LF (low frequency): 30 to 300 kHz
    • MF (medium frequency): 300 to 3000 kHz
    • HF (high frequency): 3 to 30 MHz
    • VHF (very high frequency): 30 to 300 MHz
    • UHF (ultra high frequency): 300 to 3000 MHz
    • SHF (super high frequency): 3 to 30 GHz
    • EHF (extremely high frequency): 30 to 300 GHz
    • Infrared: 300 GHz to 400 THz
    • Visible light: 400 THz to 900 THz
  • Използвани означения за начините на разпространение на вълните:
    • GW – Ground Wave Propagation
    • SW – Sky Wave Propagation
    • LOS – Line-of-Sight Propagation

Антени

  • Антената е преобразувател на електромагнитната енергия.
  • Основни характеристики:
    • Диаграма на излъчване.
    • Коефициент на усилване.
    • Поляризация.
  • Основни видове антени, използвани при WiFi:
    • С кръгова диаграма (омни антена).
    • Секторна антена.
    • Насочена антена.

Стандарти за WiFi

  • IEEE Std 802.11, 802.11a, 802.11b и много други.
  • За безжични локални мрежи (WLAN) се използват следните честотни диапазони:
    • 2.4GHz
    • 5 GHz
    • 45 GHz
    • 60 GHz
  • Максималната скорост на предаване достига до 3 Gbps за най-разпространените устройства, а до 20 Gbps за стандартите, използващи 60 GHz.