Российский  Государственный Аграрный Университет  – МСХА имени К. А. Тимирязева 
 
 
 
 

Реферат по информатике на тему:

«Проводная  и беспроводная среды передачи данных» 
 
 

студента  дневного отделения 101

группы  зоотехнического факультета

Новикова  Ивана Владимировича 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва 2011

Оглавление

Проводные среды передачи данных 3

Телефонный провод 3

Коаксиальный кабель 4

Витая пара 5

Волоконно-оптический кабель 7

Беспроводные среды передачи данных 9

Wi-Fi 10

Преимущества Wi-Fi: 11

Недостатки Wi-Fi: 11

WiMAX 12

WiMAX подходит для решения следующих задач: 12

Пользовательское оборудование 13

Wi-Fi и WiMAX 14

Литература 17 
 

     Компьютерная  сеть - система связи компьютеров и/или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило — различные виды электрических сигналов, световых сигналов или электромагнитного излучения.

     По  типу среды передачи данных компьютерные сети делятся на проводные и беспроводные среды.

Проводные среды передачи данных

     Очевидно, чтобы соединять различные устройства в проводной сети, необходимы кабели. Естественно, не каждый кабель можно  использовать для соединения сетевых  устройств. Поэтому во всех сетевых  стандартах определены необходимые  условия и характеристики используемого  кабеля, такие как полоса пропускания, волновое сопротивление (импеданс), удельное затухание сигнала, помехозащищенность и другие.

     Существует  несколько видов кабеля: телефонный провод, коаксиальный кабель, витая  пара и волоконно-оптический кабель.

Телефонный  провод

     Телефонный  распределительный провод (ТРП) - двух- или четырёхжильный телефонный кабель, предназначенный для стационарной скрытой и открытой абонентской проводки телефонной или трансляционной распределительной сети внутри помещений.

     Считается морально устаревшим ввиду ненадёжности, низкой помехозащищённости, невозможности  высокоскоростной передачи данных, неудобств  при разделке и оконечивании. Однако ввиду своей низкой стоимости  находит применение в телефонной разводке внутри помещений, так как  является самым дешёвым решением (благодаря своей примитивной  конструкции) во многих ситуациях. В  отличие от более продвинутых  аналогов витой пары 1 и 2 категорий, токопроводящие жилы ТРП не скручиваются (жилы располагаются параллельно, кабель плоский), благодаря чему он получил прозвище лапша по схожести внешнего вида с макаронными изделиями.

     Кабель  ТРП крепится к поверхности путём  прибивания мелкими гвоздями между жилами. Может прокладываться в кабель-каналах. Оконечивается классическим способом под винты, с одной (линейной, станционной) стороны - на винтовые клеммы телефонной коробки типа КРТН-10, с другой - под винты в телефонной розетке. Не рекомендуется врезание ТРП во врезной плинт кросса или врезные контакты телефонной или компьютерной розетки, так как полиэтиленовая изоляция при врезании перерезается и провод держится только на медной проволоке.

Коаксиальный  кабель

     Коаксиальный  кабель (от лат. Co - совместно и axis - ось, то есть «соосный»), также известный как коаксиал (от англ. coaxial), - электрический кабель, состоящий из расположенных соосно центрального проводника и экрана и служащий для передачи высокочастотных сигналов.

Устройство коаксиального  кабеля 
1 — внутренний проводник (медная проволока), 
2 — изоляция (сплошной полиэтилен), 
3 — внешний проводник (оплётка из меди), 
4 — оболочка (светостабилизированный полиэтилен). 
 

     Коаксиальный  кабель (см. рисунок) состоит из:

• 4 - оболочки (служит для изоляции и защиты от внешних воздействий) из светостабилизированного (то есть устойчивого к ультрафиолетовому излучению солнца) полиэтилена, поливинилхлорида, повива фторопластовой ленты или иного изоляционного материала;
• 3 - внешнего проводника (экрана) в виде оплетки, фольги, покрытой слоем алюминия пленки и их комбинаций, а также гофрированной трубки, повива металлических лент и др. из меди, медного или алюминиевого сплава;
• 2 - изоляции, выполненной в виде сплошного (полиэтилен, вспененный полиэтилен, сплошной фторопласт, фторопластовая лента и т. п.) или полувоздушного (кордельно-трубчатый повив, шайбы и др.) диэлектрического заполнения, обеспечивающей постоянство взаимного расположения (соосность) внутреннего и внешнего проводников;
• 1 - внутреннего проводника в виде одиночного прямолинейного (как на рисунке) или свитого в спираль провода, многожильного провода, трубки, выполняемых из меди, медного сплава, алюминиевого сплава, омеднённой стали, омедненного алюминия, посеребренной меди и т. п.

     Благодаря совпадению центров обоих проводников, а также определенному соотношению  между диаметром центральной  жилы и экрана, внутри кабеля в радиальном направлении образуется режим стоячей волны, позволяющий снизить потери электромагнитной энергии на излучение почти до нуля. В то же время экран обеспечивает защиту от внешних электромагнитных помех.

     Основное  назначение коаксиального кабеля - передача сигнала в различных областях техники:

• системы связи;
• вещательные сети;
• компьютерные сети;
• антенно-фидерные системы;
• АСУ и другие производственные и научно-исследовательские технические системы;
• системы дистанционного управления, измерения и контроля;
• системы сигнализации и автоматики;
• системы объективного контроля и видеонаблюдения;
• каналы связи различных радиоэлектронных устройств мобильных объектов (судов, летательных аппаратов и др.);
• внутриблочные и межблочные связи в составе радиоэлектронной аппаратуры;
• каналы связи в бытовой и любительской технике;
• военная техника и другие области специального применения.

     Кроме канализации сигнала, отрезки кабеля могут использоваться и для других целей:

• кабельные линии задержки;
• четвертьволновые трансформаторы;
• симметрирующие и согласующие устройства;
• фильтры и формирователи импульса.

Витая пара

     Витая пара (англ. twisted pair) - вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой.

     Свивание  проводников производится с целью  повышения степени связи между  собой проводников одной пары (электромагнитная помеха одинаково  влияет на оба провода пары) и  последующего уменьшения электромагнитных полей от внешних источников, а  также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов. Для снижения связи отдельных пар кабеля (периодического сближения проводников различных пар) в кабелях UTP категории 5 и выше провода пары свиваются с различным шагом.

     Витая пара - один из компонентов современных структурированных кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве физической среды передачи сигнала во многих технологиях, таких как Ethernet, Arcnet и Token ring. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в монтаже, является самым распространённым решением для построения проводных (кабельных) локальных сетей.

     Кабель  подключается к сетевым устройствам  при помощи разъёма 8P8C, который часто неверно называют RJ45.

     В зависимости от наличия защиты - электрически заземленной медной оплетки или алюминиевой фольги вокруг скрученных пар, определяют разновидности данной технологии:

• неэкранированная витая пара (англ. UTP - Unshielded twisted pair) - без защитного экрана;
• фольгированная витая пара (англ. FTP - Foiled twisted pair), также известна как F/UTP) - присутствует один общий внешний экран в виде фольги;
• экранированная витая пара (англ. STP - Shielded twisted pair) - присутствует защита в виде экрана для каждой пары и общий внешний экран в виде сетки;
• фольгированная экранированная витая пара (англ. S/FTP - Screened Foiled twisted pair) - внешний экран из медной оплетки и каждая пара в фольгированной оплетке;

     Экранирование обеспечивает лучшую защиту от электромагнитных наводок как внешних, так и  внутренних и т. д. Экран по всей длине соединен с неизолированным дренажным проводом, который объединяет экран в случае разделения на секции при излишнем изгибе или растяжении кабеля.

     В зависимости от структуры проводников - кабель применяется одно- и многожильный. В первом случае каждый провод состоит из одной медной жилы и называется жила-монолит, а во втором - из нескольких и называется жила-пучок.

     Одножильный кабель не предполагает прямых контактов  с подключаемой периферией. То есть, как правило, его применяют для  прокладки в коробах, стенах и т. д. с последующим терминированием розетками. Связано это с тем, что медные жилы довольно толсты и при частых изгибах быстро ломаются. Однако для «врезания» в разъемы панелей розеток такие жилы подходят как нельзя лучше.

     В свою очередь многожильный кабель плохо  переносит «врезание» в разъёмы  панелей розеток (тонкие жилы разрезаются), но замечательно ведет себя при изгибах  и скручивании. Кроме того, многожильный провод обладает большим затуханием сигнала. Поэтому многожильный кабель используют в основном для изготовления патчкордов (англ. patchcord), соединяющих периферию с розетками.

Волоконно-оптический кабель

     Оптическое  волокно - нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик), используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения.

     Волоконная  оптика - раздел прикладной науки и  машиностроения, описывающий такие  волокна. Кабели на базе оптических волокон  используются в волоконно-оптической связи, позволяющей передавать информацию на большие расстояния с более  высокой скоростью передачи данных, чем в электронных  средствах связи. В ряде случаев они также используются при создании датчиков.

     Стеклянные  оптические волокна делаются из кварцевого стекла, но для дальнего инфракрасного  диапазона могут использоваться другие материалы, такие как флуоро-цирконат, флуоро-алюминат и халькогенидные стекла. Как и другие стекла, эти имеют  показатель преломления около 1,5.

     В настоящее время развивается  применение пластиковых оптических волокон. Сердечник в таком волокне  изготовляют из полиметилметакрилата (PMMA), а оболочку из фторированных PMMA (фторполимеров).

      Оптическое  волокно, как правило, имеет круглое  сечение и состоит из двух частей - сердцевины и оболочки. Для обеспечения полного внутреннего отражения абсолютный показатель преломления сердцевины несколько выше показателя преломления оболочки. Например, если показатель преломления оболочки равен 1,474, то показатель преломления сердцевины - 1,479. Луч света, направленный в сердцевину, будет распространяться по ней. Возможны и более сложные конструкции: в качестве сердцевины и оболочки могут применяться двумерные фотонные кристаллы, вместо ступенчатого изменения показателя преломления часто используются волокна с градиентным профилем показателя преломления, форма сердцевины может отличаться от цилиндрической. Такие конструкции обеспечивают волокнам специальные свойства: удержание поляризации распространяющегося света, снижение потерь, изменение дисперсии волокна и др.

     Оптические  волокна, используемые в телекоммуникациях, как правило, имеют диаметр 125±1 микрон. Диаметр сердцевины может отличаться в зависимости от типа волокна  и национальных стандартов.

     Оптические  волокна могут быть одномодовыми и многомодовыми. Диаметр сердцевины одномодовых волокон составляет от 7 до 9 микрон. Благодаря малому диаметру достигается передача по волокну  лишь одной моды электромагнитного  излучения, за счёт чего исключается  влияние дисперсионных искажений. В настоящее время практически  все производимые волокна являются одномодовыми.

     Существует  три основных типа одномодовых волокон:

1. Одномодовое ступенчатое волокно с несмещённой дисперсией (стандартное) (англ. SMF - Step Index Single Mode Fiber), определяется рекомендацией ITU-T G.652 и применяется в большинстве оптических систем связи.
2. Одномодовое волокно со смещённой дисперсией (англ. DSF - Dispersion Shifted Single Mode Fiber), определяется рекомендацией ITU-T G.653. В волокнах DSF с помощью примесей область нулевой дисперсии смещена в третье окно прозрачности, в котором наблюдается минимальное затухание.
3. Одномодовое волокно с ненулевой смещённой дисперсией (англ. NZDSF - Non-Zero Dispersion Shifted Single Mode Fiber), определяется рекомендацией ITU-T G.655.

     Многомодовые  волокна отличаются от одномодовых  диаметром сердцевины, который составляет 50 микрон в европейском стандарте  и 62,5 микрон в североамериканском и  японском стандартах. Из-за большого диаметра сердцевины по многомодовому волокну  распространяется несколько мод излучения - каждая под своим углом, из-за чего импульс света испытывает дисперсионные искажения и из прямоугольного превращается в колоколоподобный.

      Многомодовые волокна подразделяются на ступенчатые и градиентные. В  ступенчатых волокнах показатель преломления  от оболочки к сердцевине изменяется скачкообразно. В градиентных волокнах это изменение происходит иначе - показатель преломления сердцевины плавно возрастает от края к центру. Это приводит к явлению рефракции в сердцевине, благодаря чему снижается влияние дисперсии на искажение оптического импульса. Профиль показателя преломления градиентного волокна может быть параболическим, треугольным, ломаным и т. д.

      Полимерные (пластиковые) волокна производят диаметром 50, 62.5, 120 и 980 микрон и оболочкой диаметром 490 и 1000 мкм.

Беспроводные  среды передачи данных

     Беспроводные  технологии - подкласс информационных технологий, служат для передачи информации на расстояние между двумя и более точками, не требуя связи их проводами. Для передачи информации может использоваться инфракрасное излучение, радиоволны, оптическое или лазерное излучение.

     В настоящее время существует множество  беспроводных технологий, наиболее часто  известных пользователям по их маркетинговым  названиям, таким как Wi-Fi, WiMAX, Bluetooth. Каждая технология обладает определёнными характеристиками, которые определяют её область применения.

     Существуют  различные подходы к классификации  беспроводных технологий.

• По дальности действия:
• Беспроводные персональные сети (WPAN - Wireless Personal Area Networks). Примеры технологий - Bluetooth.
• Беспроводные локальные сети (WLAN - Wireless Local Area Networks). Примеры технологий - Wi-Fi.
• Беспроводные сети масштаба города (WMAN - Wireless Metropolitan Area Networks). Примеры технологий - WiMAX.
• Беспроводные глобальные сети (WWAN - Wireless Wide Area Network). Примеры технологий - CSD, GPRS, EDGE, EV-DO, HSPA.
• По топологии:
• «Точка-точка».
• «Точка-многоточка».
• По области применения:
• Корпоративные (ведомственные) беспроводные сети - создаваемые компаниями для собственных нужд.
• Операторские беспроводные сети - создаваемые операторами связи для возмездного оказания услуг.

      Кратким, но ёмким способом классификации может  служить одновременное отображение  двух наиболее существенных характеристик  беспроводных технологий на двух осях: максимальная скорость передачи информации и максимальное расстояние.

     Отличия проводных и беспроводных технологий передачи данных:

Wi-Fi

      Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее  одной точки доступа и не менее  одного клиента. Также возможно подключение  двух клиентов в режиме точка-точка(Ad-hoc), когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0,1 Мбит/с каждые 100 мс. Поэтому 0,1 Мбит/с - наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID приёмник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Wi-Fi даёт клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения. Более подробно принцип работы описан в официальном тексте стандарта.

     Однако, стандарт не описывает все аспекты  построения беспроводных локальных  сетей Wi-Fi. Поэтому каждый производитель  оборудования решает эту задачу по-своему, применяя те подходы, которые он считает  наилучшими с той или иной точки  зрения. Поэтому возникает необходимость классификации способов построения локальных сетей.

     По  способу объединения точек доступа  в единую систему можно выделить:

• Автономные точки доступа (называются также самостоятельные, децентрализованные, умные)
• Точки доступа, работающие под управлением контроллера (называются также «легковесные», централизованные)
• Бесконтроллерные, но не автономные (управляемые без контроллера)

     По  способу организации и управления радиоканалами можно выделить беспроводные локальные сети:

• Со статическими настройками радиоканалов
• С динамическими (адаптивными) настройками радиоканалов
• Со «слоистой» или многослойной структурой радиоканалов

Преимущества  Wi-Fi:

• Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, что может уменьшить стоимость развёртывания и/или расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями.
• Позволяет иметь доступ к сети мобильным устройствам.
• Wi-Fi устройства широко распространены на рынке. Гарантируется совместимость оборудования благодаря обязательной сертификации оборудования с логотипом Wi-Fi.
• Излучение от Wi-Fi устройств в момент передачи данных на два порядка (в 100 раз) меньше, чем у сотового телефона.

Недостатки  Wi-Fi:

• В диапазоне 2.4 GHz работает множество устройств, таких как устройства, поддерживающие Bluetooth, и др., и даже микроволновые печи, что ухудшает электромагнитную совместимость.
• Реальная скорость передачи данных в Wi-Fi сети всегда ниже максимальной скорости, заявляемой производителями Wi-Fi оборудования. Реальная скорость зависит от многих факторов: наличия между устройствами физических преград (мебель, стены), наличия помех от других беспроводных устройств или электронной аппаратуры, расположения устройств друг относительно друга и т.п.
• Количество одновременно-наблюдаемых Wi-Fi сетей в одной точке не может быть больше количества используемых каналов, т.е. 13 каналов/сетей в России (данное ограничение всё чаще ощущается в многоквартирных домах).
• Частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различных странах неодинаковы. Во многих европейских странах разрешены два дополнительных канала, которые запрещены в США; В Японии есть ещё один канал в верхней части диапазона, а другие страны, например Испания, запрещают использование низкочастотных каналов. Более того, некоторые страны, например Россия, Беларусь и Италия, требуют регистрации всех сетей Wi-Fi, работающих вне помещений, или требуют регистрации Wi-Fi-оператора.
• Как было упомянуто выше - в России точки беспроводного доступа, а также адаптеры Wi-Fi с ЭИИМ, превышающей 100 мВт (20 дБм), подлежат обязательной регистрации.
• Стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан даже при правильной конфигурации (из-за слабой стойкости алгоритма). Новые устройства поддерживают более совершенный протокол шифрования данных WPA и WPA2. Принятие стандарта IEEE 802.11i (WPA2) в июне 2004 года сделало доступной более безопасную схему, которая доступна в новом оборудовании. Обе схемы требуют более стойкий пароль, чем те, которые обычно назначаются пользователями. Многие организации используют дополнительное шифрование (например VPN) для защиты от вторжения. На данный момент основным методом взлома WPA2 является подбор пароля, поэтому рекомендуется использовать сложные цифробуквенные пароли для того, чтобы максимально усложнить задачу подбора пароля.
• В режиме ad-hoc стандарт предписывает лишь реализовать скорость 11 Мбит/сек (802.11b). Шифрование WPA2 недоступно, только легко-взламываемый WEP.

WiMAX

     WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) - телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE 802.16, который также называют Wireless MAN (WiMAX следует считать жаргонным названием, так как это не технология, а название форума, на котором Wireless MAN и был согласован).

     Название  «WiMAX» было создано WiMAX Forum - организацией, которая была основана в июне 2001 года с целью продвижения и развития технологии WiMAX. Форум описывает WiMAX как «основанную на стандарте технологию, предоставляющую высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям и DSL». Максимальная скорость - до 1 Гбит/с на ячейку.

WiMAX подходит для решения следующих  задач:

• Соединения  точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами Интернета.
• Обеспечения беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным линиям иDSL.
• Предоставления высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных услуг.
• Создания точек доступа, не привязанных к географическому положению.
• Создания систем удалённого мониторинга, как это имеет место в системе SCADA.

     WiMAX позволяет осуществлять доступ  в Интернет на высоких скоростях,  с гораздо большим покрытием,  чем у Wi-Fi-сетей. Это позволяет использовать технологию в качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные DSL- и выделенные линии, а также локальные сети. В результате подобный подход позволяет создавать масштабируемые высокоскоростные сети в рамках городов.

     Многие  телекоммуникационные компании делают большие ставки на использование WiMAX для предоставления услуг высокоскоростной связи. И тому есть несколько причин.

     Во-первых, технологии семейства 802.16 позволят экономически более эффективно (по сравнению с  проводными технологиями) не только предоставлять  доступ в сеть новым клиентам, но и расширять спектр услуг и  охватывать новые труднодоступные  территории.

     Во-вторых, беспроводные технологии многим более  просты в использовании, чем традиционные проводные каналы. WiMAX и Wi-Fi сети просты в развёртывании и по мере необходимости  легко масштабируемы. Этот фактор оказывается  очень полезным, когда необходимо развернуть большую сеть в кратчайшие сроки. К примеру, WiMAX был использован  для того чтобы предоставить доступ в Сеть выжившим после цунами, произошедшего в декабре 2004 года в Индонезии. Вся коммуникационная инфраструктура области была выведена из строя, и требовалось оперативное восстановление услуг связи для всего региона.