Физический уровень сетевой модели

Краткие итоги лекции 4

1. Сеть характеризуется следующими параметрами: пропускная способность (bandwidth), отображающая объем переданных данных за единицу времени; из-за возникновения очередей и различных задержек при передаче данных производительность (throughput) ниже пропускной способности; полезная пропускная способность (goodput) - это объем переданных за единицу времени данных без учета заголовков сегментов, пакетов, кадров, а также другой служебной информации.
2. В качестве среды передачи в сетях передачи данных используют коаксиальный и симметричный медный кабель (неэкранированную UTP и экранированную STP витую пару), оптоволоконный кабель, беспроводные радиоканалы.
3. Кабель UTP содержит четыре пары свитых медных проводов, поэтому используется разъем 8Р8С (RJ-45), имеющий 8 контактов.
4. Для снижения влияния помех выполняют свивание пар медных проводов. Эта мера также снижает перекрестные помехи. Для лучшего эффекта увеличивают число витков на единицу длины кабеля, а шаг свивания соседних пар делают немного разным.
5. Кабель UTP широко используется в локальных сетях Ethernet, FastEthernet, GigabitEthernet,обеспечивая передачу сигналов на расстояние до 100 м.
6. Для соединения устройств между собой используются прямой, кроссовый и консольный кабели.
7. Волоконно-оптические кабели характеризуются отсутствием влияния перекрестных помех и электромагнитных помех от внешних источников. Это позволяет передавать сигналы на большее расстояние по сравнению с симметричным медным кабелем.
8. Одномодовое волокно оптических кабелей по сравнению с многомодовым позволяет передавать данные на большее расстояние с более высокой скоростью.
9. Передача данных по оптическому волокну производится на длинах волн 850, 1310 или 1550 нм.
10. Наиболее полную проверку оптоволоконных кабелей реализуют оптические рефлектометры (OTDR).
11. Для соединения устройств внутри телекоммуникационных шкафов используются сравнительно короткие соединительные оптоволоконные кабели (патчкорды), например, многомодовый кабель SC-SC.
12. При создании беспроводных сетей особое внимание следует уделять зоне покрытия, помехозащищенности и обеспечению информационной безопасности, поскольку среда является общей для всех пользователей, в том числе и неправомочных.
13. Беспроводная среда образуется совокупностью радиоканалов, сгруппированных в частотных диапазонах 900 МГц; 2,4 ГГц и 5 ГГц.
14. Стандарт IEEE 802.11 (Wi-Fi) является основным стандартом беспроводных локальных сетей.
15. Наибольшую скорость обеспечивает аппаратура новых стандартов 802.11aс, 802.11ad.
16. Технологии 802.11 используют метод множественного доступа к среде с контролем несущей и предотвращением (избежанием) коллизий (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance - CSMA/CA).
17. Использование кадров канального уровня избавляет протоколы верхних уровней (сетевой и выше) от необходимости учитывать специфику среды передачи.
18. При асинхронной передаче для определения начала и конца кадра используются флаги, которые кодируются определенным образом.
19. Наиболее известными являются потенциальный код без возврата к нулю (NRZ),код с возвратом к нулю (RZ), модифицированный (инверсный) потенциальный код (NRZI), биполярные коды AMI и MLT-3.
20. Применения избыточного блочного кода 4В/5В улучшает свойства самосинхронизации и повышает помехозащищенность передаваемых данных.
21. Для передачи информации на большие расстояния используют технологию модуляции (манипуляции).
22. Объединение сетевых узлов и станций в сеть связи реализуется на основе различных топологий. Следует различать физическую и логическую топологии сети.
23. Физическая топология представляет собой наиболее общую структуру сети и отображает схему соединения сетевых элементов и узлов кабелями связи.
24. Логическая топология сети определяет, как узлы общаются через среду, т.е. как обеспечивается управление доступом к среде.

Вопросы

1. В чем состоит различие измеряемых параметров сети: пропускная способность (bandwidth); производительность (throughput); полезная пропускная способность (goodput)?
2. Какие типы кабелей используются в локальных сетях передачи данных?
3. Какие меры борьбы принимают для снижения влияния внешних (EMI, RFI) и перекрестных помех в симметричных медных кабелях?
4. Какова скорость и дальность передачи кабеля UTP 3 категории?
5. Какова скорость и дальность передачи кабеля UTP 5, 5е категории?
6. Для соединения, каких устройств используется прямой кабель?
7. Для соединения, каких устройств используется кроссовый кабель?
8. Для соединения, каких устройств используется консольный кабель?
9. В чем преимущества волоконно-оптического кабеля перед медным?
10. На какое расстояние можно передавать сигналы в локальных сетях по оптическому кабелю?
11. На каких длинах волн производится передача сигналов по оптическому кабелю?
12. Какие разъемы используются в волоконно-оптических кабелях?
13. Какие проблемы необходимо учитывать при создании беспроводных сетей?
14. Какие частотные диапазоны рекомендованы для использования в промышленности, науке и медицине и не требуют лицензирования?
15. Какой стандарт является основным в беспроводных локальных сетях?
16. Какой стандарт предусматривает передачу данных в диапазоне 5 ГГц со скоростью до 54 Мбит/с ?
17. Какой стандарт предусматривает передачу данных в диапазоне 2,4 ГГц со скоростью до 54 Мбит/с?
18. В чем состоят особенности синхронной и асинхронной передачи данных?
19. Что позволяет протоколам верхних уровней (сетевой и выше) не учитывать специфику среды передачи?
20. Что используется для определения начала и конца кадра?
21. Какие адреса задаются в поле адресов кадра?
22. Какой механизм используется для проверки отсутствия ошибок в передаваемой в кадре информации?
23. Для чего используется избыточный блочный код 4В/5В?
24. Почему для передачи информации на большие расстояния используют модуляцию?
25. В чем состоит различие модуляции и манипуляции?
26. Какие топологии получили наибольшее распространение в локальных сетях?
27. Каковы достоинства и недостатки топологии "общая шина"?
28. Каковы достоинства и недостатки топологии "звезда"?
29. В чем различие физической и логической топологий?
30. К какому виду относится топология множественного доступа, для каких сетей она характерна?

Упражнения

1. Укажите скорости и дальность передачи симметричных медных кабелей.
2. Изобразите схемы прямого, кроссового и консольного кабелей.
3. Объясните условия, при которых возникает полное внутреннее отражение в волокне оптического кабеля.
4. Укажите основные параметры стандартов Wi-Fi беспроводной среды передачи.
5. Изобразите линейные коды, применяемые в системах передачи информации. Проведите их сравнительный анализ.
6. Изобразите сигналы при различных видах модуляции (манипуляции).
7. Изобразите диаграмму квадратурной амплитудной модуляция КАМ-16.
8. Изобразите основные физические топологии локальных сетей.
9. Приведите пример, когда при одинаковой структурной схеме сети физическая и логическая топологии будут различны.