Курс лекций по "Клиент- серверные информационные технологии"

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) Þ 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 Þ 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 Þ 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 Þ 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.

12. Телефонные сети (ТфС): структура, цифровая передача в ТфС

 

Когда надо соединить несколько  рядом стоящих компьютеров, то обычно прокладывают кабель. Когда кабель должен пройти через дорогу или пересечь общественные, городские коммуникации дело становиться сложнее, а стоимость огромной. В этих случаях единственным выходом является обратиться к телефонной компании.

Телефонная сеть создавалась давно  и целями далеко от тех, которые преследуются при передаче данных между ЭВМ. Поэтому  качество передачи данных далеко от совершенства. Однако, ситуация меняется по мере замены меди на оптоволокно и переходе на цифровую систему передачи. Телефонные сети тесно переплетаются с компьютерными сетями, особенно с WAN.

Поэтому много усилий было положено, чтобы научиться использовать столь  низкого качества линии для передачи данных между компьютерами.

Структура телефонной сети

Когда в 1876 Александр Белл запатентовал телефон, структура сети представлялась ему очень простой. Абоненты соединялись  неизолированным проводом каждый с  каждым. Если абонент хотел поддерживать связь с несколькими абонентами в городе, то к нему приходило несколько проводов. Вскоре некоторые дома напоминали джунгли.

К 1878 году стало ясно что так  развивать сеть нельзя и Белл строит первую станцию коммутации, с которой  соединяются абоненты. Чтобы соединиться  абонент крутил ручку, вызывая оператора, сообщал ему с кем он хочет соединиться (классическое :Барышня, дайте Смольный, пожалуйста.), и оператор механически, с помощью штыря соединял проводом гнезда коммутатора. Спустя некоторое врем абоненты выразили желание сообщаться с абонентами в других городах. Потребовалось соединять между собой станции коммутации.

К 1890 году появились три основные компонента телефонной сети: соединение клиент-станция коммутации, станции коммутации, соединения между станциями комму-тации.. Естественно эти три компонента постоянно совершенствовались, но в основных своих чертах они остались все эти 100 лет такими, как их создал Белл.

Структура современного соединения при  звонке показана на рис.

В настоящее время все шире используется цифровая передача. Она имеет ряд  преимуществ перед аналоговой:

• затухание и нарушение формы в цифровом случае не столь сильно как в аналоговом
• при ретрансляции цифрового сигнала проще восстановить его изначальную форму, которая известна точно, чем в случае аналогового сигнала. При ретрансляции аналогового сигнала ошибка накапливается
• цифровая передача более надежна в силу выше сказанного
• по цифровой сети можно передавать и данные и голос и музыку одновременно и с большей скоростью.
• Цифровая передача дешевле, так как не надо тратить большие усилия на восстановление формы сигнала.
• Цифровую сеть проще эксплуатировать

Итак, современная сеть состоит  из

• локальных петель
• магистралей (оптоволоконных или микроволновых)
• станций коммутации

Локальная петля

На рис. показана организация петли. Как видно из рисунка при передаче данных приходится четыре раза их преобразовывать из цифровой формы в аналоговую и обратно. Несмотря на то, что между станциями коммутации передача осуществляется в цифровой форме в петле она аналоговая. Похоже что она останется таковой в ближайшие 20 лет в силу очень больших затрат на переоборудование.

13. Спутниковая связь

 

Идея создания системы связи  на основе отражающего объекта, расположенного высоко над землей, давно витала в головах исследователей. Вначале  пытались использовать металлизированный воздушный шар, воздушные плотные массы и т.д. и т.п. Однако, сигнал возвращался настолько слабым, что практическое использование такой системы было исключено. Первый спутник связи был запущен в СССР в 1962 году. Основное его отличие от того что предпринималось ранее - он усиливал сигнал, прежде чем отправить его назад на землю.

Спутник связи имеет несколько  приемопередатчиков - транспондеров. Каждый транспондер слушает свою часть  спектра, усиливает полученный сигнал и передает его обратно на землю в нужном направлении, на нужной частоте, отличной от частоты приема, чтобы избежать интерференции с принимаемым сигналом. Возвращаемый луч может быть по желанию либо широким, покрывая большую территорию, либо наоборот узко направленным.