Э. Таненбаум - Компьютерные сети. (4-е издание) (DJVU) (1130092), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Если сигнал состоит из г'дискретных уровней, то уравнение Найк- виста будет выглядеть так; максимальная скорость передачи данных = 20 108.„'г', бит/с Так, например, бесшумный канал с частотой пропускания в 3 кГц не может передавать двоичные (то есть двухуровневые) сигналы на скорости, превосходящей 6000 Кбит/с. Итак, мы рассмотрели случай бесшумных каналов. При наличии в канале случайного шума ситуация резко ухудшается. Уровень термодинамического шума в канале измеряется отношением мощности сигнала к лющности шума и называется отношением сигнал/шум. Если обозначить мощность сигнала э, а мощность 300 600 1200 2400 4800 9600 19 200 38 400 26,67 13,33 6,67 3,33 1,67 0,83 0,42 0,21 37,5 75 150 300 600 1200 2400 4800 80 40 20 !О 5 2 1 0 Управляемые носители информации 119 шума — )т', то отношение сигнал/шум будет равно 5/)У.
Обычно сама величина отношения не употребляется. Вместо нее используется ее десятичный логарифм, умноженный на 10: 10 1д 5/)У. Такая единица называется децибелом (бес! Ье1, дВ, дБ). Таким образом, если отношение сигнал/шум 10, это соответствует 10 дБ, отношение 100 равно 20 дБ, отношение 1000 равно 30 дБ и т.
д. Производители стереоусилителей часто указывают полосу частот (частотный диапазон), в котором их аппаратура имеет линейную амплитудно-частотную характеристику в пределах 3 дБ. Отклонение в 3 дБ соответствует ослаблению сигнала примерно в два раза (потому что 1оя, 3 ~ 0,5). Главным результатом, который получил Шеннон, было утверждение о том, что максимальная скорость передачи данных в канале с полосой частот Н Гц и отношением сигнал/шум, равным 5/Ж, можно вычислить по формуле максимальная скорость передачи данных = Н 1ой,(1+5/Н).
Например, канал с частотной полосой пропускания в 3000 Гц и отношением мощностей сигнала и термального шума в 30 дБ (обычные параметры для аналоговой части телефонной системы) никогда не сможет передавать более 30 000 бит/с, независимо от способа модуляции сигнала, то есть количества используемых уровней сигнала, частоты дискретизации н т, д. Результат, полученный Шенноном и подкрепленный постулатами теории информации, применим к любому каналу с гауссовским (термальным) пгумом. Попытки доказать обратное следует считать обреченными не провал.
Однако следует заметить„что данная теорема описывает верхний, теоретический предел пропускной способности информационного канала, и реальные системы редко достигают его. Управляемые носители информации Назначением физического уровня сети является передача необработанного потока битов от одной машины к другой. Для передачи могут использоваться различные физические носители информации, называемые также средой распространения сигнала.
Каждый из них имеет характерный набор полос пропускания, задержек, цен и простоты установки н использования. Носители можно разделить на две группы: управляемые носители, такие как л~едный провод и оптоволоконный кабель, и неуправляемые, например радиосвязь и передача по лазерному лучу без кабеля. Мы рассмотрим нх в следующих разделах. Магнитные носители Один из самых простых способов перенести данные с одного компьютера на другой — записать их на магнитную ленту или другой съемный носитель (например, перезаписываемый Г1УР), физически перенести эти ленты и диски к пункту назначения и там прочитать их. Поскольку такой метод значительно проще применения, скажем, геостационарного спутника связи, он часто оказывается гораздо более эффективным в экономическом отношении, особенно для приложений, 120 Глава 2. Физический уровень в которых высокая пропускная способность или цена за бит являются ключевыми факторами. Разобраться в данном вопросе нам помогут несложные вычисления.
Стандартная кассета с лентой П!Гппш вмещает 200 Гбайт. В коробку размером 60х60х60 помещается около 1000 таких кассет, что дает общую емкость 1600 Тбит (1,6 Пбит). Коробка с кассетами может быть доставлена в пределах США в течение 24 часов службой Еег!ега! Ехргезз или другой компанией. Эффективная полоса пропускання при такой передаче составляет 1600 Тбит/86 400 с, или 19 Гбит/с, Гели же пункт назначения находится всего в часе езды, то пропускная способность составит свыше 400 Гбит/с. Ни одна компьютерная сеть пока не в состоянии даже приблизиться к таким показателям.
Если представить себе банк данных на много гигабайт, который должен ежедневно архивировать данные на запасном компьютере (чтобы иметь возможность продолжать работу даже в случае сильного наводнения или землетрясения), то похоже, что никакая технология передачи данных пока и не начала приближаться к производительности магнитных лент. Если мы теперь взглянем на этот вопрос с экономической точки зрения, то получим сходную картину. Оптовая цена кассеты составляет около 340.
Коробка с лентами обойдется в 34000, при этом одну и ту же ленту можно использовать десятки раз. Прибавим 31000 на перевозку (а на самом деле, гораздо меньше) и получим около 35000 за передачу 200 Тбайт пли 3 цента за гигабайт. Ни одна сеть на земле не может соперничать с этим. Мораль этой истории такова; Ое думай свысока о скорости передачи данных автомобилем, полиым кассет, с грохотом передвигающимся по дороге. Витая пара Хотя скорость передачи данных с помощью магнитных лент отличная, однако величина задержки прп такой передаче очень велика. Время передачи измеряется минутами или часами, а не миллисекундами.
Для многих приложений требуется мгновенная реакция удаленной системы (в подключенном режиме). Одним из пеРвых и до сих пор часто применяемых средств передачи является витая пара. Этот носитель состоит из двух изолированных медных проводов, обычный диаметр которых составляет 1 мм. Провода свиваются один вокруг другого в виде спирали, чем-то напоминая молекулу дНК. Это позволяет уменьшить электромагнитное взаимодействие нескольких расположенных рядом витых пар. (Два параллельных провода образуют простейшую антенну, витая пара — нет.) Самым распространенным применением витой пары является телефонная линия. Почти все телефоны соединяются с телефонными компаниями при помощи этого носителя. Витая пара может передавать сигнал без ослабления мощности на Расстояние, составляющее несколько километров. На более дальних расстояниях требуются повторители. Большое количество витых пар, тянущихся на большое расстояние в одном направлении, обьединяются в кабель, на который надевается защитное покрытие.
Если бы пары проводов, находящиеся внутри таких кабелей, не были свиты, то сигналы, проходящие по ним, накладывались бы друг Управляемые носители информации 121 иа друга. Телефонные кабели диаметром иесколько сантиметров можно видеть протянутыми иа столбах. Витые пары могут использоваться для передачи как аналоговых, так и цифровых данных. Полоса пропускания зависит от диаметра и длины провода, ио в большиистве случаев иа расстоянии до нескольких километров может быть достигнута скорость несколько мегабит в секунду.
Благодаря довольно высокой процускиой способности и небольшой цеве витые пары широко распространены и, скорее всего, будут популярны и в будущем. Витые пары применяются в нескольких вариантах, два из которых особенно важны в области компьютерных сетей. Витые пары категории 3 состоят из двух изолированных проводов, свитых друг с другом. Четыре такие пары обычно по- мешаются вместе в пластиковую оболочку. До 1988 года большинство офисных зданий были оснащены кабелями третьей категории, тянущимися из кабельного центра иа каждом этаже в отдельные офисы. Подобная схема позволяла соединять до четырех обычных телефонов или по два многоканальных телефона в каждом офисе с оборудованием телефонной компании, установленном в кабельиом центре, 'Начиная с 1988 года в офисах стали использоваться более новые витые пары категории 5.
Оии похожи иа витые пары третьей категории, ио имеют большее число витков на сантиметр длины проводов. Это позволяет сше сильнее уменьшить наводки между различными каналами и обеспечить улучшенное качество передачи сигнала иа болыпие расстояния. Витые пары категории 5 более приемлемы для высокоскоростной компьютерной связи. Вскоре, вероятно, появятся кабели категорий 6 п?, способные передавать сигнал с полосой пропускапия соответственно 250 и 600 МГц (сравните с полосами в 16 и 100 МГц для категорий 3 и 5).
Все зти типы соединений часто называются 1)ТР (ппзЫеЫег( Гттчзгег) ра(г— иеэкранироваииая витая пара), в противоположность громоздким дорогим зкраиироваииым кабелям из витых пар корпорации 1ВМ, которые оиа представила иа рынке в 1980 году, ио которые так и не стали популярными за пределами фирмы 1ВМ.
Разные типы ()ТР схематично изображены иа рис. 2.2. Рис. 2.2. ПГР категории 3 (а); ()ТР категории З (б) Коаксиальный кабель Другим распространенным средством передачи данных является коаксиальиый кабель. Ои лучше экраиироваи, чем витая пара, поэтому может обеспечить передачу данных иа более дальние расстояния с более высокими скоростями. Широко пРименяются два типа кабелей. Олин из иих, 50-омиый, обычно используется для передачи исключительно цифровых данных.
другой тип кабеля, 75-омиый, 122 Глава 2. Физический уровень часто применяется для передачи аналоговой информации, а также в кабельном телевидении. В основе такого разделения лежат скорее исторические, нежели технические факторы (например, первые дппольные антенны имели импеданс 300 Ом, и проще всего было использовать уже существующие преобразователи с отношением импеданса 4:1). Коаксиальный кабель состоит иэ покрытого изоляцией твердого медного провода, расположенного в центре кабеля. Поверх изоляции натянут цилиндрический проводник, обычно выполненный в виде мелкой медной сетки. Он покрыт наружным защитным слоем изоляции (пластиковой оболочкой). Вид кабеля в разрезе показан на рис. 2.3.
Внесзняя Заститнов пластиковое покрытие Медный сердечник Изолятор Рис. 2.3. Коаксиальный кабель Конструкция и специальный тип экранирования коаксиального кабеля обеспечивают высокую пропускную способность и отличную помехозащищенность. Максимальная пропускная способность зависит от качества, длины и соотношения сигнал/шум линии. Современные кабели имеют полосу пропускания около 1 ГГц.
Коаксиальные кабели широко применялись в телефонных системах, но теперь на линиях болыпой протяженности их все чаще заменяют оптоволоконными кабелями. Однако коаксиальные кабели все еще широко используются для кабельного телевидения, а также в некоторых региональных сетях. Волоконная оптика Быстрое развитие компьютерных технологий вызывает чувство гордости у многих представителей этой индустрии. Первый персональный компьютер фирмы 1ВМ, созданный в 1981 году, работал с тактовой частотой 4,77 МГц. Спустя 20 лет этот показатель вырос до 2 ГГц. Прирост множителя составил 20 за декаду.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
