Типы каналов передачи данных и их характеристики

Применяемые в вычислительных сетях каналы передачи данных классифицируются по ряду признаков.

Во-первых, по форме представления информации в виде электрических сигналов каналы подразделяют на цифровые и аналоговые.

Во-вторых, по физической природе среды передачи данных различают каналы связи проводные (обычно медные), оптические (как правило, волоконно-оптические), беспроводные (инфракрасные и радиоканалы).

В третьих, по способу разделения среды между сообщениями выделяют упомянутые выше каналы с временным (TDM) и частотным (FDM) разделением.

Одной из основных характеристик канала является его пропускная способность (скорость передачи информации), определяемая полосой пропускания канала и способом кодирования данных в виде электрических сигналов. Информационная скорость измеряется количеством бит информации, переданных в единицу времени. Наряду с информационной оперируют бодовой (модуляционной) скоростью, которая измеряется в бодах, то есть числом изменений дискретного сигнала в единицу времени. Именно бодовая скорость определяется полосой пропускания линии. Если одно изменение значения дискретного сигнала соответствует нескольким битам, то информационная скорость превышает бодовую.

Действительно, если на бодовом интервале (между соседними изменениями сигнала) передается N бит, то число градаций сигнала равно 2^N. Например, при числе градаций 16 и скорости 1200 бод одному боду соответствует 4 бит/с и информационная скорость составляет 4800 бит/с.
С ростом длины линии связи увеличивается затухание сигнала и, следовательно, уменьшаются полоса пропускания и информационная скорость.

Максимально возможная информационная скорость V связана с полосой пропускания F канала связи формулой Хартли-Шеннона. Предполагается, что одно изменение значения сигнала приходится на log₂k бит, где k – число возможных дискретных значений сигнала. Так как скорость V = log₂ k / t, где t — длительность переходных процессов, приблизительно равная 3Т_В, а Т_В = 1 / (2pF), то:

V = 2F log₂ k, бит/с,

где k ≤ 1+A (A – отношение сигнал/помеха).

Проводные линии связив вычислительных сетях представлены коаксиальными кабелями и витыми парами проводов.

Используются следующие коаксиальные кабели – «толстый» диаметром 12,5 мм и “тонкий” диаметром 6,25 мм. «Толстый» кабель имеет меньшее затухание, лучшую помехозащищенность, что обеспечивает возможность работы на больших расстояниях, но он плохо гнется, что затрудняет прокладку соединений в помещениях, и дороже «тонкого».

Существуют экранированные STP (Shielded Twist Pair) и неэкранированные UTP (Unshielded Twist Pair) пары проводов. Чаще используются неэкранированные пары, имеющие несколько категорий (типов).

Категория 1 – это обычный телефонный кабель.

Пара категории 2 может использоваться в сетях с пропускной способностью до 4 Мбит/с.

Витые пары имеют категории, начиная с третьей. Для сетей Ethernet, точнее, для ее варианта 10Base-T, разработана пара категории 3, а для сетей Token Ring – пара категории 4.

Более совершенными являются неэкранированные витые пары категорий 5 и 6. Пару категории 5 применяют при частотах до 100 МГц. В ней проводник выполнен медными жилами диаметром 0,51 мм, навитыми по определенной технологии и заключенными в термостойкую изолирующую оболочку. Длины соединений в высокоскоростных ЛВС на UTP обычно не превышают 100 м.

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) имеют значительное преимущество перед проводными линиями. Они незаменимы при передаче информации на большие расстояния, а также в высокоскоростных магистральных каналах корпоративных и территориальных сетей.

Конструктивно ВОЛС представляет собой кварцевый сердечник диаметром 10 мкм, покрытый отражающей оболочкой с внешним диаметром 125...200 мкм. Типичные характеристики ВОЛС – работа на волнах 0,83...1,55 мкм, затухание 0,7 дБ/км, полоса частот до 2 ГГц.

Предельные расстояния D для передачи данных по ВОЛС
(без ретрансляции) зависят от длины волны излучения l: при l = 850 нм
D = 5 км, а при l = 300 нм – D = 50 км. Однако с уменьшением длины волны излучения значительно возрастает стоимость аппаратуры.

Примером среды передачи данных между мейнфреймами, рабочими станциями, пулами периферийных устройств может служить среда Fiber Channel на ВОЛС, обеспечивающая скорости от 133 до 1062 Мбит/с на расстояниях до 10 км. Для сравнения – по стандартному интерфейсу SCSI скорость составляет 160 Мбит/с при расстояниях не более десятков метров между рабочей станцией и дисководом.

К числу новых стандартов для высокоскоростных магистралей передачи данных относится стандарт цифровой синхронной иерархии SDH (Synchronous Digital Hierachy). В сетях SDH в качестве линий передачи данных используют ВОЛС. Стандарт устанавливает структуру фреймов, на которые разбивается поток передаваемых данных. Эта структура названа транспортным модулем.