Лекция: 30 сағат Практикалық: Лаборатория: 15 сағат обсөЖ: 45 СӨЖ: 45 Барлық сағат саны: 135 сағат

Лекция 9

Жоспар:

2. Компьютерлік желілерге ақпаратты тарату принципі.

3. Мәліметтерді тасымалдаудың физикалық ортасы.
Лекция мақсаты: Дискреттік мәліметтердің тасымалдау негіздеріне түсінік беру, тақырыпты пысықтау

1. Жалпы жағдайда байланыс жолы (немесе құбыр) ақпараттық сигналдардан, мәліметтерді тасымалдау аппаратураларынан және аралық аппаратуралары (1-сурет) тасымалданатын физикалық ортадан тұрады.

1-сурет. Байланыс жолының құрамы:

Мәліметтерді тасымалдаудың физикалық ортасы (medium) кабелі, яғни жалғау ажыратқыштарының, изоляциялық және қорғаныс жамылғының, сымдардың жиынтығы; жерлік атмосфера немесе космостық кеңістік, олар арқылы ақпараттық сигналдар таралады.

Мәліметтерді тасымалдаудың ортасына байланысты байланыс түзулері былай бөлінеді:

• 
  кабельді (мысты және талшықты-оптикалық);
  
• 
  жер және космостық байланыс радио арналары.
  

• симплексті - байланыс өткізу ортасы бойынша бір бағытта тасымалданады;

• жартылай дуплексті - екі бағытта уақыт бойынша ауысып кезек-кезек тасымалданады;

• дуплексті - бір мезетте екі бағытта тасымалданады.

• 
  амплитудалы-жиілікті сипаттама;
  
• 
  өткізу жолағы;
  
• 
  өшудің мөлшері;
  
• 
  кедергіге тұрақтылығы;
  
• 
  жолдың жақындау шетінде қиылысқан нысаналар;
  
• 
  тасымалдау қабілеттілігі;
  
• 
  мәліметтерді тасымалдау растығы;
  
• 
  меншікті құн.
  

Байланыс жолы тасымалданатын сигналдарды физикалық параметрлер идеалдардан ерекшеленетіндіктен зақымдайды. Егер байланыс жолы аралық аппаратураны қосса, онда ол сонымен қатар қосымша зақымдануларды келтіруі мүмкін.

Байланыс тузулерінің ішкі физикалық параметрлерімен енгізілетін сигналдардьң зақымдалуынан басқа түзу шығысында сигнал пішініне зақым келтіретін сыртқы кедергілер де болады. Бұл кедергілер әр түрлі электрлік қозғалтқыштарды, атмосфералық құбылыстарды, т.с.с. құрайды.

Синусоидальды сигналдардың байланыс түзулерімен зақымдануының дәрежесі амплитудалы-жиілікті сипаттама, өткізу жолағы және анықталған жиіліктегі өшу сияқты сипаттамалар көмегімен бағаланады.

Бұл сипаттамада амплитуда орнына қуаттылық сияқты параметрді жиі қолданады.

Байланыс жолы туралы амплитудалы-жиілікті сипаттамамен көрсетілетін ақпараттың толықтылығына қарамастан оның қолданылуы, оны қабылдау қиындығы жағдайымен қиындатылады. Сондықтан тәжірибеде амплитудалы-жиілікті сипаттама орнына басқа жеңілдетілген сипаттамалар - өткізу жолағы және өшу қолданылады.

Өткізу жолағы (bandwidth) - бұл жиіліктің үздіксіз диапазоны, ол үшін шығу сигналының амплитудасының кірісіндегісіне қатынасы алдын ала берілген шектен асады, әдетте 0,5. Яғни, өткізу жолағы сигналы мақызды емес зақымдануларсыз байланыс түзуі бойынша берілетін жиілік сигналының диалазонын анықтайды. Өткізу жолағы байланыс сызығының типіне және оның ұзақтылығына байланысты.

Өшу (attenuation) — нақты жиілік сигналының түзуі бойынша тасымалдау кезінде сигнал амплитудасының және қуатының қатысты азаюы сияқты анықталады. Жол эксплуатациясы кезінде жиі тасымалданатын сигналдың негізгі жиілігі алдын ала белгілі болады. Сондықтан өткізу жолы бойынша сигналдардың тасымалдануының зақымдалуын шамалап бағалау үшін осы жиіліктегі өшуді білу жеткілікті. Ал өшу, әдетте, децибелмен (дБ, decibel - dB) өлшенеді.

Өткізгіштік қасиет (throughput) байланыс түзуі бойынша берілгендерді тасымалдаудың мүмкін максимальды жылдамдығын сипаттайды. Өткізгіштік қасиет секундына битпен - бит/с, сонымен қатар секундына килобит (Кбит/с), секундына мегабит (Мбит/с), секундына гигабит (Гбит/с), т.б. сияқты туынды бірліктермен өлшенеді.

Байланыс түзуінің өткізгіштік қасиеті амплитудалы-жиілікті сияқты оның сипаттамасынан ғана емес, сонымен қатар тасымалданатын сигналдыд спектріне де байланысты болады. Егер сигналдың маңызды үйлесімділігі түзудің өткізу жолағына түссе, онда мүндай сигнал берілген байланыс түзулерімен жақсы тасымалданады және таратқышпен түзу арқылы таралған ақпаратты қабылдағыш дұрыс тани алады. Егер маңызды үйлесімділік байланыс түзуінің өткізу жолағының шегінен шығып кетсе, сигнал едәуір зақымдалады, қабылдағыш ақпаратты тану кезінде қателеседі, яғни ақпарат берілген өткізгіштік қасиетпен тасымалдана алмайды.

Дискреттік ақпаратты байланыс жолына жіберілетін сигнал түрінде қабылдау - физикалық және сызықтық кодтау деп аталады. Кодтаудың таңдалған әдіспен сигналдар спектрі және соған сәйкес түзудің өткізгіштік қасиеті байланысты болады. Осылайша, кодтаудың бір әдісі үшін түзу бір өткізгіштік қасиетпен иеленуі мүмкін, ал басқа үшін - басқасы. Мысалы, 3 категориялы оралған жұп мәліметтердің стандарты 10Base-T физикалық деңгейлі стандартын кодтаудың әдісі кезінде 10 Мбит/с және 100Base-T4 стандартын кодтау әдісі кезінде 33 Мбит/с өткізгіштік қасиетпен тасымалдайды.

Кодтаудың, көптеген тәсілдері периодтық сигналдың параметрін - жиілік, амплитуда және фазаның өзгеруін қолданады.

Егер сигналда екі ажыратылатын жағдай болса, онда оның кез келген өзгерісі ақпараттың бірнеше битін әкеледі.

Периодтық сигналдың ақпараттық параметрі санының секундына өзгеруі бодпен (baud) өлшенеді.

Секундына битпен өлшенетін түзудің өткізгіштік қасиеті жалпы жағдайда бод санына сәйкес келмейді. Ол бод санында аз да, көп те болуы мүмкін, бұл қатынас кодтау әдісіне байланысты болады. Егер сигналдың ажырату жағдайы екіден көп болса, онда секундына бит өткізгіштік қасиеті бод санына қарағанда көп болады.

Екі ажырату жағдайы бар сигналдарды қолданғанда кері жағдай байқалуы мүмкін. Осылай жиі қабылдағыш пен қолданбалы ақпаратты сенімді тану үшін әр бит тізбектей сигналдық ақпараттың параметрінің бірнеше өзгерісі көмегімен кодталады.

Түзудің өткізгіштік қасиетіне физикалық қана емес сонымен қатар логикалық кодтау әсер етеді. Логикалық кодтау физикалық кодтауға дейін орындалады және шығу ақпараттың битін сол ақпаратты таситын, бірақ сонымен қатар, мысалы қабылданған деректердің қабылдау жағы үшін қателерін табу мүмкіндігі сияқты қосымша қасиеттері болатын биттің жаңа тізбегімен алмастыруды білдіреді. Шығу ақпараттың әр байтының шындықтың бір битімен еріп жүруі - бұл берілгендерді модемдер көмегімен тасымалдау кезіндегі логикалық кодтаудың өте жиі қолданылатын әдісінің мысалы болады. Логикалық кодтаудың басқа мысалы ретінде байланыстың көпшілік арналары арқылы тасымалдау кезінде олардың құпиялылығын қамтамасыз ететін мәліметтердің шифрленуін алуға болады. Логикалық кодтау кезінде биттің реттілігі одан да ұзақтығымен орналастырылады, сондықтан арнаның пайдалы ақпаратына қатынасы бойынша өткізгіштік қасиеті азаяды.

Түзудің кедергіге тұрақтылыгы сыртқы ортада, ішкі өткізгіштерде құрылатын кедергі деңгейін азайту мүмкіндігін анықтайды. Түзудің кедергіге тұрақтылығы физикалық ортаның типінен, сонымен қатар басылатын және экрандайтын түзудің өз құралдарының кедергілерімен де байланысты болады. Радиотүзулердің кедергіге тұрақтылығы аз болады, ал талшықты-оптикалық түзулер өте тұрақты және кабельдік жолдары жақсы тұрақтылыққа ие.

Түзудің жақын аяғындағы қиысу нысаналары (Near End Cross Talk - NEXT) қабылдағыш шығысымен өткізгіштің бір жұбымен тасымалданатын өрістің электр магниттік сигналы кедергі сигнал өткізгішінің басқа жұбына сәйкестелген уақытта кедергілердің ішкі кедергісіне кабельдің кедергіге тұрақтылығын анықтайды. Егер екінші жұпқа қабылдағыш жалғанса, онда ол нысаналынған ішкі кедергіні пайдалы сигнал ретінде қабылдауы мүмкін. NEXT мәні неғұрлым аз болса, ка­бель соғұрлым жақсы болады. 5 категориялы оралған жұп үшін NEXT көрсеткіші 100 МГц жиілігінде - 27 дБ-ден кіші болуы керек. NEXT көрсеткішін, әдетте, бірнеше оралған жұптан тұратын кабельді қолданады, өйткені бұл жағдайда бір жұптың екіншісіне нысаналынуы маңызды шамаларға жетуі мүмкін. Бірлік коаксиалды ка­бель үшін бұл көрсеткіш сонша маңызды емес, ал екілік коаксиалды кабель үшін ол әр желінің қорғаныштығының жоғары дәрежесінің салдарынан қолданылмайды. Оптикалық талшықтар бір-бірі үшін көрінетін кедергілер құрмайды.

Мәліметшерді тасымалдаудың растығы мәліметтердің әр тасымалданатын биті үшін зақымдану ықтималдығын сипаттайды. Кейде бұл көрсеткіш биттік қателіктердің интенсивтілігі (Bit Error Rate, BER) деп аталады. Байланыс арналары үшін BER шамасы қателіктерден қорғаудың қосымша құралдарсыз, ереже бойынша 10^-4 - 10^-6, байланыстың талшықты-оптикалық түзулерінде - 10^-9. Мәліметтерді тасымалдаудың растығының мәні, мысалы орта есеппен алғанда 10000 биттен бір бит мәні зақымдалатынын 10^-4 көрсетеді.

Биттің зақымдалуы түзудегі кедергінің бар болуынан сияқты түзудің шектелген өткізу жолағымен сигнал пішінінің зақымдалған себебінен де болады. Сондықтан тасымалданатын мәліметтердің растылығын арттыру үшін өткізу жолының кедергіден қорғаныс дәрежесін арттыру керек, кабельдегі қиылысқан нысаналар деңгейін азайту керек, байланыстың жалпақ жолақты түзуін қолдану керек.

Желілікті желілер туралы хабар, әдете, әр түрлі қайнарларда пакеттер, кадрлар немесе одақтар деп аталатын бөлек үлестермен беріледі. Пакеттерді қолдану ереже бойынша желіде бір уақытта бірнаша байланыс сеаныстары болуымен байланысқан, яғни бірдей уақыт аралығында әр түрлі абонентер жұбы арасында екі немесе одан да көп деректерді тарату процестері жүруі мүмкін.

Сонымен қатар, үлкен сілемді ақпаратты таратқан кезде кедергілер мен үзілістер кесірінен қателіктің табылу ықтималдығы зор болатыны да маңызды. Сол сияқты бірнеше мегабайт сілеміндегі қатені табу-бірнеше килобайт пакеттегі қатені табудан қиынырақ. Қателік табылса, барлық сілемді тапсыруды қайталауға тура келеді, ал кішкене пакетті тапсыру одан оңайлау болады.

Пакеттің құрылымы, ең алдымен, топологиямен және ақпаратты тарату ортасының үлгісімен таңдалған желінің аспаптық ерекшелігімен анықталады, сонымен қатар қолданылатын хаттамалардан (хабармен айыьас шамасында) тәуелді болады. Әр желіде пакеттің құрылымы әр түрлі. Бірақ, пакетті жасаудың кез келген жергілікті желі бойынша ақпаратпен алмасу ерекшелігімен анықталатын жалпы принципі бар. Көбінесе пакет мынадай негізгі өріс немесе бөлімдерді қамтиды:

Хабармен айырбас сеансы барысында желі бойынша, тапсырушы мен қабылдаушы абоненттер арасында анықталған ережелер бойынша айырбас хаттамасы деп аталатын ақпараттық және басқарушы пакеттермен айырбас болады. Қарапайым хаттама қолданылған жағдайда байланыс сеансы деректерді қабылдау сауалын қабыл алу даярлығынан басталады. Егер қабылдағыш дайын болса онда ол «даярлық» басқарушы пакетін жауап ретінде жібереді. Егер қабылдағыш дайын болса, онда ол басқа басқарушы пакетпен сеанстан бас тартады. Содан соң деректерді тарату басталады. Сонымен қатар, әрбір алынған деректер пакетіне қабылдағыш пакетімен жауап береді. Егер пакет қателіктермен жіберілсе, онда қабылдағыш қайта тапсыруды сұрайды. Хабарлағыш байланыстың үзілуі туралы хабарлағанда басқарушы пакетпен сеанс аяқталады. Мақұлдаумен (пакетті кепілдікпен жеткізумен) де, мақұлдаусыз (пакетті кепілдіксіз жеткізумен) да тапсыруды қолданатын көптеген стандартты хаттамалар жиыны бар.

Желімен нақты айырбаста көпдеңгейлі хаттамалар қолданылады, олардың әрқайсылары кадрдың өз құрылымын (өзінің адресін, өзінің басқарушы ақпаратын, өзінің деректер пішімін т.с.с.) болжайды.
3. Мәліметтерді тасымалдаудың физикалық ортасы.

Физикалық орта физикалық байланыс құралдары құрылатын негіз болып табылады.Физикалық ортадағы физикалық қосылу құралдары Физикалық деңгейді қамтамасыз етеді.Физикалық орта ретінде эфир, металлдар, оптикалық шыны және кварц кеңінен қолданылады.Ал физикалық деңгейде ақпараттарды жөнелтетін тасушы орналасады.Ақпараттарды жіберу ортасына тек кабельдік қана емес, сонымен қатар сымсыз технологияларды да жатқызуға болады.Бірақ, физикалық кабельдер желілік коммуникацияда кең таралған тасушылар, ал сымсыз технология мүмкіндіктерінің арқасында бүкіләлемдік желілерді байланыстыруда дамып келе жатыр.Физикалық кабельдерге арналған физикалық деңгейде ақпарат берудің механикалық және электрлік (оптикалық) қасиеттері бар,оларға:

-разъемдер мен кабельдердің типтері

-разъемдегі байланыстың ажырауы

-0 мен1 мәндері үшін сигналдардың кодтау схемасы

Каналдық деңгей ортаға доступты тексереді және канал арқылы мәліметтің берілу процедурасын қадағалайды.Локальдық желіде каналдық деңгейдің протоколдары компьютерлермен, көпірлермен, коммутаторлармен және маршрутизаторлармен қолданылады.Компьютерлерде каналдық деңгейдің функциялары желілік адаптерлер мен олардың драйверлерінің күштерімен бірлесіп жұмыс істейді.

Желіде байланыс құру үшін келесі түсініктер қолданылады:

-байланыс кабельдері

-байланыс линиялары

-байланыс каналдары

Байланыс кабелі-бұл электротехникалық өндіріс фирмаларының ұзын өлшемді өнімі.Байланыс кабельдері және басқа элементтер (монтаж, крепеж, кожухи және т.б.) байланыс линияларын құрайды.Ғимараттың ішіне линия жүргізу өте жауапты іс.Линияның ұзындығы ондаған метрлерден он мыңдаған километрлерге дейін созылады.Кабельдерден қарағанда күрделілігі аздау басқа байланыс линияларының түріне мыналар жатады:траншеялар, құдықтар, муфталар, өзендер, көлдер, мұхиттар арқылы өткізу және линияны найзағайдан қорғау (қорғанудың басқа түрлерімен бірдей).Линияларды қорғау, эксплуатация, байланыс линияларын жөндеу жұмыстары өте қиын;байланыс линияларын өте жоғарғы қысым астында ұстау, профилактика (қарда, жаңбырда, желде, құдықтар мен траншеяларда, өзенде және теңіз түбінде).Линияны жүргізуге келісім алу кезінде, әсіресе қалада заңды сұрақтар қиындық туғызады.Байланыс линиясының кабельдерден айырмашылығы қандай?Кабельді байланыс линиясы деп атау-әлі дайын емес асфальтты жол деп атағанмен бірдей.Айырмашылығы шамамен осындай.Құрылып қойған линиялар арқылы ғана байланыс каналдары жүргізіледі.Линияны құрғаннан кейін бірден жұмысқа беріле беретін болса, ал байланыс каналдары біртіндеп ендіріледі.Линия арқылы да байланыс беруге болады, бірақ мұндай қымбат құрылғымен жұмыс істеу өте тиімсіз.Сондықтан да каналқұру аппаратурасы қолданылады (немесе ертеректе оны линияны қатайту деп атаған).Екі сымнан тұратын электрлік байланыс бойынша тек бір абоненттік жұпқа ғана емес (немесе компьютерге), жүздеген немесе мыңдаған жұптарды байланыспен қамтамасыз етеді:қала аралық кабельде тек бір коаксальдық жұпта 0,3-3,4 КГц тондық жиіліктегі 10800 канал құрылуы мүмкін.Немесе өтімділігі 64 Кбит/с болатын тура осындай цифрлық каналдар құрылады.

Кабельдік байланыс бар болса, байланыс линиялары пайда болады, ал линиялар арқылы байланыс каналдары құрылады.Байланыс линиялары мен байланыс каналдары байланыс түйінінде біріктіріледі.Линиялар, каналдар және түйіндер байланыстың бірінші желісін құрайды

1. Байланыс жолдардың үлгілері және аспабы.

2. Компьютерлік желілерге ақпаратты тарату принципі.

3. Мәліметтерді тасымалдаудың физикалық ортасы.