Организация сетевого доступа. Тема 3

Роль канального уровня состоит в подготовке данных для передачи и контроле над доступом данных к физической среде.
Физический уровень контролирует передачу данных в физическую среду, кодируя двоичные представления данных в сигналы.
На принимающей стороне физический уровень принимает сигналы из среды передачи данных. После декодирования сигнала в данные физический уровень передаёт их канальному уровню для обработки.

Физический уровень создаёт представление и группы битов для каждого типа среды, к которым относятся следующие:
Медный кабель: сигналы представляют собой шаблоны электрических импульсов.
Оптоволоконный кабель: сигналы представляют собой световые шаблоны.
Беспроводная сеть: сигналы представляют собой шаблоны микроволновой передачи.

Стандарты физического уровня направлены на три функциональные области:
Физические компоненты. Это электронные аппаратные устройства, средства передачи данных, а также другие блоки соединения, которые передают и переносят сигналы для представления битов.
Кодирование. Кодирование или кодирование канала — это способ преобразования потока бит в предопределённый «код».
Передача сигнала. Физический уровень должен создавать электрические, оптические и беспроводные сигналы, которые представляют в среде «1» и «0».

Сигналы передаются одним из двух способов.
Асинхронный: сигналы передаются без соответствующего тактового сигнала. Временные промежутки между символами или группами данных могут быть произвольными
Синхронный: сигналы данных посылаются в соответствии с тактовым сигналом, который отмеряет равные промежутки времени, которые называются временем передачи бита.

Модуляция — это процесс, при котором характеристика одной волны (сигнал) изменяет другую волну (модулируемый сигнал).
Частотная модуляция (ЧМ): способ передачи, при котором несущая частота зависит от сигнала.

Амплитудная модуляция (AM): способ передачи, при котором несущая амплитуда зависит от сигнала.
Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ): способ передачи, при котором аналоговый сигнал преобразуется в цифровой сигнал путём дискретизации амплитуды сигнала и выражением амплитуд в двоичной системе.

Пропускная способность (bandwidth) — это способность среды передавать данные.
Цифровая пропускная способность определяет объём данных, передаваемый из одного пункта в другой за определённое время.
Обычно пропускная способность измеряется в килобитах в секунду (Кбит/с) или мегабитах в секунду (Мбит/с).

Производительность (throughput) — это измерение скорости передачи битов по среде за указанный промежуток времени.
На производительность (throughput) влияет ряд факторов, в том числе:
объём трафика;
тип трафика;
время ожидания, вызванное конфликтом нескольких сетевых устройств между источником и назначением.
Время ожидания (Latency) — это общее время, которое включает задержки (delays) для перемещения данных от одной точки к другой.

Типы интерфейсов и портов

Медные кабели не требуют больших затрат, удобны в установке и обладают низким сопротивлением электрическому току.
Однако медные кабели ограничены расстоянием и помехами сигнала.
Значения расчёта времени и напряжения электрических импульсов зависят от двух аспектов:
Электромагнитные помехи (ЭМП) или радиочастотные помехи (РЧП) — сигналы ЭМП и РЧП могут искажать и повреждать сигналы данных, передаваемые по медному кабелю.
Перекрёстные помехи — это помехи, вызванные электрическими или магнитными полями сигнала на одном кабеле по отношению к сигналу в смежном кабеле.

В сетевых технологиях существуют три основных типа медных кабелей:
неэкранированная витая пара (UTP);
экранированная витая пара (STP);
коаксиальный кабель.
Кабель UTP состоит из четырёх пар проводов с цветной маркировкой. Эти провода перекручены между собой и защищены от небольших физических повреждений гибкой пластиковой оболочкой.
В кабеле STP, используются четыре пары проводов, каждая из которых обёрнута экраном из фольги, а затем металлической оплёткой или фольгой.

В различных ситуациях кабели типа UTP должны быть подключены в соответствии с различными правилами. Это означает, что отдельные провода кабеля должны быть подключены в разном порядке к различным наборам контактов в разъёмах RJ-45.
Прямой кабель Ethernet: как правило, используется для подключения узла к коммутатору и коммутатора к маршрутизатору.
Перекрёстный кабель Ethernet: используется для соединения аналогичных устройств друг к другу, например, для подключения коммутатора к коммутатору, узла к узлу или маршрутизатора к маршрутизатору.
Инверсный кабель: используется для подключения к маршрутизатору или порту консоли коммутатора.

После установки кабеля UTP необходимо использовать устройство для проверки следующих параметров:
схема проводки
длина кабеля
потеря сигнала вследствие ослабления
перекрёстные помехи

Оптическое волокно — это гибкий, но очень тонкий и прозрачный кабель из чистого стекла (кварца) толщиной в человеческий волос. В оптоволоконном кабеле биты кодируются в виде световых импульсов.
К компонентам оптоволокна относятся:
Сердечник — состоит из прозрачного стекла и является частью волокна, по которому проходит свет.
Оболочка оптического волокна — стекло, которое окружает сердцевину и выступает в качестве зеркала.
Внешняя оболочка — как правило, выполнена из поливинилхлорида (PVC), который защищает сердцевину и оболочку кабеля.

Оптоволоконные кабели можно классифицировать по двум типам:
Одномодовый оптоволоконный кабель (ООК): состоит из сердечника небольшого диаметра и для передачи луча света использует дорогостоящую лазерную технологию.
Многомодовый оптоволоконный кабель (МОК): состоит из сердцевины большего диаметра и для передачи световых импульсов использует светодиоды.

С помощью СВЧ беспроводные среды передачи данных переносят электромагнитные сигналы, которые представляют биты передаваемой информации.
Беспроводная среда передачи данных характеризуется наибольшей мобильностью.
Однако беспроводная сеть имеет некоторые проблемные области, к которым относятся следующие:
Зона покрытия.
Помехи.
Безопасность.

Стандарт IEEE 802.11: технология беспроводных локальных сетей (WLAN), которая чаще всего называется Wi-Fi
Стандарт IEEE 802.15: стандарт беспроводной персональной сети, более известный, как Bluetooth; для передачи данных на расстояниях от 1 до 100 метров требует близкого расположения двух устройств.
Стандарт IEEE 802.16: более известен как протокол широкополосной радиосвязи (WiMAX); использует топологию «точка-точка» для обеспечения беспроводного широкополосного доступа.

Канальный уровень обеспечивает два базовых сервиса (или две базовых функции):
принимает пакеты уровня 3 и объединяет их в блоки данных, которые называются кадрами;
контролирует управление доступом к среде и выполняет обнаружение ошибок.

Канальный уровень делится на следующие два подуровня.
Управление логическим каналом (LLC): это верхний подуровень, который определяет программные процессы, предоставляющие службы протоколам сетевого уровня.
Управление доступом к среде передачи данных MAC: это нижний подуровень, который определяет ключевые процессы доступа к среде передачи, выполняемые аппаратным обеспечением.

Интерфейсы маршрутизатора инкапсулируют пакет в соответствующий кадр.
На каждом переходе по пути маршрутизатор:
принимает кадр от передающей среды;
деинкапсулирует кадр;
повторно инкапсулирует пакет в новый кадр;
передаёт новый кадр, который соответствует среде данного сегмента физической сети.