لایه فیـــــــــــــــــزیکی
Physical Layer
تعریف:
سخت افزاری ترین لایه شبکه است.
مباحث مربوط به انتقال بیتهای خام را در بر می گیرد.
چگونگی انتقال داده:
بیت، سیگنالی است که از طریق خط ارتباطی منتقل می شود.
سیگنال ممکن است به صورت تغییر ولتاژ و یا فرکانس باشد.
مثال نمایش کد A (توسط اختلاف ولتاژ):
01100010
تعریف
:Baud Rate:
تعداد نمونه (نماد) هایی که در هر ثانیه ساخته می شوند.
با هر Baud یک نماد ارسال می شود.
یک نماد می تواند نشان دهنده چند بیت باشد.
Bit Rate:
حداکثر تعداد بیتهای انتقالی از خط ارتباطی در واحد زمان
Bit Rate=Lg N2 * BaudRate
* N تعداد انواع نمادهای ممکن
تعریف…
مثال 1:
اگر N=2 باشد (2 نوع نماد مختلف وجود داشته باشد)، آنگاه:
هر سطح سیگنال (هر نماد) بیانگر 1 بیت است (0 یا 1).
اگر Baud Rate برابر 2 باشد، داریم:
Bit Rate=1*2=2 bps
مثال 2:
اگر N=4 باشد، آنگاه:
هر سطح سیگنال (هر نماد) بیانگر 2 بیت است.
اگر Baud Rate=2 باشد. در نتیجه:
Bit Rate=2*2=4 bps
رسانه های انتقال:
هدایت شده:
سیم مسی
فیبر نوری
هدایت نشده:
امواج رادیویی
رسانه های هدایت شده:
رسانه های مغناطیسی
کابل جفت تابیده
کابل هم محور
فیبر نوری
فیبر نوری(Fiber Optic)
از پالسهای نوری برای انتقال بیتها استفاده می شود.
این سیستم سه مولفه زیر را داراست:
فیبر نوری
فیبر نوری…
فرستنده بیتهای 0و1 را به وجود یا عدم وجود نور تبدیل می کند.
فتو دیود، نور را به ولتاژ تبدیل می کند.
فیبر از یک هسته شیشه ای تشکیل شده که در دور آن یک لایه شیشه ای دیگر نیز وجود دارد.
قطر هسته 50 تا 100 میکرون است.
پهنای باند اسمی فیبر 50000 Gbps است.
فتو دیودها یکی از عوامل محدود کردن پهنای باند هستند.
پهنای باند واقعی فیبر در حدود 1Gbps است.
کاربردهای فیبر نوری:
در انواع شبکه ها، از جمله شبکه های محلی کاربرد دارد.
بیشتر به عنوان Backbone زیر شبکه (در شبکه های WAN) کاربرد دارد.
در شبکه های پرسرعت مانند ATM یک نیاز اصلی است.
پروژه بین المللی شانگهای- پاریس(عبور آن از ایران).
انتقال داده ها از طریق موج(Wireless)
امواج الکترومغناطیس با سرعت 108*3 در خلا پخش می شود.
طیف این امواج از 104تا 1024 را در بر دارد.
قسمتهای مختلف این موج که به صورت زیر است، کاربردهای متفاوتی دارد:
106
108
1010
1014
1016
1018
1022
1024
f=
انتقال داده ها از طریق موج(Wireless)…
با افزایش فرکانس، انتشار مشکلتر می شود.
فرکانسهای خیلی بالا برای انسان مضرند.
امواج ”مایکروویو“ مناسب ترین برای انتقال داده هستند.
انتشار امواج مایکروویو ممکن است از طریق ماهواره یا آنتن باشد.
در انتشار داده با موج، ماهواره مانند ”تکرارگر“ عمل می کند.
برای پوشش منطقه خاص، ماهواره در فاصله ای نسبت به زمین تنظیم می شود که زمان چرخش آن 24 ساعت باشد.
در روش دیگر چندین ماهواره در ارتفاع کمتر قرار گرفته و با هم تشکیل شبکه می دهند (ماهواره مدار کوتاه).
انتقال داده ها از طریق موج
انتقال داده از طریق شبکه تلفن(PSTN)
روشی کاملاً به صرفه است.
پهنای باند پایین و ضریب خطا بالاست(تضعیف، اختلال و تاخیر انتشارهای متفاوت).
نحوه کار شبکه مخابرات(Public Switch Telephone Network)؟
اجزا شبکه مخابرات:
مراکز راهگزینی (Switching)
اتصال مشترکین به مرکز راهگزینی (آنالوگ یا دیجیتال)
خطوط بین مراکز راهگزینی (دیجیتال)
انواع روشهای انتقال…
انتقال آنالوگ
صوت (یا هر کمیتی) تبدیل به سیگنال الکتریکی پیوسته متناظر می شود.
انتقال دیجیتال
انواع اطلاعات به صورت 0و1 در می آید و با استفاده از دو سطح سیگنال متفاوت منتقل می شوند.
مزیتهای روش دیجیتال بر آنالوگ:
تقویت سیگنال راحت تر است.
امکان تعریف کمیتهای مختلف (صوت، تصویر، داده و…) به صورت بیتی.
امکان خطایابی راحت تر است.
مودم(MOdulator/DEModulator)
در طرف فرستنده، اطلاعات دیجیتال کامپیوتر را تبدیل به آنالوگ می کند(تلفیق)(Modulation).
تلفیق به روشهای زیر ممکن است انجام شود:
به صورت تغییر دامنه
به صورت تغییر فرکانس
به صورت تغییر فاز
به صورت ترکیبی
در طرف گیرنده، اطلاعات آنالوگ را به دیجیتال تبدیل می کند(Demodulation).
مودمها دارای روالهایی برای ”فشرده سازی“ و ”کنترل خطا“ نیز هستند.
روشهای تلفیق:
انواع مودم:
داخلی(Internal):
بر روی اسلات PCI نصب می شود.
خارجی(External):
به پورت سریال RS232 متصل می شود.
سرعت آن از مدل داخلی بیشتر است (پردازنده داخلی دارد).
نحوه برقراری ارتباط توسط مودم:
خط ارتباط تلفن عادی
خط تلفن استیجاری(Leased Line)
حداکثر تعداد نمونه های مستقل در ثانیه 8000 است
هر نماد هم بیانگر 8 بیت است، که یکی بیت توازن است.
بنابراین پهنای باند 56000bps است (استاندارد V90).
ADSL ( Async Digital Subscriber Line):
استفاده از خط تلفن برای ارتباط
استفاده از راهگزین (Switch) های خاص (بدون فیلتر) در مرکز سوئیچینگ(DSLAM).
فرکانس قابل ارسال روی خط تلفن 1.1 MHZ است.
این فرکانس به 256 فرکانس 4 KHZ شکسته می شود.
1 کانال صوت، 5 کانال خالی و 250 کانال داده (32 کانال ارسال و 218 کانال دریافت).
به سبب یکسان نبودن نرخ ارسال و دریافت ADSL نام دارد.
سبب مشغول بودن خط تلفن نمی گردد.
به مودمهای خاصی برای ارتباط نیاز است.
ADSL ( Async Digital Subscriber Line):
تسهیم (Multiplexing)
استفاده چند فرستنده متفاوت از یک خط مشترک را گویند.
تسهیم به دو روش زیر معمول است:
تسهیم فرکانسی(FDM)(Frequency Division Multiplexing)
هر فرستنده بر روی فرکانس خاصی داده هایش را ارسال می کند.
هر فرستنده در تمام زمانها به قسمتی از پهنای باند دسترسی دارد.
در انتقال ”آنالوگ“ مناسب است.
تسهیم زمانی(TDM)(Time Division Multiplexing)
فرستنده ها به صورت نوبتی از خط استفاده می کنند(نوبت گردشی).
در انتقال داده های دیجیتال کاربرد دارد.
راهگزینی(Switching):
فرایند برقراری مسیر مناسب برای مبادله داده را گویند.
راهگزینی مداری(Circuit Switching) :
در ارتباط تلفنی استفاده می شود.
یک ارتباط بین مبدا و مقصد برقرار و تا پایان باقی می ماند.
راهگزینی پیغامی(Message Switching):
پیغام فرستنده توسط سوئیچهای بین راهی به مقصد می رسد.
هر سوییچ پیغام را دریافت، محتوای آن را به لحاظ خطا و گیرنده بررسی می کند و سپس آنرا ارسال می کند.
به این روش عملکرد Store & Foreward گفته می شود.
Circuit Switching
راهگزینی(Switching)…
راهگزینی بسته ای :
پیغام به تعدادی بسته های مساوی تقسیم می شود
هر بسته(Packet) به طور مجزا بین راهگزینی می شود.
مزیتهای روش بسته ای به پیغامی:
قابل پیش بینی بودن فضای حافظه در سوئیچهای بین راهی.
یک پیغام بزرگ ممکن است برای زمان زیادی خط را اشغال کند.
امکان استفاده از Pipelining در روش بسته ای.
کنترل خطا بر روی بسته ها راحت تر صورت می گیرد.
مقایسه راهگزینی بسته ای و مداری:
تکنولوژیهای جدید:
ISDN (Integrated Service Digital Network)
B-ISDN
ATM (Asynchronous Transfer Mode)
ATM
حداقل پهنای باند آن 155 Mbpsاست.
اطلاعات در قالب بسته هایی با طول ثابت (53) بایت هستند.
به هر بسته یک سلول گفته می شود.
این شبکه ها احتیاج به فیبر نوری و سوئیچهای خاصی دارد.
این تکنولوژی می تواند برای ایجاد هر نوع شبکه ای بکار رود.
فعلا در Back bone شبکه های WAN و اینترنت کاربرد دارد.
سایر ابزارهای لایه فیزیکی:
تکرارگر(Repeater)
تکرارگر نوری
تکرار گر الکتریکی
تکرار گر چند پرتی
هاب
فعال
غیر فعال