TRANSMISIA SEMNALELOR IN RETEA

Transmisia semnalelor IN RETEA

Datele sunt transmise de-a lungul mediului de transmisie prin semnale, pentru aceasta comunicare fiind utilizata energia electrica. Datele - biti sau bytes - trebuie reprezentate in asa fel incat emitatorul sa le grupeze intr-un mesaj care sa fie corect interpretat la repetitie. Aceasta reprezentare a datelor poarta numele de codificare sau modulare. Semnalul original este transformat astfel incat sa poata reprezenta corect aceste date.

Informatia ce trebuie comunicata poate fi transmisa sub doua forme: semnal analogic sau semnal digital. O caracteristica a semnalului analogic este aceea ca se schimba continuu.

Pe de alta parte, datele reprezentate in format digital se prezinta sub forma unor stari discrete: On sau Off, 1 sau 0, etc.

De retinut ca semnalul analogic variaza continuu trecand prin toate valorile dintr-un interval ale carei limite sunt valoarea maxima si valoarea minima a semnalului transmis. El are forma unei unde electromagnetice. Spre deosebire de semnalul analogic, semnalul digital reprezinta stari discrete, iar trecerea de la o stare la alta se face aproape instantaneu.

Deoarece toate calculatoarele sunt digitale, marea majoritate a retelelor de calculatoare utilizeaza semnale digitale pentru transferul informatiilor. Exista mai multe metode de codificare a datelor intr-un semnal. Aceste metode poarta numele de scheme de codificare. Ele pot fi grupate in doua mari categorii pe baza modului de recunoastere a datelor la receptie: recunoasterea unei stari este facuta pe baza atingerii unui nivel de tensiune sau pe baza unei tranzitii de la un nivel de tensiune la altul. Astfel, exista:

codificare pe baza starii curente;

codificare pe baza tranzitiei intre stari.

Semnalul analogic este constituit din unde electromagnetice. Comportamentul unei unde de semnal analogic este ciclic. Trei elemente caracteristice sunt utilizate pentru a descrie o unda electromagnetica: amplitudinea, frecventa si faza.

1. Tipuri si medii de transmisie utilizate in retelele de calculatoare

Spectrul undelor electromagnetice furnizeaza o varietate larga de moduri prin care semnalele sa fie transmise de la un calculator la altul prin intermediul mediului de transmisie. Acest spectru al undelor electromagnetice ocupa o gama foarte larga care merge de la curenti electrici pana la undele gama si cele infrarosii.

Mediul de transmisie este impartit in doua categorii:

Cablurile care au un conductor central inchis intr-un invelis de plastic. Acest tip de mediu de transmisie este in general utilizat pentru retelele locale de mica dimensiune. Cablurile transmit in mod normal semnalele aflate in zona inferioara a spectrului undelor electromagnetice, cum sunt semnalele electrice sau undele radio.

Mediul de transmisie fara fir utilizeaza frecvente inalte ale spectrului undelor electromagnetice cum sunt undele radio de inalta frecventa, microundele si undele infrarosii. Mediile de transmisie fara fir sunt necesare in cazul retelelor ce cuprind calculatoarele mobile sau in cazul retelelor care transmit semnale unor terminale aflate la mare distanta.

Retelele care acopera o arie mare combina in general cablurile cu medii de transmisie fara fir pentru a conecta toate calculatoarele si echipamentele din retea. Fiecare dintre mediile de transmisie prezentate anterior are elemente caracteristice care il fac sa fie cel mai potrivit in anumite conditii. Pentru a alege cea mai buna solutie pentru reteaua dumneavoastra, trebuie sa stiti caracteristicile fiecarui tip de mediu corelate cu urmatorii factori:

costul;

modul de instalare;

capacitatea de transmisie;

atenuarea;

gradul de imunitate la interferentele electromagnetice (EMI).

Costul fiecarui tip de mediu de transmisie trebuie sa fie in concodranta cu performantele sale si cu resursele pe care le ofera.

Fiecare noua instalare a unei retele este diferita si de fiecare data trebuie gasita solutia cea mai ieftina, dar si fiabila in acelasi timp. Criteriul fundamental il reprezinta necesitatile utilizatorilor.

Dificultatea instalarii depinde in primul rand de situatiile particulare, dar pot fi realizate cateva comparatii generale intre modurile de instalare ale diferitelor medii de transmisie. Unele dintre aceste medii de transmisie pot fi instalate foarte usor cu ajutorul unor instrumente simple si al unor cunostinte minime, in timp ce altele necesita mai multe cunostinte de specialitate sau e chiar mai bine ca instalarea sa fie facuta de persoane de specialitate.

Pentru a conecta doua cabluri de fibra optica, este necesara efectuarea unei operatiuni de fuziune electrica sau de depunere chimica. Acest gen de operatii nu poate fi realizat decat de persoane de specialitate.

Capacitatea de transmisie a unui anumit tip de mediu este exprimata in general prin largimea de banda. In lumea comunicatiilor, capacitatea sau largimea de banda este masurata in megabiti pe secunda (Mbps). De exemplu o retea Ethernet are o banda de 10 Mbps sau 100 Mbps. Un mediu de transmisie de mare capacitate are o banda larga, iar un mediu de transmisie de capacitate mica are o banda ingusta.

De asemenea, un alt aspect de o importanta covarsitoare intr-o retea de calculatoare este numarul de terminale care se pot conecta usor. Fiecare tip de retea permite un numar maxim de terminale ce pot fi conectate fara bridge-uri, routere sau hub-uri.

Semnalele electromagnetice isi pierd din puterea initiala cu care au fost transmise prin mediul o data cu cresterea distantei fata de sursa care le-a emis. Acest fenomen poarta numele de atenuare. De-a lungul mediului de transmisie, o parte din energia semnalelor este absorbita de mediu. Din aceasta cauza exista limitari ale distantei pe care un semnal o poate parcurge fara a depasi un anumit nivel de degradare. Cu cat semnalul este receptionat la o mai mare distanta fata de sursa, cu atat posibilitatea de a fi decodificat corect este mai mica din cauza atenuarii si a interferentelor.

Interferentele electromagnetice afecteaza semnalele transmise de-a lungul mediului de transmisie. Aceste interferente electromagnetice sunt cauzate de unde electromagnetice externe care afecteaza semnalul util si care fac si mai dificila decodificarea la receptie. Unele medii de transmisie sunt mai afectate de interferentele electromagnetice decat altele.

2. Cablurile utilizate ca medii de transmisie

Cablurile sunt constituite dintr-un conductor central, format din fire sau fibra optica, imbracat intr-un invelis izolator de plastic. Cele trei tipuri de cabluri sunt cablu bifilar, torsadat si fibra optica.

Cablurile bifilare torsadate au una sau mai multe perechi de fire de cupru pentru transmisia semnalelor electrice. Este cel mai utilizat cablu in telecomunicatii.

Cand firele de cupru care trebuie sa conduca semnalele electrice sunt atat de apropiate, exista tendinta ca semnalele transmise prin cele doua fire sa interfereze. Interferenta produsa de un fir asupra celuilalt se numeste "comunicare incrucisata". Pentru a scadea amplitudinea acestui fenomen negativ, precum si interferentelor externe, firele sunt rasucite. Rasucirea acestor fire permite semnalelor emise pe un fir sa nu fie influentate de cele emise pe celalalt si, in plus, sa fie mai bine protejate fata de interferentele externe. O pereche de fire este bicolora, fiecare fir de alta culoare fiind rasucit in jurul celuilalt. Un cablu bifilar torsadat este format din una sau mai multe perechi de fire, aflate intr-un invelis izolator comun.

Exista doua tipuri de cablu bifilar torsadat:

cablu bifilar torsadat neprotejat (UTP);

cablu bifilar torsadat protejat (STP).

Cablul UTP are urmatoarele caracteristici:

Costul. Cu exceptia cablurilor din categoria 5, care trebuie instalate profesional, costul instalarii unui cablu bifilar neprotejat este foarte mic in comparatie cu costurile celorlalte tipuri de cabluri.

Instalarea. Cablul bifilar neprotejat este usor de instalat.

Capacitatea benzii. Cu ajutorul tehnologiei moderne se pot transmite date cu viteze de pana la 1 Gbps.

Numarul maxim de noduri. Deoarece la un cablu nu pot fi conectate decat doua calculatoare, numarul maxim de noduri nu este limitat de cablu.

Atenuarea. Transmisiile prin fire de cupru au tendinta sa fie atenuate foarte repede. Din aceasta cauza, cablurile UTP nu sunt mai lungi de 100 de metri.

Interferentele. Cablurile UTP sunt foarte expuse la interferente electromagnetice.

Cablul STP are urmatoarele caracteristici:

Costul. Cablul este relativ scump.

Instalarea. Necesita conectori speciali, ceea ce face instalarea mai scumpa decat cea a cablului UTP.

Capacitatea benzii. Este protejat la interferente si permite largimi de banda mai mari decat UTP.

Numarul maxim de noduri. Deoarece la un cablu nu pot fi conectate decat doua calculatoare, numarul maxim de noduri nu este limitat de cablu.

Atenuarea. Transmisiile prin fire de cupru au tendinta sa fie atenuate foarte repede. Din aceasta cauza, cablurile UTP nu sunt mai lungi de 100 de metri.

Interferentele. Invelisul protector al cablului bifilar protejat blocheaza aceste interferente, dar nici acest tip de cablu nu este total protejat.

Cablul coaxial, numit uzual coax, are doua fire pe aceeasi axa. In centrul cablului se afla un fir gros de cupru, izolat de un invelis de plastic. Acest strat este invelit cu cel de-al doilea conductor, rasucit, ca un tub. Acest al doilea conductor are rolul de a proteja cablul impotriva interferentelor electromagnetice. El este asociat de multe ori cu stratul protector. Deasupra celui de-al doilea conductor se afla un invelis de plastic, care are rolul de a proteja cablul de umezeala sau de razele soarelui.

Cablurile coaxiale pot avea diferite dimensiuni. Ele sunt clasificate in functie de dimensiuni (RG) si de rezistenta la curent continuu sau alternativ (masurata in ohmi si numita impedanta).

Cablul coaxial are urmatoarele caracteristici:

Costul. Destul de mic.

Instalarea. Relativ simpla.

Capacitatea benzii. Viteza tipica este de 10 Mbps.

Numarul maxim de noduri. Numarul maxim de noduri pe un cablu subtire este de 30, iar pe un cablu gros este de 100.

Atenuarea. Deoarece cablul interior este de cupru, semnalul este atenuat, dar mult mai putin decat la cablul bifilar.

Interferentele. Este vulnerabil la interferente deoarece cablul interior este din cupru.

Fibra optica. Prin cablul de fibra optica sunt transmise semnale optice in loc de semnale electrice. Acest mediu de transmisie este mult mai eficient fata de oricare altele.

Fiecare fibra are un miez de sticla sau de plastic care conduce undele luminoase. Acest miez de sticla este inconjurat de inca unul, care reflecta inapoi in miez undele difuzate spre exterior. Fiecare astfel de fibra este introdusa intr-un invelis protector de plastic. Acest invelis poate fi strans sau larg.

In varianta cu invelisul strans, plasticul protector care inconjoara fibrele include uneori si fire de protectie care au rolul de a preveni ruperea fibrelor. Varianta cu invelis larg prezinta un spatiu intre el si invelisul exterior, spatiu umplut cu un gel special sau cu alt material. Invelisul in sine are rolul de protectie la rupere sau la frig, iar gelul impreuna cu invelisul exterior au rolul de a furniza o protectie suplimentara a fibrelor.

Un cablu poate sa contina o singura fibra, dar cel mai des in centrul cablului sunt stranse mai multe fibre intr-un singur manunchi. O fibra optica este mult mai ingusta si mai usoara fata de firul de cupru deoarece are diametrul aproximativ egal cu cel al firului de par uman.

Fibrele optice pot fi monomod sau multimod. Fibrele monomod permit unui singur flux de lumina sa parcurga fibra si necesita pentru transmisie semnale laser. Acest tip de fibra permite o capacitate de banda mai mare decat cea a fibrei multimod, dar este si mult mai scumpa. Fibrele optice multimod permit mai multe cai de transmisie simultane.

Caracteristicile fibrei optice sunt:

Pretul. Fibra optica este mai scumpa decat cablurile de cupru, dar costurile scad pe zi ce trece.

Instalarea. Este mult mai dificila decat instalarea cablurilor din cupru. Fiecare conexiune a fibrei si fiecare conector trebuie realizate cu mare atentie pentru a se evita obstructia undei luminoase. De asemenea, fibra optica nu poate fi rasucita sub un unghi foarte mare, ceea ce presupune alte complicatii in procesul de instalare.

Capacitatea de banda. Deoarece undele luminoase se transmit cu o frecventa mult mai mare decat semnalele electrice, cablurile de fibra optica au o capacitate de banda mult mai mare decat alte cabluri.

Numarul maxim de noduri. Deoarece la un cablu de fibra optica pot fi conectate doar doua calculatoare, inseamna ca numarul maxim de noduri nu depinde de cablu, ci de hub-urile care conecteaza toate aceste cabluri la un loc.

Atenuarea. Cablurile de fibra optica au atenuare mult mai mica fata de firele de cupru.

Interferente electromagnetice. Cablul nu poate fi afectat de interferente electromagnetice. In plus nu exista dispersii in exterior ale semnalului, ceea ce are ca efect si faptul ca accesul neautorizat in retea (prin cablu) este imposibil.

3. Medii de transmisie fara fir

Mediile de transmisie fara fir nu utilizeaza nici conductori electrici, nici conductori optici. In cele mai multe situatii, mediul de transmisie este atmosfera Pamantului. Acest tip de mediu de transmisie este utilizat in special in cazurile in care instalarea cablurilor sau a fibrei optice este extrem de dificila. Exista trei tipuri principale de medii de transmisie fara fir: undele radio, microundele si transmisiile in infrarosu.

Undele radio au frecvente de transmisie de la 10 kHz pana la 1 GHz. Spectrul de frecvente care acopera aceste frecvente se numeste spectru de radiofracventa (RF).

Mare parte a spectrului de radiofrecventa este standardizat si, pentru a putea emite este necesara o autorizatie de la ministerul de resort. Procesul de obtinere a unei licente poate sa dureze insa foarte mult timp, costa foarte mult si nu permite utilizarea frecventelor aprobate intr-o alta arie decat cea declarata in licenta.

Avantajul utilizarii unei frecvente nestandardizate consta in faptul ca nu este supusa la atatea costuri, ci doar la cateva constrangeri. Una din principalele constrangeri este aceea ca puterea de emisie a echipamentului utilizat nu trebuie sa depaseasca 1 Watt.

Puterea de emisie a semnalului de radiofrecventa este determinata de antena si de transceiver (transceiver = echipament care transmite si receptioneaza semnale). In functie de tipul de antena si de tipul de transceiver, exista diferite combinatii ale caror caracteristici sunt utile pentru cazuri particulare de retele de calculatoare. Pentru aplicatiile retelelor de calculatoare, undele radio se impart in trei categorii:

unde radio emise cu putere mica si pe o singura frecventa;

unde radio emise cu putere mare si pe o singura frecventa;

unde radio emise cu spectru imprastiat (emisie simultana pe mai multe frecvente).

Undele radio emise cu putere mica pe o singura frecventa au raza de actiune limitata la 20-30 de metri. Chiar daca undele radio de frecventa mica pot penetra anumite materiale, se recomanda a fi utilizate in spatii deschise, pentru scurte distante.

Undele radio emise cu putere mare si pe o singura frecventa sunt similare cu cele anterioare, dar pot acoperi distante mai mari. Acest tip de transmisiuni este indicat a fi utilizat in zone geografice fara obstacole si de suprafata mare.

Undele radio cu spectru imprastiat utilizeaza aceleasi frecvente ca si celelalte tipuri de transmisie radio, dar in loc sa utilizeze o singura frecventa la un moment dat, ele utilizeaza mai multe frecvente simultan. Pentru a putea emite simultan pe mai multe frecvente, se utilizeaza doua scheme de modulatie a semnalului: modularea directa a secventei sau salturile de frecventa.

Sistemele de transmisie prin microunde utilizeaza frecvente joase din domeniul gigahertzilor. Aceste frecvente, mai mari decat frecventele radio, produc viteze de transmisie a datelor mai mari si au performante mai bune decat frecventele radio. Exista doua tipuri de sisteme de comunicatii prin microunde: sisteme terestre si sisteme prin satelit.

Sistemele terestre de microunde utilizeaza de obicei antene parabolice directive pentru transmiterea si receptia semnalelor de frecvente joase din domeniul gigahertzilor. Semnalele sunt foarte concentrate, iar calea fizica intre receptor si transmitator trebuie sa fie in linie dreapta. Sunt utilizate puncte releu pentru a extinde fluxul de microunde. Aceste sisteme terestre de microunde sunt utilizate in special atunci cand cablarea unei retele presupune costuri foarte mari.

Sistemele de transmisie prin satelit transmit semnalele intre antenele parabolice directive. La fel ca in cazul sistemelor terestre de microunde, ele utilizeaza frecvente joase din banda de gigahertzi si antenele trebuie sa fie in linie dreapta una cu cealalta. Singura diferenta este faptul ca sistemele de microunde prin satelit au antenele instalate pe satelitii geostationari, aflati la distanta de 50.000 km de Pamant. Din aceasta cauza, sistemele de microunde prin sateliti pot asigura comunicatii cu terminalele mobile aflate si in cele mai inaccesibile zone de pe Pamant.

Sisteme de transmisie in infrarosu

Mediile de transmisie in infrarosu utilizeaza razele infrarosii pentru transmiterea informatiilor. LED-urile sau ILD-urile transmit semnale, iar fotodiodele le receptioneaza. Transmisiunile in infrarosu utilizeaza domeniul terahertzilor din spectrul electromagnetic. Telecomenzile utilizate in mod curent la televizor, videocasetofoane sau CD-uri, folosesc aceasta tehnologie pentru transmiterea si receptionarea semnalelor.

Deoarece semnalele in infrarosu se afla intr-un domeniu de frecvente atat de inalte ele au viteze de transmisie foarte mari. Dezavantajul consta in faptul ca semnalele in infrarosu nu pot trece de ziduri sau alte obiecte aflate in calea lor si sunt puternic atenuate de lumina intensa.

Mediile de transmisie in infrarosu utilizeaza lumina pura care, in mod normal, contine doar unde electromagnetice sau fotoni dintr-o banda foarte ingusta a spectrului electromagnetic. Razele infrarosii pot fi emise in linie dreapta punct-la-punct sau omnidirectional, permitand astfel reflectarea lor pe tavan si pereti. Transmisiile in linie dreapta punct la punct permit viteze de transfer mai mari, dar echipamentele nu pot fi mutate dintr-un loc in altul pentru a nu se afecta transmisia. Pe de alta parte, transmisia omnidirectionala permite o flexibilitate mult mai mare, dar vitezele de transfer sunt mai mici deoarece o parte din semnal este pierduta la fiecare reflexie.