Виды и способы передачи информации. Способы и средства передачи информации. Конспект по дисциплине телекоммуникации на тему "классификация систем передачи данных"
Введение
Сегодняшние реалии жизни требуют от человека быть в курсе всех последних событий, новостей финансового и политического мира, а также незамедлительно реагировать на любые изменения, происходящие в мире. Человек нуждается в постоянном обмене данными. Ярким примером такой зависимости от информационных каналов связи можно назвать трейдерство. Человек, играющий на бирже, должен владеть всеми сведениями, которые влияют на котировки акций. Больше того, ему нужен Интернет, чтобы вовремя внести изменения в свои фишки, иначе он не получит прибыль. Благодаря тому, что сейчас активно развиваются кабельные, спутниковые и мобильные линии связи, такой человек может иметь постоянно работающий канал, а нередко даже и резервный, на всякий случай. Этот пример доказывает актуальность темы исследования.
Целью работы является изучение возможностей, а также изучение достоинств и недостатков современных систем передачи данных.
Для достижения данной цели в работе решаются следующие задачи:
· классификация систем передачи данных;
· подробное рассмотрение всех видов систем передачи данных;
· краткое описание основных производителей современного оборудования систем передачи данных
Понятие системы передачи данных и их классификация
Система передачи данных - система, предназначенная для передачи информации как внутри различных систем инфраструктуры организации, так и между ними, а также с внешними системами. Определение систем передачи данных, на первый взгляд, очень просто и коротко. Но за этими словами скрывается огромное значение данной системы не просто для других технических систем, а для бизнес-процессов современной организации в целом. Система передачи данных является, прямо или косвенно, основной технической составляющей работоспособности практически любых средних и крупных организаций, а также многих малых компаний, использующих современные средства управления своим бизнесом.
Так сложилось исторически, что система передачи данных с каждым годом становится все более универсальной средой для передачи самой различной информации, как между конечными пользователями, так и между системными (служебными) устройствами. Чем больше универсальность, тем больше требований к этой системе.
Система передачи данных состоит из нескольких компонентов, определяемых в зависимости от решаемых задач. Их далеко не полный перечень:
· коммутаторы,
· маршрутизаторы,
· межсетевые экраны и мосты,
· мультиплексоры,
· различные конвертеры физической среды и интерфейсов передачи данных,
· точки беспроводного доступа,
· клиентское оборудование,
· программное обеспечение управления оборудованием.
Также практически все современные инженерные системы имеют в своем составе встроенные компоненты для организации передачи разнородных данных (служебный "горизонтальный" трафик между устройствами, данные управления между центром управления и устройствами, мультимедийный трафик), имеющих непосредственное отношение к системам передачи данных.
Крупнейшей сетью передачи данных является сеть Интернет. В настоящее время Интернет представляет собой всемирную сеть, состоящую из соединенных между собой компьютеров. Интернет позволяет любому пользователю, имеющему выход в сеть, получить доступ ко всем информационным ресурсам, хранящимся на сайтах (компьютерах-серверах) по всему миру. Сеть Интернет обеспечивает работу электронной почты, позволяющей передавать сообщения другим пользователям сети и принимать сообщения от них. Также Интернет дает возможность передавать файлы между компьютерами, а с помощью специальных программ (браузеров) искать и выводить на свой дисплей любую информацию, имеющуюся в сети Интернет. И это еще не полный список.
По мере увеличения разнообразия имеющейся в сети Интернет информации (совершен поразительный качественный скачок от простых текстовых файлов к сложной графике, анимации, передаче аудио и видеосигналов) растет потребность в организации именно высокоскоростного доступа, позволяющего получать все многообразие имеющейся в сети Интернет информации.
Сети передачи данных могут быть проводными, что означает соединение компьютеров с помощью кабелей, или беспроводными, в которых подключения выполняются посредством радиоволн, по воздуху.
Беспроводное соединение позволяет работать на компьютерах в любом месте дома без использования кабелей. Прокладка кабелей -- затратный процесс, при этом они выглядят не эстетично и могут быть опасны, если свободно лежат на полу.
Проводные системы передачи данных можно разделить на системы, использующие витую пару телефонных проводов, и системы, использующие оптико-волоконные кабели, - к этой категории также следует отнести системы, в которых вместе с оптико-волоконными кабелями используются также и коаксиальные кабели.
Классификация систем передачи данных изображена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Классификация систем передачи данных
Рассмотрим все эти категории более подробно, причем начнем в обратном порядке - от пока наиболее экзотических беспроводных систем, через достаточно дорогие оптико-волоконные к наиболее демократичным, широко распространенным и, значит, более удобным в освоении и эксплуатации витым парам телефонных проводов.
Классификация систем передачи данных. Характеристика процесса передачи данных
В системах административного управления информация передается как путем переноски (перевозки) информационных документов курьером (или по почте), так и с использованием систем автоматизированной передачи информации по каналам связи.
Ручная переноска и механическая перевозка документов являются весьма распространенными способами передачи информации в учреждениях. Этот способ, при минимальных капитальных затратах, полностью обеспечивает достоверность передачи информации, предварительно зафиксированной на документах и проконтролированной
Совокупность средств, служащих для передачи информации, будем называть системой передачи информации (СП).
Рис. 1. Блок схема передачи информации
На рис.1 представлена обобщенная блок-схема автоматизированной системы передачи информации, проконтролированной непосредственно в пунктах ее регистрации. Оперативность (скорость) передачи низкая и может удовлетворить лишь очень непритязательного пользователя. Для оперативной доставки информации используют системы автоматизированной передачи информации.
Источник и потребитель информации непосредственно в СП не входят - они являются абонентами системы передачи. Абонентами могут быть компьютеры, маршрутизаторы ЛВС, системы хранения информации, телефонные аппараты, пейджеры, различного рода датчики и исполнительные устройства, а также люди. В составе структуры СП можно выделить:
· канал передачи (канал связи - КС);
· передатчик информации;
· приемник информации.
Передатчик служит для преобразования полученного от абонента сообщения в сигнал, передаваемый по каналу связи, приемник - для обратного преобразования сигнала в сообщение, поступающее абоненту.
В идеальном случае при передаче должно быть однозначное соответствие между передаваемым и получаемым сообщениями. Однако под действием помех, возникающих в канале связи, в приемнике и передатчике, это соответствие может быть искажено, и тогда говорят о недостоверной передаче информации.
Основными качественными показателями системы передачи информации являются:
· пропускная способность,
· достоверность,
· надежность работы.
Пропускная способность системы (канала) передачи информации - наибольшее теоретически достижимое количество информации, которое может быть передано по системе за единицу времени. Пропускная способность системы определяется физическими свойствами канала связи и сигнала. От пропускной способности канала зависит максимально возможная скорость передачи данных по этому каналу. Для определения максимально возможной скорости надо знать три основных параметра канала связи и три основных параметра сигнала, по нему передаваемого.
1. Параметры канала:
· Fk, - полоса пропускания капала связи, или, иначе, полоса частот, которую канал способен пропустить, не внося заметного нормированного затухания сигнала;
· Hk - динамический диапазон, равный отношению максимально допустимого уровня сигнала в канале к уровню помех, нормированному для этого типа каналов;
· Тk, - время, в течение которого канал используется для передачи данных.
Объем канала связи:
Vk = Fk ∙ Hk ∙ Тk
2. Параметры сигнала:
Fc - ширина спектра частот сигнала, под которой понимается интервал
по шкале частотного спектра, занимаемый сигналом;
Нс - динамический диапазон, представляющий собой отношение средней
мощности сигнала к средней мощности помехи в канале;
Тс - длительность сигнала, то есть время его существования. Произведение трех названных параметров определяет, соответственно:
Объем сигнала:
Vk = Fc ∙ Hc ∙ Тc
Один из создателей теории информации К. Шеннон показал, что количество информации на уровне (по Шеннону), которое несет сигнал, пропорционально объему этого сигнала; с другой стороны, выполнение неравенства Vk > Fc является необходимым условием возможности неискаженной передачи данного сигнала по данному каналу, то есть в этом случае принципиально допустима такая передача.
Для непосредственной реализации означенной возможности требуется выполнение необходимых и достаточных условий «неискаженной передачи»: Vk ≥ Fc, Нk ≥ НС Vk ≥ ТС.
Согласование сигнала с каналом связи и уплотнение каналов при передаче по ним сигналов от разных источников как раз и заключается в таком преобразовании параметров сигналов, чтобы необходимое условие возможности передачи превратить в достаточное.
Существует еще одно доказанное Шенноном соотношение, вытекающее кз вышеприведенных, оно позволяет рассчитать непосредственно максимально возможную скорость передачи данных по каналу:
C = F ∙ log2 (1+ Pc/ Pш)
где С - максимально возможная скорость в битах/с, F - ширина полосы пропускания канала связи в герцах, Рс - мощность сигнала, Рш - мощность шума.
Из этого соотношения (так же как из предыдущих) следует, что увеличить скорость передачи данных в канале связи можно или увеличив мощность сигнала, или снизив мощность помех. Увеличение мощности сигнала ограничено величиной допустимого уровня мощности сигнала в канале и мощностью передатчика (мощные передатчики имеют большие габариты и стоимость). Уменьшения мощности помех можно достигнуть, применяя хорошо экранированные от помех кабели (что тоже не дешево). Но и это еще не все трудности - главное, что скорость зависит от логарифма соотношения сигнал/шум, поэтому, например, увеличение мощности передатчика в два раза при типичном соотношении pc / рш = 100 даст увеличение максимально возможной скорости только на 15%. Скорость передачи информации измеряется в бит/с и в бодах. Количество изменений информационного параметра сигнала в секунду измеряется в бодах. Бод - это такая скорость, когда передается один сигнал (например, импульс) в секунду, независимо от величины его изменения. Единица измерения бит/с соответствует единичному изменению сигнала в канале связи и при простых методах кодирования сигнала; когда любое изменение бывает только единичным, можно принять, что: 1 бод = 1 бит/с; 1 Кбод = 103 бит/с; 1 Мбод = 106 бит/с и т. д. В случае если элемент данных может быть представлен не двумя, а большим количеством значений какого-либо параметра сигнала, то есть изменение сигнала может быть не единичным, значение 1 бод > 1 бит в секунду. Например, если измеряемыми (информационными) параметрами сигнала являются фаза и амплитуда синусоиды, причем различаются четыре значения фазы и два значения амплитуды, то информационный сигнал может иметь 23 = 8 различимых состояний. Тогда скорость передачи данных СП с тактовой частотой 9600 Гц будет 9600 бод, но 9600 3 =бит/с.
Достоверность передачи информации - передача информации без ее искажения. Надежность работы - полное и правильное выполнение системой всех своих функций.
Передатчик и приемник, или иначе - аппаратура передачи данных (АПД), непосредственно связывают терминальные устройства - оконечные устройства (источник и приемник информации) с каналом связи. Примерами АПД могут служить модемы, терминальные адаптеры, сетевые карты и т. д. АПД работает на физическом уровне, отвечая за передачу и прием сигнала нужной формы и мощности в физическую среду (линию связи).
В составе СП большой протяженности может использоваться и дополнительная аппаратура для улучшения качества сигнала («усиления» сигнала) и для формирования непрерывного физического или логического канала между абонентами. В качестве этой аппаратуры выступают повторители, коммутаторы, концентраторы, маршрутизаторы, мультиплексоры. Промежуточная аппаратура иногда образует достаточно сложную так называемую первичную сеть, но никакой функциональной нагрузки не несет - она должна быть незаметна (прозрачна) для абонента.
Линия связи и канал связи - это не одно и то же.
Линия связи (ЛС) - это физическая среда, по которой передаются информационные сигналы. В одной линии связи могут быть организованы несколько каналов связи путем временного, частотного кодового и других видов разделения - тогда говорят о логических (виртуальных) каналах. Если канал полностью монополизирует линию связи, то он может называться физическим каналом, и в этом случае совпадает с линией связи. Хотя допустимо, например, говорить об аналоговом или цифровом канале связи, но заявлять об аналоговой или цифровой линии связи, раз линия - лишь физическая среда, в которой могут быть образованы каналы связи разного типа. Тем не менее, даже говоря о физической многоканальной линии, ее часто называют каналом связи. ЛС являются обязательным звеном любой системы передачи информации.
По виду передаваемых сообщений различают:
1) телеграфию (передача текста),
2) телефонию (передача речи),
3) фототелеграфию (передача неподвижных изображений),
4) телевидение (передача подвижных изображений),
5) телеметрию (передача результатов измерений),
6) телеуправление (передача управляющих команд),
7) передачу данных (в вычислительных системах и АСУ).
По диапазону частот – в соответствии с декадным делением диапазонов электромагнитных волн от мириаметровых (3÷30) кГц до децимиллиметровых (300÷3000) ГГц.
По назначению – вещательные (высококачественная передача речи, музыки, видео от малого числа источников сообщений большому количеству их получателей) и профессиональные (связные), в которых число источников и получателей сообщений одного порядка.
Различают следующие режимы работы СС:
1) симплексный (передача сигналов в одном направлении),
2) дуплексный (одновременная передача сигналов в прямом и обратном направлениях),
3) полудуплексный (поочередная передача сигналов в прямом и обратном направлениях).
Каналом связи называется комплекс радиотехнических устройств, при помощи которых передается и принимается информация, плюс среда между ними. В зависимости от вида сигналов на входе и выходе различают каналы: непрерывные; дискретные; дискретно-непрерывные; непрерывно-дискретные.
Каналы связи можно характеризовать по аналогии с сигналами следующими тремя параметрами:
– временем доступа Тк,
– шириной полосы пропускания ΔFк,
– динамическим диапазоном [дБ],
где Pк.доп. – максимально допустимая мощность сигнала в канале,
Pш – мощность собственных шумов канала.
Обобщенным параметром канала является его емкость
Очевидным необходимым условием согласования сигнала и канала является выполнение неравенства Vc
Вы также можете найти интересующую информацию в научном поисковике Otvety.Online. Воспользуйтесь формой поиска:
Еще по теме 1.3. Классификация систем связи:
- Белоус И.А.. ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ СВЯЗИ. Практикум, 2016
- 22.7. Пропускная способность каналов радиотехнической системы связи
- 22.1. Тактико-технические параметры радиотехнической системы связи
- Исследование связи синусового узла с вегетативной нервной системой
- 22.4. Количество информации при приёме дискретных сигналов радиотехнической системы связи
- Правовые системы и теоретические проблемы их классификации § 1. Правовая система общества: понятие, элементы, функции
Дайте формулировку, что такое информационно-коммуникационная система. Нарисуйте обобщенную структуру информационно-коммуникационная системы (ИКС) и дайте характеристику тем задачам, которые она должна решать.
Информационная система - это система обработки информации, включающая связанные с ней ресурсы, такие как людские, технические и финансовые, предназначенная для обеспечения информацией и распространения информации.
Информационной системой называется комплекс, включающий вычислительное и коммуникационное оборудование, программное обеспечение, лингвистические средства и информационные ресурсы, а также системный персонал и обеспечивающий поддержку динамической информационной модели некоторой части реального мира для удовлетворения информационных потребностей пользователей.
Информационная система, ИС (Information System - IS) - это система, предназначенная для реализации и ведения информационной модели какой-либо области человеческой деятельности.
Информационно-коммуникационная система – совокупность вычислительных средств и коммуникационного оборудования, предназначенного для обработки, хранения и передачи информации.
Обобщенная структура ИКС:
Обобщенная структурная схема информационной системы включает в себя следующие основные элементы:
Локальные сети;
Каналы и средства связи;
Узлы коммутации;
Серверы хранения и обработки информации;
Рабочие места операторов;
Рабочие места пользователей;
Абонентские терминалы.
Устройства ввода и отображения различной информации.
Классификация систем и сетей доступа. Дайте общую характеристику этим системам (назначение, скорость передачи информации и т.п.).
По способу обработки информации: цифровые, аналоговые.
По ширине полосы пропускания: узкополосные, широкополосные, сверхширокополосная.
По локализации абонентов: фиксированная, подвижная связь.
По географической протяженности: персональные, локальные, городские, глобальные.
По виду передаваемой информации: речь, данные, видео.
По прикладным задачам: системы связи, управления, мониторинга.
Технологии проводного абонентского доступа можно разбить на пять основных групп по критерию среды передачи и категориям пользователей:
LAN (Local Area Network) – группа технологий, предназначенных для предоставления корпоративным пользователям услуг доступа к ресурсам локальных вычислительных сетей и использующих в качестве среды передачи структурированные кабельные системы категорий 3, 4 и 5, коаксиальный кабель и оптоволоконный кабель.
DSL (Digital Subscriber Line) – группа технологий, предназначенных для предоставления пользователям ТфОП услуг мультимедиа и использующих в качестве среды передачи существующую инфраструктуру ТфОП.
КТВ (кабельное телевидение) – группа технологий, предназначенных для предоставления пользователям сетей КТВ мультимедийных услуг (за счет организации обратного канала) и использующих в качестве среды передачи оптоволоконный и коаксиальный кабели.
OAN (Optical Access Networks) – группа технологий, предназначенных для предоставления пользователям широкополосных услуг, линии доступа к мультимедийным услугам и использующих в качестве среды передачи оптоволоконный кабель.
СКД (сети коллективного доступа) – группа гибридных технологий для организации сетей доступа в многоквартирных домах; в качестве среды передачи используется существующая в домах инфраструктура ТфОП, радиотрансляционных сетей и сетей электропитания.
3. Какие организации решают вопросы стандартизации в области систем передачи информации. Что дает стандартизация в области систем связи?
Технология или решение + широкое внедрение на рынке = «стандарт»
Для принятия стандарта необходима некоторая критическая масса.
Кто разрабатывает стандарты?
Любой, кто обладает достаточными ресурсами (время, финансы, власть, авторитет и пр.), например:
Государство - ГОСТ-Р, ДСТУ и пр.
International of Electronic and Electrical Engineers (IEEE), ETSI
Society of Automotive Engineers (SAE)
Qualcomm (CDMA), Motorola (iDEN, TETRA, FLEX), Intel (PC architecture), Microsoft (OS), etc.
Чем хороши стандарты?
С рыночной точки зрения:
Обеспечение совместимости как отдельных продуктов, так и систем
За счет конкурентной борьбы снижаются цены
Стандартное решение редко бывает самым оптимальным
Основной целью стандартизации является обеспечение совместимости аппаратуры разных производителей в рамках единой сети связи. В области телекоммуникаций такой ведущей международной организацией по стандартизации является Сектор Стандартизации Телекоммуникаций Международного Союза Электросвязи (ITU – T).
ITU – T модемов хDSL имеют индекс “ G ”. Именно рекомендации этой серии стандартизуют практически все системы передачи, работающие по кабельным линиям связи.
Ведущими национальными организациями по разработке и внедрению телекоммуникационных стандартов в мире являются Американский Национальный Институт Стандартов (ANSI) и Eвропейский Институт Телекоммуникационных стандартов (ETSI).
Кроме трёх указанных организаций активно работают в области стандартизации технологий xDSL Форум ADSL (ADSLF) и Рабочая Группа Универсальной ADSL (UAWG).
4. Указать на основные преимущества (не менее пяти) цифровых систем связи по сравнению с аналоговыми системами. Представить аргументы, за счет чего достигаются эти преимущества?
Основные преимущества цифровых систем:
1) Высокое качество передачи информации (цифровой сигнал может принимать фиксированные значения. Например, если при аналоговой передаче данных сигналы слабого уровня больше подвержены помехам, то в цифровом виде уровень сигнала задается кодом и возможность ошибки при одинаковом шуме и виде модуляции зависит только от степени различия между уровнями символов, которыми передается код. При цифровой связи задача состоит лишь в различении фиксированных уровней. в аналоговой связи любое отклонение при приеме будет ошибкой. а цифровой сигнал, даже если и отклонился от изначального уровня, но это отклонение не достаточно велико, чтоб "угадать" (определить) символ, то он будет принят без ошибки).
2) Стабильность характеристик (в отличие от цифрового, аналоговый фильтр имеет дело с аналоговым сигналом, его свойства не дискретны, соответственно передаточная функция зависит от внутренних свойств составляющих его элементов.).
3) Высокая помехозащищенность (возможность применения помехоустойчивого кодирования).
4) Управление качеством передачи информации (возможность выбора скорости передачи в зависимости от качества канала. (количество позиций многоуровневого кода) большое количество позиций - больше скорость, но выше вероятность ошибки из-за уменьшения "расстояния" между позициями).
5) Экономичность (передача и коммутация сигналов в цифровой форме позволяют реализовывать оборудование на единых аппаратных платформах. Это позволяет резко снижать трудоемкость изготовления оборудования, значительно снижать его стоимость, потребляемую энергию и габариты. Кроме того, существенно упрощается эксплуатация систем и повышается их надежность.).
5. Дайте характеристику ведомственным информационно-коммуникационным системам. Нарисовать обобщенную структуру системы Центра обслуживания вызовов службы «102» МВД и указать, какие задачи она решает?
Постоянно растущие требования к оперативности и точности реагирования в экстремальных ситуациях выдвигают новые концептуальные задачи по техническому оснащению служб общественной безопасности.
Появляется необходимость передачи больших объемов цифровой информации с места чрезвычайной ситуации, обеспечения оперативного доступа к базам данных, идентификации личности по отпечаткам пальцев, фото - и видеоматериалам и т.д. Узкополосные ведомственные системы передачи цифровой информации не могут полностью справиться с передачей больших объемов информации, что часто необходимо в экстремальных ситуациях.
Одним из новых направлений развития ведомственных телекоммуникационных сетей является создание центров обслуживания вызовов (ЦОВ), позволяющих повысить эффективность работы экстренных служб МВД Украины.
Структурная схема ВСС:
Основой станционного оборудования службы «102», является программно-аппаратный комплекс на основе IP-технологий (AVAYA), который предусматривает интеллектуальную маршрутизацию вызовов, поступающих в центр, распределенную архитектуру рабочих мест операторов и управление мультимедийными контактами по IP-сети.
Программно-аппаратный IP комплекс объединяет в себе сразу несколько устройств:
полнофункциональную телефонную станцию;
коммутатор/концентратор локальной сети;
маршрутизатор и межсетевой экран;
средства доступа к Интернет и поддержки VPN;
сервер приложений (call-centre, интеграция с CRM).
Задачи : с внедрением ЦОВ появляются новые возможности приема и обработки тревожных сообщений: прием и учет каждого звонка службы «102», обеспечение взаимодействия экстренных служб с населением и между собой, регистрация всей необходимой информации по происшествиям, а также незамедлительное оповещение соответствующих подразделений и служб.
6. Как решаются задачи защиты информации в ведомственных информационно-коммуникационных системах? Какие виды угроз информации в ИКС вы знаете?
Под угрозой безопасности данных будем понимать потенциально существующую возможность случайного или преднамеренного действия или бездействия, в результате которого может быть нарушена безопасность данных.
Пояснение - Все каналы утечки данных можно разделить на косвенные и прямые. Косвенные каналы не требуют непосредственного доступа к техническим средствам информационной системы. Прямые соответственно требуют доступа к аппаратному обеспечению и данным информационной системы.
Информационная безопасность - защищенность информации и поддерживающей инфраструктуры от случайных или преднамеренных воздействий естественного или искусственного характера, чреватых нанесением ущерба владельцам или пользователям информации.
Безопасность данных - такое состояние хранимых, обрабатываемых и принимаемых данных, при которых невозможно их случайное или преднамеренное получение, изменение или уничтожение.
Защита данных - совокупность целенаправленных действий и мероприятий по обеспечению безопасности данных.
Таким образом, защита данных есть процесс обеспечения безопасности данных, а безопасность - состояние данных, конечный результат процесса защиты. Защита данных осуществляется с использованием методов (способов) защиты.
Метод (способ) защиты данных - совокупность приемов и операций, реализующих функции защиты данных. Например, методы шифрования и паролирования. На основе методов защиты создаются средства защиты (например, устройства шифрации/дешифрации, программы анализа пароля, датчики охранной сигнализации и т.д.).
Система обеспечения безопасности данных (СОБД) - совокупность средств и механизмов защиты данных. Механизм защиты - совокупность средств защиты, функционирующих совместно для выполнения определенной задачи по защите информации.
7. Какие каналы утечки информации вы знаете и каковы основные причины их возникновения?
С учетом физической природы путей переноса информации технические каналы утечки можно классифицировать на следующие группы:
Электромагнитные;
Визуально-оптические;
Виброакустические;
Материально-вещественные (бумага, фото, магнитные носители
Применительно к автоматизированным системам (АС) выделяют следующие каналы утечки:
Электромагнитный канал.
Причиной его возникновения является электромагнитное поле, связанное с протеканием электрического тока в аппаратных компонентах АС.
Электромагнитное поле может индуцировать токи в близко расположенных проводных линиях (наводки).
Электромагнитный канал в свою очередь делится на следующие каналы:
Радиоканал (высокочастотное излучение);
Низкочастотный канал;
Сетевой канал (наводки на сеть электропитания);
Канал заземления (наводки на провода заземления);
Линейный канал (наводки на линии связи между компьютерными системами).
Виброакустический канал.
Связан с распространением звуковых волн в воздухе или упругих колебаний в других средах, возникающих при работе устройств отображения информации АС.
Визуальный канал.
Связан с возможностью визуального наблюдения злоумышленником за работой устройств отображения информации АС без проникновения в помещения, где расположены компоненты системы. В качестве средства выделения информации в данном случае могут рассматриваться фото-, видеокамеры и т. п.
Информационный канал. Связан с доступом (непосредственным и телекоммуникационным) к элементам АС, к носителям информации, к самой вводимой и выводимой информации (и результатам), к программному обеспечению (в том числе к операционным системам), а также с подключением к линиям связи.
Информационный канал может быть разделен на следующие каналы:
Канал коммутируемых линий связи;
Канал выделенных линий связи;
Канал локальной сети;
Канал машинных носителей информации;
Канал терминальных и периферийных устройств.
8. Нарисуйте структуру модели защищенного канала по Шеннону. Какие предположения и допущения приняты в этой модели?
В этой схеме К. Шеннона используется модель пассивного противника (нарушителя), наблюдающего только шифр-текст (Cryptogram ) (пассивная атака на основе знания шифр-текста), вероятностная модель криптографического преобразования – криптосистема (Encipherer - Decipherer ) – используется для защиты передаваемой информации (Message ) от нарушения конфиденциальности.
Предположения, которые приняты в модели К. Шеннона:
– передача информации от источника к приемнику происходит без ошибок (идеальный канал связи);
– понятие совершенной стойкости вводится при условии, что вероятностное распределение ключей
(Key ) на множестве ключей равномерно (идеально- случайный ключ);
– обратная связь между приемником и источником сообщения отсутствует;
– источник информации описывается с помощью теории информации Шеннона;
– все вычисления, используемые в процессе обработки информации (в том числе и при криптографическом преобразовании), совершаются без ошибок (безошибочная модель вычислений).
9. В чем выражается концепция отводного канала Вайнера?
Модель отводного канала - модель системы передачи информации по каналу связи с отводом, включающая в себя формальное описание способа надежной передачи дискретных сообщений законному получателю при наличии отводного канала утечки информации. Под этим понимается то, что легитимный приемник должен иметь возможность нормального функционирования, а приемник отводного канала не иметь возможности принимать достоверную информацию.
Модель отводного канала позволяет учесть возможности нарушителя как по перехвату сообщений, так и постановке помех, нарушающих работу основного канала.
10. Что такое семиуровневая модель взаимодействия открытых систем (OSI)? Назовите уровни этой модели и какие задачи решаются на каждом уровне? На каких уровнях решаются задачи защиты информации?
Базовая эталонная модель OSI является наиболее общим описанием структуры построения стандартов, обеспечивающих взаимодействие прикладных процессов работающих друг с другом систем.
На рисунке схематически изображен принцип OSI. Передаваемое сообщение перед отправкой “спускается” уровням модели и на каждом уровне к нему прикрепляется служебная информация, предназначенная для соответствующего уровня на принимающей стороне. Принимающая сторона последовательно “поднимает” принятое сообщение. При этом каждый уровень, работая с предназначенной ему информацией, извлекает из своей “упаковки” сообщение и передает на следующий уровень.
Физический уровень (Physical Layer )
Обеспечивает передачу потока битов по физической среде. К этому уровню имеют отношение: Характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и другие; Характеристики электрических сигналов, передающих дискретную информацию, например, крутизна фронтов импульсов, уровни напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов. Кроме этого, здесь стандартизуются типы разъемов и назначение каждого контакта.
-Физические характеристики интерфейсов и среды передачи
-Представление битов.
-Скорость передачи данных.
-Битовая синхронизация.
Канальный уровень (Data Link Layer )
Преобразует ненадежную среду передачи физического уровня в более надежный канал для доставки данных к следующему сетевому уровню. Поток битов, поступающих с физического уровня, разбивается на кадры. Обеспечивается корректность передачи каждого кадра.
-Кадровая синхронизация.
-Физическая адресация.
-Управление потоком.
-Коррекция ошибок.
Сетевой уровень (Network Layer)
Отвечает за доставку пакета от источника к пункту назначения между различными сетями с произвольной топологией (в то время как канальный отвечает за доставку данных между любыми узлами одной сети с соответствующей типовой топологией).
-Логическая адресация.
-Маршрутизация.
Транспортный уровень (Transport Layer)
Отвечает за доставку всего сообщения от процесса к процессу. Он гарантирует, что полное сообщение поступает потерь отдельных пакетов и в верном порядке, обеспечивая как коррекцию ошибок, так и управление потоком на уровне «от процесса к процессу».
-Адресация процессов.
-Сегментация и сборка.
-Управление соединением.
Сеансовый уровень (Session Layer).
Устанавливает, поддерживает и синхронизирует сеансы связи (взаимодействие) между оконечными компьютерами. Здесь обеспечивается управление диалогом и предоставляются средства синхронизации, где внутри длинных сообщений вставляются служебные метки. Они позволяют в случае отказа вернуться назад к последней метке и продолжить передачу не сначала, а с того места, на котором она оборвалась.
-Управление диалогом.
-Синхронизация.
Уровень представления (Presentation Layer)
Bмеет дело с формой представления передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания. Различные форматы данных преобразуются в некий стандартизованный вид для передачи по сети. На этом уровне может выполняться шифрование и дешифрование данных.
-Трансляция (кодирование).
-Шифрование.
-Компрессия.
Прикладной уровень (Application Layer)
Это набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи (человек или программа) получают доступ к сети и ее разделяемым ресурсам. Приложения ко нечного пользователя (различные программы доступа к службам сети) используют протоколы прикладного уровня. Единица данных этого уровня обычно называется сообщением (message).
-Услуги электронной почты.
-Передача файлов и доступ.
-Удаленная регистрация (логин).
-Доступ к WWW.
Протоколы, отвечающие за безопасность, существуют на всех уровнях модели. Например:
На транспортном уровне применяется протоколы SSL TLS (англ. Secure Sockets Layer - уровень защищённых сокетов) и TLS использующий симметричное шифрование и асимметричную криптографию для аутентификации ключей обмена.
На сетевом уровне в настоящее время используется комплект протоколов IP-Security (IPSec), который решает вопросы шифрования, аутентификации и обеспечения защиты информации при транспортировке IP-пакетов по сети.
На канальном уровне протокол WEP (Wired Equivalent Privacy), разработанный для защиты информации в проводных каналах связи долгое время использовался беспроводный технологиях передачи данных Wi-Fi. Но в последнее время используется усовершенствованный протокол WPA и WPA2 .
Технологии физического уровня, такие как, например, FHSS и OFDM создают значительные трудности для несанкционированного доступа к информации.
Похожая информация.
Под телекоммуникационными системами (ТС) принято понимать структуры и средства, предназначенные для передачи больших объёмов информации (как правило, в цифровой форме) посредством специально проложенных линий связи или радиоэфира. При этом предполагается обслуживание значительного количества пользователей систем (от нескольких тысяч). Телекоммуникационные системы включают такие структуры передачи информации, как телевещание (коллективное, кабельное, спутниковое, сотовое), телефонные сети общего пользования (ТфОП), сотовые системы связи (в том числе макро- и микро- сотовые), системы персонального вызова, спутниковые системы связи и навигационное оборудование, волоконные сети передачи информации.
Следует отметить, что основным требованием к системам связи является отсутствие факта прерывания связи, но допускается некоторое ухудшение качества передаваемого сообщения и ожидание установления связи.
Типы телекоммуникационных систем
По назначению телекоммуникационные системы группируются следующим образом:
- - системы телевещания;
- - системы связи (в т.ч. персонального вызова);
- - компьютерные сети.
По типу используемой среды передачи информации:
- - кабельные (традиционные медные);
- - оптоволоконные;
- - эфирные;
- - спутниковые.
По способу передачи информации:
- - аналоговые;
- - цифровые.
Системы связи подразделяются по мобильности на:
- - стационарные (традиционные абонентские линии);
- - подвижные.
Подвижные системы связи подразделяются по принципу охвата зоны обслуживания:
- - на микросотовые - DECT;
- - сотовые - NMT-450, D-AMPS, GSM, CDMA;
- - транкинговые (макросотовые, зоновые) - TETRA, SmarTrunk;
- - спутниковые.
Системы телевещания
Системы телевещания (ТВ) по способу доставки сигнала и зоне охвата подразделяются на:
- - сети телевизионного приёма;
- - «кабельные» (систем коллективного телевизионного приёма (СКТП));
- - технологии беспроводного высокоскоростного распределения мультимедийной информации MMDS , MVDS и LMDS;
- - спутниковые.
Сети телевизионного приёма, исторически - самые первые ТС, доставляют сигнал к потребителю посредством ретрансляторов (релейных линий связи), охватывающих территорию России (густонаселенные регионы). Расстояние между ретрансляторами составляет порядка 40-80 км.
На современном этапе развитие техники коллективного телевизионного приёма связано с созданием систем кабельного телевидения (СКТ), каждая из которых может обслуживать до нескольких десятков тысяч абонентов. Использование таких систем позволяет решать вопросы обеспечения качественной доставки программ в районах со сложными условиями приёма, а также обеспечить передачу абонентам дополнительной информации - телетекстовой информации, каналы спутникового вещания.
Системы коллективного телевизионного приёма в зависимости от объёма охватываемых абонентов разделяют следующим образом:
- - системы коллективного телевизионного приёма;
- - крупные системы коллективного телевизионного приёма;
- - системы кабельного телевидения.
При этом принимается, что СКТП рассчитаны на обслуживание абонентов одного подъезда или здания, КСКТП - нескольких зданий, СКТ - большого жилого массива. К отличительным особенностям СКТ следует отнести также технико-экономическую целесообразность использования в них наряду с эфирным приёмом в стандартных каналах ТВ и радиовещания других видов программ (спутниковых, локальных видеостудий и пр.). Следует отметить, что необходимым условием успешного развития СКТ является выбор такой схемы построения, при которой можно использовать в качестве низших звеньев распределительных сетей линий КСКТП и СКТП без существенных переделок, иначе реализация СКТ в районах со сложившейся застройкой связана с большими дополнительными капитальными затратами.
Системы спутникового телевидения получили новое развитие в направлении создания недорогих установок индивидуального приема программ спутникового телевидения. Трансляция программ телевидения через системы спутникового телевизионного вещания (СТВ) оказалась экономически выгодной для небольших территории. По ряду энергетических параметров подходящим диапазоном частот является диапазон в области 12 ГГц: на этих частотах сравнительно невелики потери в осадках (в Европе изменение затухания из-за осадков не превышает 3,3 дБ в течение 99,9% времени, приемлемы размеры антенн (диаметром 2 м) с узкой диаграммой направленности, разработана сравнительно дешевая элементная база.
Для прямой трансляции телевизионных программ используют геостационарные спутники. Спутники для передачи телевизионных программ делятся на:
- - спутники дальней связи для телефонной связи, передачи информации и передачи телевизионных программ;
- - спутники перераспределения телевизионных программ, например, на кабельные сети;
- - спутники для передачи программ телевидения и радиовещания непосредственно на индивидуальные приемники, ТВ-спутники: в английском обозначении DBS (спутник прямого вещания), в немецком обозначении SDE (спутник прямого приема);
Системы подвижной связи
Сотовые системы подвижной связи (СПС), сети персонального радиовызова (СПР) и системы спутниковой связи предназначены для передачи данных и обеспечения подвижных и стационарных объектов телефонной связью. Передача данных подвижному абоненту резко расширяет его возможности, поскольку, кроме телефонных, он может принимать телексные и факсимильные сообщения, различного рода графическую информацию и пр. Увеличение объема информации требует сокращения времени на ее передачу и получение, в следствие чего наблюдается устойчивый рост производства мобильных средств радиосвязи (пейджеров, сотовых радиотелефонов, спутниковых пользовательских терминалов).
Основное преимущество СПС: подвижная связь позволяет абоненту получать услуги связи в любой точке в пределах зон действия наземных или спутниковых сетей; благодаря прогрессу в технологии производства средств связи созданы малогабаритные универсальные абонентские терминалы (AT). СПС представляют потребителям возможность выхода в телефонную сеть общего пользования (ТфОП), передачу компьютерных данных.
К сетям подвижной связи относятся: сети сотовой подвижной связи (ССПС); сети транкинговой связи (СТС); сети персонального радиовызова (СПР); сети персональной спутниковой (мобильной) связи.
Сети сотовой подвижной связи
Среди современных телекоммуникационных средств наиболее стремительно развиваются сети сотовой радиотелефонной связи. Их внедрение позволило решить проблему экономичного использования выделенной полосы радиочастот путем передачи сообщений на одних и тех же частотах, но в разных зонах (сотах) и увеличить пропускную способность телекоммуникационных сетей. Свое название они получили в соответствии с сотовым принципом организации связи, согласно которому зона обслуживания делится на ячейки (соты).
Система сотовой связи - это сложная и гибкая техническая система, допускающая большое разнообразие по вариантам конфигурации и набору выполняемых функций. Она может обеспечивать передачу речи и других видов информации. Для передачи речи, в свою очередь, может быть реализована обычная двухсторонняя и многосторонняя телефонная связь (конференцсвязь - с участием в разговоре более двух абонентов одновременно), голосовая почта. При организации обычного телефонного разговора возможны режимы автодозвона, ожидания вызова, переадресации (условной или безусловной) вызова и пр.
Современные технологии позволяют обеспечить абонентам ССС высокое качество речевых сообщений, надежность и конфиденциальность связи, миниатюрность радиотелефонов, защиту от несанкционированного доступа.
Сети транкинговой связи
Сети транкинговой связи в некоторой степени близки к сотовым: это также сети наземной радиотелефонной подвижной связи, обеспечивающие мобильность абонентов в пределах достаточно большой зоны обслуживания. Основное отличие состоит в том, что СТС проще по принципам построения и предоставляют абонентам меньший набор услуг, но за счет этого они дешевле сотовых. СТС имеют значительно меньшую емкость, чем сотовые, и принципиально ориентированы на ведомственную (корпоративную) мобильную связь. Основное применение СТС - корпоративная (служебная, ведомственная) связь, например, оперативная связь пожарной службы с числом выходов (каналов) «в город», значительно меньшим числа абонентов системы. Основными требованиями к СТС являются: обеспечение связи в заданной зоне обслуживания независимо от местоположения подвижных абонентов (МА); возможность взаимодействия отдельных групп абонентов и организации циркулярной связи; оперативность управления связью, в том числе на различных уровнях; обеспечение связи через центры управления; возможность приоритетного установления каналов связи; низкие энергетические затраты подвижной станции (ПС); конфиденциальность разговоров.
Название транкинговой связи происходит от английского trunk (ствол) и отражает то обстоятельство, что ствол связи в такой системе содержит несколько физических (как правило, частотных) каналов, каждый из которых может быть предоставлен любому из абонентов системы. Указанная особенность отличает СТС от предшествовавших ей систем двухсторонней радиосвязи, в которых каждый абонент имел возможность доступа лишь к одному каналу, но последний должен был поочередно обслуживать ряд абонентов. СТС по сравнению с такими системами обладают значительно более высокой емкостью (пропускной способностью) при тех же показателях качества обслуживания.
Если использовать аналогию с сотовой связью, то в простейшем случае СТС - это одна ячейка сотовой системы, но при несколько специфическом (узком) наборе услуг. Сотовая сеть всегда строится в виде множества ячеек, замыкающихся на общий центр коммутации (ЦК), с передачей обслуживания из ячейки в ячейку по мере перемещения абонента. При необходимости наращивания емкости сотовой сети производится дополнительное дробление ячеек с соответствующей модификацией частотного плана (распределения частот по ячейкам). В СТС, заведомо идущей на функционирование с ограниченной емкостью, обычно стремятся предельно увеличить зону действия. Практически, радиус ячейки СТС может достигать 40-50 км и более. Отсюда вытекает большая по сравнению с сотовой связью мощность передатчика, больший расход энергии источника питания, большие габариты и масса абонентского оборудования.
Даже если СТС строится в виде нескольких ячеек (многозоновая система), это делается в первую очередь с целью расширения зоны действия, а не ради повышения емкости; при этом размеры ячеек (зон) остаются достаточно большими. Централизованное управление совокупностью зон остается при этом ограниченным, как и передача обслуживания из зоны в зону, которая (если она вообще реализуется) приводит к кратковременному прерыванию связи.
Для повышения пропускной способности обычно накладываются ограничения на длительность разговора, а специфика корпоративной связи находит отражение в системе приоритетов пользователей, учитываемых при предоставлении канала связи в условиях очереди, и в объединении абонентов в группы с возможностью диспетчерского вызова одновременно всех абонентов группы. Та же специфика обусловливает более высокие, в среднем, по сравнению с сотовой связью, требования к оперативности и надежности установления связи. Кроме речевой информации в СТС возможна передача и некоторых других видов информации, в частности, цифровой - управления, телеметрии, охранной сигнализации и др.
Общей тенденцией развития профессиональных систем подвижной радиосвязи является переход от аналоговых стандартов к единым международным цифровым стандартам, обеспечивающим конфиденциальность и повышенное качество связи, более эффективное использование частотного диапазона, роуминг для всех абонентов и возможность передачи данных с высокой скоростью.
Сети персонального радиовызова
Сети персонального радиовызова (СПР), или пейджинговые сети (paging - вызов), - это сети односторонней мобильной связи, обеспечивающие передачу коротких сообщений из центра системы (с пейджингового терминала) на миниатюрные абонентские приемники (пейджеры).
В простейшем случае СПР состоит из пейджингового терминала (ПТ), базовой станции (БС) и пейджеров. Терминал, включающий пульт оператора и контроллер системы, выполняет все функции управления системой. БС состоит из радиопередатчика и антенно-фидерного устройства, и обеспечивает передачу пейджинговых сигналов на всю зону действия системы, радиус которой может составлять до 100 км. Пейджеры осуществляют прием тех сообщений, которые им адресованы. В более сложных случаях СПР может иметь несколько радиопередатчиков, по возможности равномерно распределенных в пределах зоны действия, что позволяет более надежно обеспечить связью всю зону.
В СПР могут передаваться сообщения четырех типов: тональные, цифровые, буквенно-цифровые, речевые. Тональные сообщения были единственным типом сообщений в ранних моделях пейджеров. Цифровое сообщение может содержать номер телефона, по которому следует позвонить. Наиболее распространена передача текстового сообщения длиной до 100-200 символов. Сообщение отображается на дисплее пейджера, который может иметь от одной до восьми строк, до 12-20 символов в строке, длинные сообщения отображаются по частям. Передача речевых сообщений широкого распространения пока не получила. Вызов абонента, т.е. адресация сообщения, может осуществляться одним из трех способов: индивидуально, нескольким абонентам (общий вызов) или группе абонентов (групповой вызов (ГВ)). В первом случае вызов адресуется конкретному абоненту по его индивидуальному номеру, во втором - нескольким абонентам с последовательной передачей их индивидуальных номеров, в третьем - вызов адресуется одновременно группе абонентов по общему групповому номеру. Сообщения, подлежащие передаче, также вводятся в систему одним из трех способов: голосом через телефонную сеть и оператора пейджинговой связи; через телефонную сеть с тональным набором - сообщение набирается на клавиатуре телефонного аппарата и проходит сразу на пейджинговый терминал, минуя оператора; с компьютера (через телефонную сеть) с набором сообщения на компьютере и выходом непосредственно на ПТ.
К недостаткам пейджинговой связи следует отнести передачу сообщения вне реального времени: сообщение передается не в момент его выдачи отправителем, а в порядке очереди с аналогичными сообщениями других отправителей; практически задержка от момента получения сообщения до его передачи в эфир невелика - обычно она не превышает нескольких минут. Следует иметь так же в виду, что в случае передачи сообщения на пейджер, находящийся на момент передачи в «теневой» зоне, сообщение будет потеряно (не получено абонентом).
Асинхронность (очерёдность) передачи сообщений в сочетании с краткостью последних, передаваемых, как правило, только в одну сторону, обеспечивается весьма эффективное использование канала связи, по меньшей мере, на два порядка более эффективное (по числу обслуживаемых абонентов), чем в сотовой связи, даже с учетом повторного использования частот в последней. В результате пейджинг оказывается технически проще и экономичнее сотовой связи, т.е., в конечном итоге, значительно дешевле для абонента.
Кроме сообщений, предназначенных конкретным абонентам или группам абонентов, в пейджинговых системах обычно организуется своеобразный общий информационный канал, содержащий оперативную информацию о биржевых новостях, погоде, обстановке на дорогах и т.п. В пейджерах, как правило, предусматривается ряд дополнительных услуг: часы, календарь, возможность регулировки типа и громкости звукового сигнала, сохранение в памяти полученных ранее сообщений с возможностью их повторного чтения и др.
Сети персонального радиовызова предоставляют услуги удобного и относительно дешевого вида мобильной связи, но с существенными ограничениями: связь односторонняя, не в реальном времени и только в виде коротких сообщений. СПР получили в мире довольно широкое распространение - в целом, того же порядка, что и сети сотовой связи, хотя их распространенность в разных странах существенно различается.
Сети мобильной спутниковой связи
Наряду со ставшими уже общедоступными СПС (персонального радиовызова и сотовыми), все более активно развиваются сети спутниковой связи. Актуальными являются следующие области применения мобильной спутниковой связи:
- - расширение сотовых сетей;
- - использование спутниковой связи в районах, где развертывание СПС нецелесообразно, например, из-за низкой плотности населения;
- - использование спутниковой связи в дополнение к существующей сотовой, например, для обеспечения роуминга при несовместимости стандартов, или в каких-либо чрезвычайных ситуациях;
- - стационарная беспроводная связь в районах с малой плотностью населения при отсутствии СПС и проводной связи;
- - при передаче информации в глобальном масштабе (акваториях Мирового океана, местах разрывов наземной инфраструктуры и т.д.).
В частности, при удалении абонента за пределы зоны обслуживания местных сотовых сетей спутниковая связь играет ключевую роль, поскольку она не имеет ограничений по привязке абонента к конкретной местности. Во многих регионах мира спрос на услуги подвижной связи может быть эффективно удовлетворен только с помощью спутниковых систем.
Спутниковая связь достаточно органично сочетается с сотовой. Практически во всех СПСС предусматривается довольно высокая степень интеграции с сотовой связью; в частности, кроме AT, предназначенных для спутниковых систем, предполагается создание двухрежимных терминалов, предназначенных для работы в спутниковой системе и в каком-либо из сотовых стандартов.
Для абонента пользование спутниковым терминалом не требует специальных знаний. Набор номера производится пользователем с помощью клавиатуры, как и при пользовании обычным телефоном. Система автоматически выделяет свободный канал и закрепляет его за собеседниками на время разговора. Как правило, используется уплотнение (временное, частное или кодовое), хорошо зарекомендовавшее себя в многоканальной связи.
Безусловно, оборудование (не только абонентское) сетей спутниковой связи является более дорогим, чем у ССС, соответственно, и значительно выше абонентская плата. Некоторое неудобство представляет и задержка речевого сигнала в силу удаленности базовой (спутниковой) станции (порядка 36 000 км), составляющая доли секунды.
Различные СПСС обладают своими особенностями, обусловленными, главным образом, характеристиками их орбитальных группировок, но в сфере пользовательских характеристик и предоставляемых услуг они имеют много общего (как между собой, так и с наземными сотовыми системами). Передача всех видов информации ведется в цифровой форме со скоростями от 1200 до 9600 бит/с. Телефонный режим организуется с помощью встроенных в AT устройств преобразования скорости передачи сигналов. Кроме дуплексной телефонной связи, персональные AT позволяют подключать компьютер и поддерживают разнообразный набор услуг, таких, как передача факсимильных сообщений, электронная и голосовая почта, персональный вызов и приоритетное обслуживание, шифрование, а также определение местоположения абонента.
Волоконно-оптические сети
Волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) - это вид системы передачи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием "оптическое волокно". Волоконно-оптическая сеть - это информационная сеть, связующими элементами между узлами которой являются волоконно-оптические линии связи. Технологии волоконно-оптических сетей, помимо вопросов волоконной оптики, охватывают также вопросы, касающиеся электронного передающего оборудования, его стандартизации, протоколов передачи, вопросы топологии сети и общие вопросы построения сетей.
Преимущества ВОЛС
Широкая полоса пропускания - обусловлена чрезвычайно высокой частотой несущей 1014 ГГц. Это дает потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько терабит в секунду. Большая полоса пропускания - это одно из наиболее важных преимуществ оптического волокна над медной или любой другой средой передачи информации.
Малое затухание светового сигнала в волокне. Выпускаемое в настоящее время отечественными и зарубежными производителями промышленное оптическое волокно имеет затухание 0,2-0,3 дБ на длине волны 1,55 мкм в расчете на один километр. Малое затухание и небольшая дисперсия позволяют строить участки линий без ретрансляции протяженностью до 100 км и более.
Низкий уровень шумов в волоконно-оптическом кабеле позволяет увеличить полосу пропускания путем передачи различной модуляции сигналов с малой избыточностью кода.
Высокая помехозащищенность. Поскольку волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем и электрического оборудования, способного индуцировать электромагнитное излучение (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.). В многоволоконных кабелях также не возникает проблемы перекрестного влияния электромагнитного излучения, присущей многопарным медным кабелям.
Малый вес и объем. Волоконно-оптические кабели (ВОК) имеют меньший вес и объем по сравнению с медными кабелями в расчете на одну и ту же пропускную способность. Например, 900-парный телефонный кабель диаметром 7,5 см может быть заменен одним волокном диаметром 0,1 см. Если волокно "одеть" в множество защитных оболочек и покрыть стальной ленточной броней, диаметр такого ВОК будет 1,5 см, что в несколько раз меньше рассматриваемого телефонного кабеля.
Высокая защищенность от несанкционированного доступа. Поскольку ВОК практически не излучает в радиодиапазоне, то передаваемую по нему информацию трудно подслушать, не нарушая приема-передачи. Системы мониторинга (непрерывного контроля) целостности оптической линии связи, используя свойства высокой чувствительности волокна, могут мгновенно отключить "взламываемый" канал связи и подать сигнал тревоги. Сенсорные системы, использующие интерференционные эффекты распространяемых световых сигналов (как по разным волокнам, так и разной поляризации) имеют очень высокую чувствительность к колебаниям, к небольшим перепадам давления. Такие системы особенно необходимы при создании линий связи в правительственных, банковских и некоторых других специальных службах, предъявляющих повышенные требования к защите данных.
Гальваническая развязка элементов сети. Данное преимущество оптического волокна заключается в его изолирующем свойстве. Волокно помогает избежать электрических "земельных" петель, которые могут возникать, когда два сетевых устройства неизолированной вычислительной сети, связанные медным кабелем, имеют заземления в разных точках здания, например, на разных этажах. При этом может возникнуть большая разность потенциалов, что способно повредить сетевое оборудование. Для волокна этой проблемы просто нет.
Взрыво- и пожаробезопасность. Из-за отсутствия искрообразования оптическое волокно повышает безопасность сети на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях, при обслуживании технологических процессов повышенного риска.
Экономичность ВОК. Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от меди. В настоящее время стоимость волокна по отношению к медной паре соотносится как 2:5. При этом ВОК позволяет передавать сигналы на значительно большие расстояния без ретрансляции. Количество повторителей на протяженных линиях сокращается при использовании ВОК. При использовании солитонных систем передачи достигнуты дальности в 4000 км без регенерации (то есть, только с использованием оптических усилителей на промежуточных узлах) при скорости передачи выше 10 Гбит/с.
Длительность срока эксплуатации. Со временем волокно испытывает деградацию. Это означает, что затухание в проложенном кабеле постепенно возрастает. Однако, благодаря совершенству современных технологий производства оптических волокон, этот процесс значительно замедлен, и срок службы ВОК составляет примерно 25 лет. За это время может смениться несколько поколений/стандартов приемо-передающих систем.
Удаленное электропитание. В некоторых случаях требуется удаленное электропитание узла информационной сети. Оптическое волокно не способно выполнять функции силового кабеля. Однако, в этих случаях можно использовать смешанный кабель, когда наряду с оптическими волокнами кабель оснащается медным проводящим элементом. Такой кабель широко используется как в России, так и за рубежом.
Несмотря на многочисленные преимущества перед другими способами передачи информации, волоконно-оптические сети имеют также и недостатки, главным образом из-за дороговизны прецизионного монтажного оборудования и надежности лазерных источников излучения. Многие из недостатков, вероятнее всего, будут нивелированы с приходом новых конкурентоспособных технологий в волоконно-оптические сети.
Недостатки ВОЛС
Стоимость интерфейсного оборудования. Электрические сигналы должны преобразовываться в оптические, и наоборот. Цена на оптические передатчики и приемники остается пока еще довольно высокой. При создании оптической линии связи также требуются высоконадежное специализированное пассивное коммутационное оборудование, оптические соединители с малыми потерями и большим ресурсом на подключение-отключение, оптические разветвители, аттенюаторы.
Монтаж и обслуживание оптических линий. Стоимость работ по монтажу, тестированию и поддержке волоконно-оптических линий связи также остается высокой. Если же повреждается ВОК, то необходимо осуществлять сварку волокон в месте разрыва и защищать этот участок кабеля от воздействия внешней среды. Производители тем временем поставляют на рынок все более совершенные инструменты для монтажных работ с ВОК, снижая цену на них.
Требование специальной защиты волокна. Прочно ли оптическое волокно? Теоретически - да. Стекло, как материал, выдерживает колоссальные нагрузки с пределом прочности на разрыв выше 1ГПа (109 Н/м2). Это, казалось бы, означает, что волокно в единичном количестве с диаметром 125 мкм выдержит вес гири в 1 кг. К сожалению, на практике это не достигается. Причина в том, что оптическое волокно, каким бы совершенным оно ни было, имеет микротрещины, которые инициируют разрыв. Для повышения надежности оптическое волокно при изготовлении покрывается специальным лаком на основе эпоксиакрилата, а сам оптический кабель упрочняется, например, нитями на основе кевлара (kevlar). Если требуется удовлетворить еще более жестким условиям на разрыв, кабель может упрочняться специальным стальным тросом или стеклопластиковыми стержнями. Но все это влечет увеличение стоимости оптического кабеля.
Преимущества от применения волоконно-оптических линий связи настолько значительны, что, несмотря на перечисленные недостатки оптического волокна, дальнейшие перспективы развития технологии ВОЛС в информационных сетях более чем очевидны.
