פרק 2: השכבה הפיזית Overview Digital versus Analog communications פרק 2: השכבה הפיזית Overview Digital versus Analog communications Modulation/Demodulation Characteristics and quality determined by medium and signal Physical Media Data Encoding ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

Overview Guided - wire Unguided - wireless Characteristics and quality determined by medium and signal For guided, the medium is more important For unguided, the bandwidth produced by the antenna is more important Key concerns are data rate and distance ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

Physical Media physical link: transmitted data bit propagates across link guided media: signals propagate in solid media: copper, fiber unguided media: signals propagate freely, e.g., radio ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

Physical Media: twisted pair Twisted Pair (TP) two insulated copper wires Category 3: traditional phone wires, 10 Mbps Ethernet Category 5 TP: 100Mbps Ethernet ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

Physical Media: coax, fiber Coaxial cable: wire (signal carrier) within a wire (shield) baseband broadband bidirectional common use in 10Mbs Ethernet Fiber optic cable: glass fiber carrying light pulses high-speed operation: 100Mbps Ethernet high-speed point-to-point transmission (e.g., 5 Gps) low error rate ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

Physical media: radio Radio link types: microwave e.g. up to 45 Mbps channels LAN (e.g., waveLAN) one to tens of Mbps wide-area (e.g., cellular) e.g. CDPD, 10’s Kbps satellite bandwidth in the Gbps range 270 Msec end-end delay signal carried in electromagnetic spectrum no physical “wire” bidirectional propagation environment effects: reflection obstruction by objects interference ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

תווכי שידור - Transmission Media הגדרה - תווך שידור הוא המסלול הפיסי בו עובר אות אלקטרומגנטי בדרכו מן המשדר אל המקלט. תווך מונחה (guided media) - התווך מאלץ התקדמות של האותות במסלול מוגדר. זוג שזור כבל קואקסיאלי סיב אופטי תווך חפשי (unguided media) - התווך (בתנאי שהוא אחיד) אינו קובע את מסלול האות אטמוספירה (Wireless Communication) ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

תווכי שידור - המשך האיכות של שידור המידע נקבעת על פי תכונות התווך ועל פי תכונות האות המשודר (אפנון) בתווך מונחה - תכונות התווך הן המשמעותיות יותר בתווך חפשי - תכונות האות הן המשמעותיות (תדר האות קובע את אופן התפשטותו בתווך) כללית - קצב שידור גבוה יותר ולמרחקים גדולים יותר - יתרון פרמטרים המשפיעים על קצב וטווח השידור רוחב סרט - קצב השידור גדול יותר ככל שרוחב הסרט גדול יותר. ליקויים בשידור - בד"כ נובעים מהנחתה של רמת האות. התאבכות - התאבכות גורמת לעיוותים של צורת האות או אף "להעלים" אותו. מספר המקלטים - בתווך מונחה מספר המקלטים משפיע על הנחתת האות ועיוותו. ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

תווך מונחה - Guided Media קיבולת הערוץ במונחים של קצב מידע או רוחב סרט, תלויה באופן חד ב: מרחק קו נל"נ (point to point) או קו שיתופי (multipoint) Point-to-point transmission characteristics of guided media ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

זוג שזור - Twisted Pair הזול ביותר. הנפוץ ביותר. שימושי עבור אותות אנלוגיים וספרתיים. אותות אנלוגיים - מגברים דרושים כל 5-6km. אותות ספרתיים - מגברים מגברים בכל 2-3km. מוגבל מאוד במרחק ובקצב השידור. רגישות גבוהה לרעשים והפרעות חשמליות. רוחב סרט עד 250kHz עבור אותות נל"נ אנלוגיים. רוחב סרט עד מספר MHz עבור אותות נל"נ דיגיטליים. ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

הנחתה של זוגות שזורים סטנדרטיים ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

כבל קואקסיאלי - Coaxial Cable שימושים : אותות וידאו וטלביזיה (שימוש עיקרי) שידור טלפוניה למרחקים גדולים. חיבורים בין חלקים שונים של מערכת מחשב. חיבורי מחשבים לרשת LAN תכונות : חסינות טובה להפרעות אלקטרומגנטיות שידורים מושפעים בד"כ מהנחתה, רעשים ו-intermodulation noise (בקווי FDM). אנלוגי - מגברים בכל מספר ק"מ (מרחק קטן עם הגדלת התדר) ותדרים עד 400MHz. ספרתי - מגברים בכל ק"מ (500 מ' עבור קצבי שידור גבוהים). ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

סיב אופטי - Optical Fiber הטוב יותר מכל הבחינות (פרט למחיר אשר יורד בהדרגה). קיבולת - קצבי מידע של 2Gbps למרחקים של עשרות ק"מ (בהדגמות). מידה ומשקל - דקים בלפחות בסדר גודל מאשר שני התווכים הקודמים. המשקל הנמוך מקל על תכנוני מארזים . הנחתה - קטנה משמעותית מאשר בשני התווכים הקודמים. בידוד אלקטרומגנטי - לא מושפע משדות אלקטרומגנטיים ולכן אין רגישות לרעשים או הפרעות חיצוניות. ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

סיב אופטי - המשך חמישה יישומים עיקריים : קווי טלפוניה ארוכי טווח (Long-haul) אורך ממוצע 900miles קיבולת של 20,000 עד 60,000 שיחות קוליות (voice) לערוץ מתחרה במחיר בשידורי מיקרוגל כבילה עירונית - Metropolitan trunking אורך ממוצע כ-8miles קיבולת של עד 100,000 שיחות כבילה באזורים חקלאיים - Rural-exchange trunks אורך ממוצע של 25 עד 100miles לחיבור בין ערים וכפרים מנויים - Subscriber loop חיבור ישיר של סיב ללקוח - בד"כ לעסקים. רשתות מקומיות - LANs פותחו סטנדרטים חדשים התומכים בקצבים של עד 100Mbps. שימוש בסיבים חיוני עבור יישומים תובעניים כמו וידאו, תמונות, קול וכו' ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

סיבים אופטיים - תכונות ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

Attenuation of Typical Guided Media ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

Characteristic of unguided communication bands ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

תקשורת אסינכרונית טכניקה שימושית ליישומי תקשורת איטיים קשר בין מחשב אישי ל-modem, fax, מדפסת וכו’. אותות השעון של המשדר והמקלט הינם בלתי תלויים ואינם מתואמים (סינכרון). אין דרישות תזמון בין תווי מידע (או בתים) עוקבים בתשדורת. אחרי כל בית יכולה לבוא תקופת "שקט" בלתי מוגבלת. ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

תקשורת אסינכרונית - המשך כל תו בעל גודל זהה ומבנה זהה. "ביט התחלה" (start bit) מקדים כל תו. ביט או שני ביטי סיום (stop bit) מציינים את סוף התו. חוסר הסינכרון בין השעונים מחייב תקשורת איטית (עד 64kbps ובד"כ איטית יותר). שעון המקלט פועל בקצב גבוה יותר מקצב המידע ( פי 16 או פי 32). ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

תקשורת אסינכרונית - המשך העברת מידע בפרוטוקולים מורכבים (המשתמשים במסגרות מידע ) ביותר באמצעות תקשורת אסינכרונית דורש שימוש בתווי מידע ייעודיים לסימול של תחילת וסיום מסגרת. לתווים אלה אסור להופיע בתוך חלק הנתונים של המסגרת שימוש ב-Byte Stuffing עם תווי SOH ו-EOT ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

תקשורת סינכרונית ההבדל המשמעותי בין תקשורת סינכרונית לאסינכרונית הוא בפעולה מתואמת של שעוני המקלט והמשדר אות השעון מועבר למקלט באמצעות: קו נפרד (למשל X.21 או RS-449). קידוד בתוך המידע. יתרונות : קצבי מידע גבוהים מאוד (למשל רשת Ethernet). חסינות מפני שינויים בשעון המשדר. חסרונות : תכנון ומעגלים מורכבים יותר. ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

קידוד מידע - Data Encoding דרישות (מינימליות) רוחב סרט קטן כדי לאפשר שידור של מספר גדול של אותות על אותו הערוץ. רמת DC נמוכה ככל האפשר - ההנחתה של האות תלויה בעוצמתו. מספר שינויים גדול גדול ככל האפשר כדי לאפשר סנכרון שיתבסס על שינויים אלה וללא הוספה של אותות שעון (מידע נוסף). אותות לא מקוטבים כך שההעברה על זוג חוטים לא תהיה תלויה בחיבור הפיסי של החוטים. ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

Nonreturn-to-Zero Level (NRZ-L) 0 = high level 1 = low level יתרון פשטות - קשר ישר לרמה הלוגית של האות חסרונות רמת DC גבוהה - 1/2 מערך האות (מתגברים באמצעות שתי רמות הפוכות) רוחב סרט גבוה (חצי מקצב המידע) יתכן מצב ללא שינוי רמות (זרם של 1 או 0 רצופים) ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

שילוב של רוחב סרט של NRZ עם שינויים תכופים כמו ב-RZ Nonreturn-to-Zero Inverted (NRZ-I) 0 = no transition at beginning of interval (one bit time) 1 = transition at beginning interval יתרונות: שילוב של רוחב סרט של NRZ עם שינויים תכופים כמו ב-RZ חשוב - האות אינו תלוי בקוטביות (שינוי תמיד == 1) ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

דומה ל-RZ עם היתרון של ביטול רמת ה-DC Bipolar-AMI (Alternate Mark Inversion) 0 = no line signal 1 = positive or negative level, alternating for successive ones תכונות: דומה ל-RZ עם היתרון של ביטול רמת ה-DC ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

דומה ל-RZ עם היתרון של ביטול רמת ה-DC (זהה ל-AMI) Pseudoternary 0 = positive or negative level, alternating for successive zeros 1 = no line signal תכונות דומה ל-RZ עם היתרון של ביטול רמת ה-DC (זהה ל-AMI) ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

יתרונות : רמת DC 0 סנכרון תמיד יש שינויים חסרונות : רוחב סרט גדול Manchester (Phase Encode - PE) 0 = transition from H to L in the middle of the interval 1 = transition from L to H in the middle of the interval יתרונות : רמת DC 0 סנכרון תמיד יש שינויים חסרונות : רוחב סרט גדול אות קוטבי ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

כל היתרונות של Manchester Differential Manchester Always a transition in the middle of the interval 0 = transition at the beginning f the interval 1 = no transition at the beginning of the interval יתרונות : כל היתרונות של Manchester האות אינו קוטבי (אין תלות בכיוון חיבור החוטים) חסרונות : רוחב סרט גדול (כמו Manchester) ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

בעל יתרונות ביחס לכל הפרמטרים שהוזכרו חסרון מורכב HDB3 (High Density Bipolar 3 zeros) Same as bipolar AMI, except that any string of four 0's is replaced by a string with one code violations יתרונות בעל יתרונות ביחס לכל הפרמטרים שהוזכרו חסרון מורכב ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

יתרונות וחסרונות - כמו HDB3 B8ZS (Bipolar with 8 Zeros Substitution) Same as bipolar AMI, except that any string of eight 0's is replaced by a string with two code violations שמיניית אפסים מוחלפת ב- +-0-+000 אם הפולס הקודם היה חיובי -+0+-000 אם הפולס הקודם היה שלילי יתרונות וחסרונות - כמו HDB3 ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

קידוד מידע - המשך ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב

תכונות ספקטרליות של שיטות הקידוד השונות ארכיטקטורת רשתות (37110201) המחלקה להנדסת מערכות תקשורת, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב