Datornätverk A – lektion 7

Kapitel 7: Transmissionsmedia

Kapitel 8: Kretskoppling

Bredbandsinfrastruktur

Kapitel 9: Bredbandsaccesstekniker: DSL, Cable Modem.

Chapter 7

TransmissionMedia

Figure 7.2 Classes of transmission media

Figure 7.3 Twisted-pair cable (TP)

Figure 7.4 UTP (Unshielded TP) and STP (Shielded TP)

Table 7.1 Categories of unshielded twisted-pair cablesTable 7.1 Categories of unshielded twisted-pair cables

Category Bandwidth Data Rate Digital/Analog Use

1 very low < 100 kbps Analog Telephone

2 < 2 MHz 2 Mbps Analog/digital T-1 lines

3 16 MHz 10 Mbps Digital LANs

4 20 MHz 20 Mbps Digital LANs

5 100 MHz 100 Mbps Digital LANs

6 (draft) 200 MHz 200 Mbps Digital LANs

7 (draft) 600 MHz 600 Mbps Digital LANs

Figure 7.5 UTP connector

Figure 7.7 Coaxial cable

Table 7.2 Categories of coaxial cablesTable 7.2 Categories of coaxial cables

Category Impedance Use

RG-59RG-59 75 Cable TV

RG-58RG-58 50 Thin Ethernet

RG-11RG-11 50 Thick Ethernet

Ledningens karaktäristiska impedans är den impedans (eller resistans) ledningen skulle ha om den vore oändligt långt.

Figure 7.8 BNC connectors

BNC-Bayonet Neill Concelman

T-koppling

Ledningsreflektioner

• Se animering.• Ledningsreflektioner kan orsaka s.k. stående vågor, som

innebär att vissa frekvenser släcks ut i vissa punkter på ledningen.

• Reflektioner kan uppstå:○ om ledningar med olika karaktäristisk impedans kopplas samman, ○ om en ledning får t.ex. en kläm- eller fuktskada, ○ om långa ledningar parallellkopplas (t.ex. om man stoppar in en

ledning mellan T-kopplingen och datorn som är längre än halva våglängden), eller

○ om en ledning inte avslutas med en termineringsresistor som har samma resistans som ledningens karaktäristiska impedans.

Ledningsreflektioner (Forts)

• Viktigt vid bussnät baserade på koaxialkablar.

• Vid bussnät är nätverkskortet högohmigt, dvs avbrott. I ledningens båda ändar behövs en terminering på samma impedans som ledningen karaktäristiska impedans, t.ex. 50 Ohm vid Ethernet koaxialkabel.

• Vid TP-kablar innehåller Ethernetkortet en termineringsresistor, dvs det är lågohmigt. Därmed behövs ingen extra termineringsresistor. Men därför är det inte möjligt att ansluta flera datorer till samma TP-kabel, utan att det uppstår reflektioner. Datorerna måste anslutas till ett nätnav (hub) eller en växel (switch), och således bilda ett fysiskt eller logiskt stjärnnät.

Kabeltyper för Ethernet

• 10BASE5=Tjock Ethernet, 10Mbps, 500m avstånd, koaxial.

• 10BASE2=Tunn Ethernet, 10Mbps, 200m, koaxial.

• 10BASE-T, 10Mbps, 100m, TP=Tvinnad parkabel, hubnät.

• 100BASE-T=Fast Ethernet, 100Mbps, 100m, TP, hubnät.

• 1000BASE-T, 1000Mbps, TP, hubnät.

Kontaktdon för Ethernet

Figure 7.13 Modes

Figure 7.15 Fiber-optic cable connectors

Figure 7.16 Optical fiber performance

Figure 7.9 Coaxial cable performance

Figure 7.2 Classes of transmission media

Figure 7.17 Electromagnetic spectrum for wireless communication

Våglängd och frekvens

8

300[ ]

Antal MHz

där ljusets hastighet 3 10 / ,

är våglängden i meter, och

är radiovågornas frekvens i Hz.

c cf m

f

c m s

f

Ju högre frekvens desto kortare våglängd.

Vågutbredning av radio- och mikrovågor

• Exempel: Radio-LAN använder ofta frekvensen 2.4GHz,dvs våglängden 300/2400 =0.125m.

• Radioskugga kan uppstå bakom föremål med storlek några våglängder (några dm i vårt exempel).

• Radiovågor dämpas kraftigt av metallnät, t.ex. armeringsjärn, med mindre hål än en halv våglängd (ca 6 cm i vårt fall). Metallnätet utgör då Faradays bur.

Figure 7.19 Wireless transmission waves

2 – 300GHzKort avståndeller line-of-sight

30kHz – 2GHz 300 – 400GHz

Line-of-sight

•Broadcasting (radiooch TV),•Mobiltelefoni

•Mikrovågslänkar (tvåparabolantenner på två huseller master)•Satellitkommunikation•Radio-LAN•Korthållskommukation(t.ex. Bluetooth)

•Fjärrstyrning•IRDA

Figure 7.20 Omnidirectional antennas

Används ofta vid radiovågor

Radio waves are used for broadcast communications, such as radio and

television, and paging systems.

NoteNote::

Figure 7.21 Unidirectional antennas

Används ofta vid mikrovågslänkaroch satellitkommunikaton

Infrared signals can be used for short-range communication in a closed area

using line-of-sight propagation.

NoteNote::

Chapter 8

Circuit Switchingand

Telephone Network

Telephone network – Local Switch

• The telephone network uses switches○ Every subscriber ( telephone jack in a house) has a twisted-pair wire

connected to the closest telephone exchange. They are called local switches or local exchanges.

subscriber

switch

• This cannot provide connection to subscribers connected to another local switch.

Switches

• What is a switch?○ A central device usually used with a star topology

○ Can be built in hardware and/or software

○ Used to provide temporary connections between any two devices connected to the switch

○ A network of switches can be made if a very large number of devices spread in a large geographic space need to be connected

A Circuit Switch

• Device with a number of inputs and outputs

• Creates temporary physical connection between an input and output link

Subscribers connected to the same swich• The local switch can connect

each telephone with each other

Figure 8.2 A circuit switch

Circuit Switching

• Three phases of the connection:○ Circuit establishment

○ Data transfer

○ Circuit disconnect

• The bandwidth is guaranteed during the connection○ The bandwidth cannot be used by anyone else, even if it is not

needed at certain moment (no flexibility)

Figure 8.4 Crossbar switch

Figure 8.5 Multistage switch

Space switching

Figure 8.6 Switching path

Figure 8.7 Time-division multiplexing, without and with a time-slot interchange

Figure 8.8 Time-slot interchange

Figure 8.10 TST switch (Time-Space-Time)

Characteristics of the Switches

• Space switches○ The advantage is that if a cross point is available, the connection is

almost instantaneous○ The disadvantage is the need for many cross points which is

expensive

• Time switches○ Advantage is that it does not need cross points○ Limited by the maximum data rate of one line.○ Introduces a fixed delay.

• Combined switches combine the advantages of both types

Figure 8.11 A telephone system

Accessnät(Spridningsnät)

Hierarchy of the Telephone Network

subscriberlines (local loops)

local exchanges (toll offices)

International gateway exchange

National tandem exchanges

regional tandemexchanges

local tandemexchangeslocal

network

Internationalnetwork

trunk network

Tandem offices

Chapter 9

Bredbandsaccess-tekniker

Bredbands-infrastruktur

Ethernet-LANanvänds ofta i flerfamiljshus

9.1 DSL Technology9.1 DSL Technology

ADSL

Other DSL Technologies

ADSL is an asymmetric communication technology designed for residential users; it is not suitable

for businesses.

NoteNote::

The existing local loops can handle bandwidths up to 1.1 MHz.

NoteNote::

ADSL is an adaptive technology. The system uses a data rate based on the

condition of the local loop line.

NoteNote::

Figure 9.2 Bandwidth division

Figure 9.1 DMT

Dicrete Multi-tone Modulation

- Många långsamma modulatorer, var och en på olika underbärvågsfrekvens.Syfte: - Vid störningar på vissa frekvenser kan antal bit per symbol minskas endast på dem. - Långa symboler ger mindre känslighet för intersymbol-interferens.

ADSL Frequency Spectrum

• Divides the bandwidth into 256 x 4.3K channels

• 1 (ch 0) POTS, 5 (ch 1-5) not used, 1 upstream control, 1 downstream control

• Typical 6-30 for upstream, rest for downstream

• Each 4.3K channel 4K baud sample, V.34 QAM modulation, up to 15 bits per baud4K * 15 = 60 Kbps per channel

Figure 9.3 ADSL modem

Figure 9.4 DSLAM

Other DSL Technologies

• SDSL (Symmetric DSL) divides frequencies evenly

• HDSL (High-rate DSL) provides DS1 bit rate in both directions

Short distances

Four wires

• VDSL (Very high bit rate DSL) provides up to 52 Mbps

Very short distance

Requires Optical Network Unit (ONU) as a relay

9.2 Cable Modem9.2 Cable Modem

Traditional Cable NetworksHFC NetworkSharingCM and CMTSDOCSIS

Figure 9.5 Traditional cable TV network

Communication in the traditional cable TV network is unidirectional.

NoteNote::

Figure 9.6 HFC network

Communication in an HFC cable TV network can be bidirectional.

NoteNote::

Figure 9.7 Coaxial cable bands

Downstream data are modulated using the 64-QAM modulation technique.

NoteNote::

Upstream data are modulated using the QPSK modulation technique.

NoteNote::

Figure 9.8 Cable modem

Figure 9.9 CMTS

CMTS = Cable Modem Terminating System