Verilənlərin ötürmə mühitləri

Fiziki qatın məqsədi bitləri bir maşından digərinə daşımaqdır. Real daşımalar üçün müxtəlif fiziki mediadan istifadə edilə bilər. Hər biri ötürmə sürəti, gecikmə, xərc və quraşdırma və baxım asanlığı baxımından özünə məxsus oyuqları var. Media kobud şəkildə mis naqillər və fiber optik kimi yönləndirilmiş media, yerüstü simsiz, peyk və lazerlər kimi hava ilə ötürülən yönləndirilməmiş mediyaya bölünür.

Magnetik media

Verilənləri bir kompüterdən digərinə ötürmək üçün ən çox istifadə olunan yollardandır. Verilənləri magnetik lent və ya silinəbilən media (məs: yazılabilən DVD-lər) üzərinə yazaraq diski və ya lenti fiziki olaraq hədəf olunan maşına daşınır və verilənlər yenidən oxunur. Bu üsul geostasionar əlaqə peyki istifadə etmək qədər mürəkkəb olmasa da, özəlliklə yüksək ötürmə sürəti və ya bit başına daşınan xərcin əsas faktor olduğu programlar üçün daha xərcli olur. Bu dediyimiz fikrin daha aydın olması üçün bunu bir misal ilə aydınladaq. Sənaye standartlı Ultrium lent 800 gb saxlaya bilir. 60X60X60 sm olan bir qutuda hardasa bu lentlərdən 1000 ədəd var və bunun ümumi ölçüsü 800 terabayt və ya 6400 terabit (6.4 petabit). Bu bir qutu lent 24 saat ərzində Federal Express və başqa şirkətlər tərəfindən USA-də istənilən bir yerə çatdırılmalıdır. Bu daşınmanın effektiv ötürmə sürəti 6400 terabit/86.400 san və ya 70 Gbit/s. Əgər bu yol 1 saatlıq məsafədirsə, onda ötürmə sürəti 1700 Gbit/s olacaq. Heç bir kompüter şəbəkəsi belə buna yaxınlaşa bilməz. Əlbəttə şəbəkələr getdikcə sürətlənir, amma sıxlıqda artır. Əgər biz qiymətə baxsaq, bənzər mənzərəni görəcəyik. Ultrium lentinin qiyməti yığın şəklində alsaq hardasa 40 dollar civarındadır. Bu lent ən azı 10 dəfə istifadə edilir ki, onda hər qutunun istifadəsi üçün bəlkədə qiymət 4000 dollar olar. 

Hörülmüş cütlər

Magnetik lentlərin ötürmə sürətinin xarakterikası yaxşı olmasına baxmayaraq, gecikmə xarakteri pisdir. Ötümə vaxtı dəqiqəllər və ya saatlarla ölçülür millisaniyələrlə deyil. Bir çox applikasiyanın onlayn qoşumaya ehtiyacı var. Medianı ötürmək üçün istifadə olunan ən köhnə və ən ümumi yol hörülmüş cütlərdir. Hörülmüş cüt hardasa 1 mm qalınlığı olan izolasiya edilmiş iki misdən ibarətdir. Bu hörülmüş cütlərdə signal bir cütdəki iki naqilin gərginlik fərqi şəklində daşınır. Bu da xarici parzitlərə qarşı daha yaxşı müdafiə qazanır, çünki parazit naqillərin ikisinədə eyni qədər təsir edir.

Hörülmüş cütlərin ən çox istifadə sahəsi telefon sistemidir. Telefon zəngləri və ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) İnternet bu xətlər üzərindən keçid tapır. Hörülmüş cütlər gücləndirmə olmadan bir neçə kilometr ötürmə edə bilir, amma çox uzun məsafələrdə signal zəifləyir və gücləndiriciyə ehtiyac duyur.

4 cütü ilə kateqoriya 5 UTP kabel 

Hörülmüş cütlər analoq və rəqəmli informasiyanı ötürmək üçün istifadə olunur. Ötürmə sürəti naqilin qalınlığından və məsafədən aılı olaraq dəyişir, amma az kilometrdə bir çox hallarda bir neçə megabit/san əldə etmək olur. Hörülmüş cütlər bir neçə variantda olur. Bir çox ofis binalarında istifadə olunan ən ümumi naqil növü Category 5(Cat 5) kabelidir. Kateqoriya 5 hörülmüş cütü ehmalca hörülmüş izolə edilmiş 2 mis naqildən ibarətdir. Naqilləri qorumaq və onları bir arada saxlamaq üçün hər 4 cütü adətən plastik örtüklə qruplayırlar. Bu tərtibat aşağıdakı şəkildə göstərilib.

Müxtəlif LAN standartları hörülmüş cütləri müxtəlif şəkildə istifadə edə bilər. Məsələn 100 Mbit/s lik ethernet kabeli 2 cüt istifadə edir ki, bunlardan bir cütü istiqamət üçündür. Yüksək sürətlərə çatmaq üçün məsələn 1 Gbit/s Ethernet eyni zamanda hər iki istiqamət üçün dörd cütün hamısı istifadə olunur.

Bəzi əsas terminalogiyalara baxaq. Kanallar hər iki istiqamətdə eyni zamanda istifadə edilə bilər, bu da full-duplex adlanır. Kanal hər iki istiqamətdə istifadə edilə bilər, amma eyni zamanda ancaq bir istiqamətdə bu da half-duplex adlanır. Üçüncü kateqoriya elə kanallardan ibarətdir ki, sadəcə bir istiqaməti var. Bu da  simplex kanal adlanır.

Hörülmüş cütlərə qayıtsaq, Cat 5 kabelləri əvvəlki Cat 3 kabellərini əvəz edir. Eyni konnetktor, eyni kabeldən istifadə etməsinə baxmayaraq, hər metrə başına düşən hörüklərin sayı artmışdır. Daha çox hörüyün nəticəsində uzaq məsafələrə daha keyfiyyətli siqnal daşınır. Hörük artımının nəticəsində kabellər yüksək sürətli əlaqə üçün daha əlverişli olur, özəlliklə 100 Mbit/s və 1Gbit/s ethernet LAN-larda.

Cat 6 və Cat 7 kimi yeni standartlara malik kabellər siqnalları idarə etmək üçün daha yüksək ötürmə sürətlərinə çatan özəlliklərə sahbdir. Cat 6 sayəsində bu kabel tipləri UTP adlanır. Çünki bu kabellərdə sadəcə kabellərdən və izolyatordan ibarətdir. Cat 7 kabellərə baxsaq, bunlarda hər hörülmüş cütün qoruyucuları var. Örtük sayəsində kabellər xarici təsirlərə və parazitlərə qarşı dayanıqlı olur. 

Koaksiyal kabel

Başqa yayılmış ötürmə mühiti koaksiyal kabeldir. UTP kabellərə nəzərən yaxşı izoliyasiya edilmiş və böyük ötürmə sürətinə malikdir. Yüksək sürətlərdə uzaq məsafələrə ötürmə edə bilir. Koaksiyal kabellərin iki növü daha geniş istifadə olunur. Bir növü 50 ohm kabel, ən başdan ən çox dijital ötürmə üçün istifadə olunur. Digəri 75 ohm olan kabel analoq ötürmə və kabel televizya üçün istifadə olunur. Bu ayrım tarixə əsaslanır, texniki səbəblərə deyil. Buna səbəb erkən dipol antenaların müqaviməti 300 ohm idi və mövcud olan 4:1 müqavimət bərabərləyici transformatorlarda istifadə olunur. 1990-ların ortalarından başlayaraq, kabel TV operatorları kabel üzərindən internetə keçid verməyə başladı hansı ki , 75 ohm kabeli verilən kommunikasiyası üçün mühüm hala gətirmişdir. Koaksiyal kabel nüvə kimi sərt mis naqildən ibarət olub, izoləedici material ilə çevrilidir. İzoləedici material silindirik naqil ilə örtülüdür. Bunu tez-tez sıx toxunmuş hörgülü tor adlanır. Naqil isə qoruyucu plastik örtükdür. Koaksiyal kabelin kəsiyi şəkil 2 də göstərilmişdir. 

Koaksiyal kabel

Koaksiyal kabelin konstruksiyası və qoruyucu hissəsi bizə yüksək ötürmə sürəti və əla parazit dayanıqlığı verir. Ötürmə sürəti kabel keyfiyyəti və uzunluqdan asılı olaraq dəyişir. Müasir kabellər bir neçə Ghz ötürmə sürətinə malikdir. Koaksiyal kabellər telefon sistemində uzun məsafələr üçün geniş istifadə olunur, amma indi uzun məsafələr üçün fiber optik kabellərlə dəyişmişdir. Koaksiyal kabellər hələ də kabel televizyasında və böyük şəhər şəbəkələrində istifadə olunur. 

Elektrik xətləri 

Elektrik xəttindən istifadə edən şəbəkə

Verilən əlaqəsində istifadə edilə biləcək tək kabel qaynağı telefon və kabel televiziya şəbəkələri deyil. Daha yayılmış kabel növü var: elektrik xətləri. Elektrik xətləri elektriki evlərə çatdırır və evin içində xətlərə bölünür. Elektrik xətləri kommunikasiya üçün köhnə ideyadır. Elektrik xətləri elektrik şirkətləri tərəfindən uzun müddət uzaqdan ölçüm kimi aşağı sürətli kommunikasiya üçün eləcə də evdə kontrol cihazları tərəfindən (məs, X10 standartı) istifadə edilir. Biz ən geniş yayılmış ssenario üstündə duracayıq: evdə elektrik xətlərindən istifadə. Şəbəkə üçün elektrik xətlərinin istifadəsi aydın şəkildə olmalıdır. Sadə şəkildə Tv-ni və qəbuledicini divara asın, onlar həm elektrik ehtiyaclarını görəcək və filmi həmin kabel vasitəsilə göndərəcək. Bu konfiqurasiya Şəkil 3 də göstərilmişdir. Burada əlavə qoşulma yoxdur. Məlumat siqnalı aşağı tezlikli elektrik siqnalı ilə üst-üstə eyni zamanda daşınır. 

Ev elektrik kabellərinin əsas çətinliyi bunların elektrik siqnalının daşınması üçün istifadə olunmasıdır. Elektrik siqnalları 50–60 Hz də göndərilir və kabelləmə, yüksək sürətli məlumat kommunikasiyası üçün daha yüksək tezliklərə (Mhz) ehtiyac duyur. Kabellərin elektrik xüsusiyyətləri bir evdən digərinə dəyişir və cihazlar açıldığında və bağlandıqda dəyişir, bu da məlumat siqnallarının kabelləri ətrafında sıçramasına səbəb olur. Alətlərin açılması və söndürülməsi zamanı cərəyan edən cərəyanlar geniş yayılmış tezliklərdə elektriki səs-küy yaradır. Bu çətinliklərə baxmayaraq, parazitlənmiş frekanslara və partlamalara dayanıqlı əlaqə planları istifadə edilərək tipik ev elektrik kabellərindən ən az 100 Mbit/s göndərmənin praktikdir.

Fiber optik

Sınma

Fiber kabel

Kompüter sənayesindəki bir çox kişi, hər iki ildə bir çip başına düşən tranzistor sayının iki qatına çıxacağını deyən Moore qanunu təqib edərək kompüter texnologiyasının nə qədər sürətli inkişaf etdiyini görə bilirik. Orjinal (1981) İBM PC 4.77 Mhz tezlikdə işləyirdi. 28 il sonra PC-lər 4 nüvəli 3 Ghz CPU-lar üzərində işləməyə başladı . Həmin dövrlərdə geniş ərazi kommunikasiya kabelləri 45 Mbit/s-dən 100 Gbit/s-ə artdı. Fiber optik şəbəkənin əsasında , yüksək sürətli LAN-larda (hazırda mis naqillər bu sürətlərə çata bilir), Ftth (Fiber to the Home –Fiber Evə) kimi yüksək sürətli internet keçidlərində istifadə edilir. Optik ötürmənin 3 əsas açar komponenti var: işıq mənbəyi, ötürmə mühiti və detektor. Ənənəvi olaraq bir işıq zərbəsi 1 –i , işığın yoxluğu 0-ı göstərir. Ötürmə mühiti çox incə bir şüşə lifdir. Detektor işıq siqnallarını elektrik siqnallarına çevirir. Optik lifin bir tərəfində işıq mənbəyi digər tərəfində isə elektrik siqnallarını qəbul edən sistem var. Bizim bir istiqamətli məlumat ötürməmiz var. Bu elektrik siqnalları çevrilərək işıq pulsasiyaları şəklində daşınır və sonra elektrik siqnallarına çevrilir. Yəni bunu fizikadan bilirik. Bir işıq şüası bir mühitdən digərinə keçdikdə məs , silika/hava sərhədində sınmaya məruz qalır (Şəkil 4). β1 bucağı altında düşən işıq şüası α1 bucağı altında sınır. Sınma bucağının miqdarı iki mühitdən asılı olaraq dəyişir. Müəyyən bucaqda tam qayıtma baş verir. Bu da şəkil 4 də göstərilir. Fiber optik kabellər koaksiyal kabelə bənzəyir fərqi isə hörülmüş hissəsi yoxdur. Şəkil 5 (a) da yandan görünüşü vardır. Ortada işığın yayıldığı şüşə nüvə var. Çoxmodlu liflərdə nüvənin diametri əsasən 50 mikron qalınlığındadır, bu da insan saçının qalınlığı miqdarındadır. Tək modlu liflərdə nüvə 8–10 mikron səviyyələrindədir. Nüvə bütün işığı öz içərisində tutmaq üçün nüvədən daha kiçik qırılma indeksinə sahib bir örtük ilə əhatələnir. Daha sonra örtüyü qorumaq üçün incə plastik bir qoruyucu gəlir. Liflər əsasən bir qrup halında toplanıb, xarici bir örtüklə örtülür. (Şəkil 5 b).

Fiber 3 yolla qoşula bilər. Birincisi, konnektorla bitə bilər və fiber yuvalarına taxılır. Konnektorlar işığın 10–20 % ni itirir, amma sistemləri yenidən konfiqurasiya etməyi kömək edir. İkincisi mexaniki olaraq birləşdirilə bilər. Mexaniki əlavələr diqqətli bir şəkildə kəsilmiş iki ucu birbirinin yanına özəl bir içliyə yerləşdirilir və yerlərinə sıxılır. Üçüncüsü iki fiber əridilərək sağlam əlaqə yaradıla bilər.

Yarımkeçirici diodlar və LED-lərin işıq məbəyi kimi müqayiyəsi

Siqnallamada 2 növ işıq mənbəyi istifadə edilir. Bunlar LED-lər və yarım keçirici lazerlərdir. Onların müxtəlif xüsusiyyətləri var aşağıdakı cədvəldə. Mənbə ilə fiber arasında Fabry-Perot və ya Mach-Zehnder interferometrləri əlavə edərək dalğa uzunluğu köklənə bilər. Fabry-Perot interferometriləri iki paralel aynadan yaraan bəsit rezons boşluqlarıdır. Mach-Zehnder interferometrləri işığı iki bucağa ayırır.

Xarici keçidlər

• Computer Networks, 5th Edition, paraqraf 2.2 səh 95–105