6. Физический уровень

1. Физический уровень.

Дисциплина: МДК.04.01 Выполнение работ
по монтажу, наладке, эксплуатации и обслуживанию локальных
компьютерных сетей
Преподаватель: Дмитриев Владислав Андреевич

2. Цель и задачи

• Цель занятия:
Сформировать системное представление о физическом уровне модели OSI,
его назначении, компонентах и принципах работы, заложить практическую
базу для монтажа и обслуживания кабельных систем.
• Задачи занятия:
Объяснить назначение физического уровня в модели OSI.
Изучить разновидности кабелей и разъёмов.
Рассмотреть принципы модуляции и избыточного кодирования.
Изучить работу концентратора и понятие широковещательного домена.
Рассмотреть пассивное сетевое оборудование.
Освоить стандарты и инструменты обжима кабеля.
Научиться применять знания для монтажа и диагностики кабельных систем.

3. Что такое физический уровень?

• Физический уровень (Physical Layer, L1) - это первый уровень модели OSI, который
отвечает за передачу сырых битов по среде передачи.
• Основные задачи:
Кодирование - преобразование битов в сигналы.
Передача - отправка сигналов по среде.
Приём - получение сигналов из среды.
Декодирование - преобразование сигналов в биты.
• Что работает на физическом уровне:
Кабели (витая пара, оптоволокно, коаксиальный кабель)
Разъёмы (RJ-45, SC, ST, LC)
Концентраторы (Hub), повторители (Repeater)
Сетевые карты (NIC)
• Единица данных:
• Бит (Bit) - 0 или 1.

4. Разновидности кабелей: витая пара

• Витая пара (Twisted Pair) - самый распространённый тип кабеля для локальных сетей.
• Устройство:
4 пары скрученных проводов (8 проводов).
Каждая пара имеет свой цвет.
Скрутка защищает от помех.
• Категории:
Категория
Скорость
Применение
CAT3
10 Мбит/с
Телефония
CAT5
100 Мбит/с
Fast Ethernet
CAT5e
1 Гбит/с
Gigabit Ethernet
CAT6
10 Гбит/с
Gigabit Ethernet
CAT6a
10 Гбит/с
10G Ethernet
• Экранирование:
UTP - неэкранированная витая пара.
STP - экранированная витая пара.
FTP - фольгированная витая пара.

5. Разновидности кабелей: оптоволокно и коаксиальный кабель

• Оптоволокно (Fiber Optic):
Передаёт световые импульсы.
Одномодовое - до 100 км, высокая скорость.
Многомодовое - до 2 км, средняя скорость.
Преимущества: высокая скорость, защита от помех, большая дальность.
Недостатки: дорого, сложный монтаж.
• Коаксиальный кабель (Coaxial):
Центральная жила, экран, изоляция.
Скорость - до 10 Мбит/с.
Расстояние - до 500 м.
Недостатки: устарел, низкая скорость.
• Сравнение:
Тип
Скорость
Расстояние
Применение
Витая пара
до 10 Гбит/с
до 100 м
Локальные сети
Оптоволокно
до 100 Гбит/с
до 100 км
Магистрали
Коаксиальный
до 10 Мбит/с
до 500 м
Устарел

6. Разъёмы и коннекторы

• Основные типы разъёмов:
• Для витой пары:
RJ-45 - 8 контактов, для Ethernet.
RJ-11 - 4 контакта, для телефонии.
• Для оптоволокна:
SC - квадратный разъём.
ST - круглый разъём.
LC - маленький разъём.
• Для коаксиального кабеля:
BNC - байонетный разъём.
• Стандарты обжима RJ-45:
T568A - стандарт A.
T568B - стандарт B (более распространён).
• Прямой и кроссовый кабель:
Прямой - одинаковый стандарт на обоих концах.
Кроссовый - разные стандарты на концах.

7. Модуляция

• Модуляция - это процесс изменения параметров сигнала для передачи
информации.
• Виды модуляции:
Амплитудная (AM) - изменение амплитуды.
Частотная (FM) - изменение частоты.
Фазовая (PM) - изменение фазы.
• Зачем нужна модуляция:
Преобразование цифровых данных в аналоговый сигнал.
Передача данных на большие расстояния.
Эффективное использование среды передачи.
• Пример:
AM - изменение громкости.
FM - изменение высоты тона.
PM - изменение момента начала сигнала.

8. Избыточное кодирование

• Избыточное кодирование - это метод кодирования, при котором в данные
добавляются избыточные биты для обнаружения и исправления ошибок.
• Зачем нужно:
Обнаружение ошибок при передаче.
Синхронизация передатчика и приёмника.
Улучшение помехоустойчивости.
• Примеры:
Манчестерское кодирование - используется в Ethernet.
4B/5B - используется в Fast Ethernet.
8B/10B - используется в Gigabit Ethernet.
• Как работает:
Каждые 4 бита данных преобразуются в 5 битов.
Каждые 8 битов данных преобразуются в 10 битов.
Избыточные биты помогают обнаружить ошибки.

9. Концентратор (Hub)

• Концентратор (Hub) - это устройство физического уровня, которое объединяет несколько устройств в сеть.
• Принцип работы:
Принимает сигнал на один порт.
Повторяет сигнал на все остальные порты.
Не анализирует MAC-адреса.
Не запоминает устройства.
• Недостатки:
Много лишнего трафика.
Коллизии (конфликты).
Медленная работа.
Устаревшее оборудование.
• Отличие от коммутатора:
Концентратор
Коммутатор
Пересылает на все порты
Пересылает на нужный порт
Много трафика
Минимальный трафик
Медленнее
Быстрее
Глупое устройство
Умное устройство

10. Широковещательный домен

• Широковещательный домен (Broadcast Domain) - это логическая область сети, в
пределах которой широковещательные пакеты распространяются на все
устройства.
• Как работает:
Устройство отправляет broadcast-пакет.
Все устройства в домене получают этот пакет.
Коммутаторы пересылают broadcast на все порты.
Маршрутизаторы блокируют broadcast.
• Влияние на сеть:
Большой broadcast-домен = много лишнего трафика.
Много broadcast-трафика = снижение производительности.
Решение: разделение на VLAN.
• Пример:
Коммутатор создаёт один broadcast-домен.
Маршрутизатор разделяет broadcast-домены.

11. Пассивное оборудование

• Пассивное оборудование -это оборудование, которое не требует питания и не усиливает
сигнал.
• Виды:
Кабели - витая пара, оптоволокно, коаксиальный.
Разъёмы - RJ-45, SC, ST, LC.
Патч-панели - для коммутации кабелей.
Кабель-каналы - для прокладки кабелей.
Монтажные шкафы - для размещения оборудования.
Розетки - для подключения устройств.
• Отличие от активного оборудования:
Пассивное
Активное
Не требует питания
Требует питания
Не усиливает сигнал
Усиливает сигнал
Кабели, разъёмы, шкафы
Коммутаторы, маршрутизаторы

12. Стандарты обжима кабеля

Стандарты обжима RJ-45:
T568A:
Бело-зелёный
Зелёный
Бело-оранжевый
Синий
Бело-синий
Оранжевый
Бело-коричневый
Коричневый
T568B:
Бело-оранжевый
Оранжевый
Бело-зелёный
Синий
Бело-синий
Зелёный
Бело-коричневый
Коричневый
Прямой кабель:
Одинаковый стандарт на обоих концах.
Используется для подключения ПК к коммутатору.
Кроссовый кабель:
Разные стандарты на концах.
Используется для подключения ПК к ПК.

13. Инструменты для обжима кабеля

• Основные инструменты:
Обжимной инструмент (Crimper) - для закрепления разъёма.
Стриппер (Stripper) - для снятия изоляции.
Кабельный тестер - для проверки кабеля.
Нож - для зачистки кабеля.
Коннекторы RJ-45 - для обжима.
• Порядок обжима:
Снять изоляцию с кабеля.
Распутать и выровнять провода.
Обрезать провода на нужную длину.
Вставить провода в разъём.
Обжать разъём инструментом.
Проверить кабель тестером.

14. Практический пример: обжим кабеля

• Задача:
Обжать кабель витая пара с разъёмами RJ-45 по стандарту T568B.
• Шаги:
Отмерить нужную длину кабеля.
Снять изоляцию с обоих концов (2-3 см).
Распутать провода.
Выровнять провода в порядке T568B.
Обрезать провода на длину 1-1.5 см.
Вставить провода в разъём RJ-45.
Обжать разъём инструментом.
Проверить кабель тестером.
• Проверка:
Тестер показывает последовательность 1-2-3-4-5-6-7-8.
Если порядок нарушен - переделать.

15. Типичные ошибки при обжиме кабеля

Ошибка
Неправильный порядок проводов
Симптом
Тестер показывает неверную
последовательность
Решение
Переделать обжим
Провода не до конца вставлены
Нет контакта
Вставить до упора
Изоляция попала в разъём
Нет контакта
Переделать обжим
Слишком длинная зачистка
Провода замыкают
Обрезать короче
Плохой обжим
Нестабильная работа
Переделать обжим
Повреждение проводов
Нет сигнала
Заменить кабель

16. Итоги

• Физический уровень - первый уровень модели OSI, отвечает за передачу
битов.
• Кабели - витая пара, оптоволокно, коаксиальный.
• Разъёмы - RJ-45, SC, ST, LC, BNC.
• Модуляция - амплитудная, частотная, фазовая.
• Избыточное кодирование -манчестерское, 4B/5B, 8B/10B.
• Концентратор - устройство физического уровня, повторяет сигнал.
• Широковещательный домен - область распространения broadcast.
• Пассивное оборудование - кабели, разъёмы, патч-панели.
• Стандарты обжима - T568A, T568B.
• Инструменты - обжимной инструмент, стриппер, тестер.

17. Вопросы

• Что такое физический уровень? Какие задачи он решает?
• Назовите основные типы кабелей.
• Чем отличается витая пара от оптоволокна?
• Какие разъёмы используются для витой пары?
• Что такое модуляция? Какие виды модуляции вы знаете?
• Что такое избыточное кодирование? Зачем оно нужно?
• Что такое концентратор? Чем он отличается от коммутатора?
• Что такое широковещательный домен?
• Что такое пассивное оборудование? Приведите примеры.
• Какие стандарты обжима вы знаете?
• Какой инструмент используется для обжима кабеля?
• Как проверить правильно ли обжат кабель?