روش های انتقال داده ها در شبکه (رسانه های انتقال)

در ساختار شبکه های کامپیوتری، ادوات کامپیوتری مختلف به وسیله لینک های مخابراتی به یکدیگر متصل شده اند و این لینک های مخابراتی هستند که باعث می شوند این ادوات بتوانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و سیگنال ها و داده ها بتوانند منتقل شوند. این لینک های مخابراتی که به آن ها رسانه های انتقال (Transmission Media) هم گفته می شود، به دو دسته ی کلی محیط هدایت شده و محیط هدایت نشده، تقسیم بندی می شوند.

رسانه های هدایت شده، از یک بستر فیزیکی برای انتقال سیگنال ها و امواج استفاده می کنند.به محیط های هدایت شده در اصطلاح، محیط سیمی یا کابلی گفته می شود. زیر مجموعه رسانه های هدایت شده، از 3 دسته کلی زوج سیم های مسی (Twisted Pair) ، کابل های هم محور) (Coaxial و فیبر نوری (Optical Fiber) تشکیل شده است.

رسانه های هدایت نشده، بر خلاف رسانه های هدایت شده، از یک محیط فیزیکی برای انتقال داده ها و سیگنال ها استفاده نمی کنند بلکه امواج نیازی به این محیط فیزیکی ندارند و در هوا، خلا، آب و .. منتقل می شوند. به محیط های هدایت نشده در اصطلاح، محیط بی سیم گفته می شود. زیر مجموعه های رسانه های انتقال هدایت نشده ، شامل امواج رادیویی، ماهواره ها و امواج مایکروویو و .. دسته بندی می شود. در شکل زیر می توانید ساختار رسانه های انتقال را مشاهده کنید:

رسانه های انتقال هدایت شده

زوج سیم مسی به هم تابیده (Twisted Pair) : روش استفاده از زوج سیم های مسی به هم تابیده، یکی از متداول ترین و ارزان ترین و پرمصرف ترین رسانه های انتقال است به طوری که اکثر اتصالات سیمی بین گوشی های تلفن و مراکز تلفن از این نوع است. این نوع اتصال برای مراکز سرویس دهنده تلفن و اینترنت، نوعی سرمایه به حساب می آید زیرا که مس، گران قیمت است و برای این اتصالات بین منازل و شرکت ها تا مراکز تلفن، سیم کشی طولانی انجام می پذیرد. استفاده از زوج سیم های مسی، بیش از صد سال است که در شبکه های تلفن انجام می شود. این زوج سیم ابتدا برای انتقال تماس های صوتی استفاده می شد اما به مرور زمان و با گسترش فناوری ها و نیاز های بیشتر، از این زوج سیم های مسی برای انتقال داده ها هم استفاده شد. این زوج سیم های مسی به هم تابیده (پیچیده) شده اند و به دلیل این تداخل الکترومغناطیسی، اثر یکسانی روی این سیم ها می گذارد، باعث می شود که انتشار موج بهتر و بیشتر صورت گیرد. از کاربردهای زوج سیم های مسی به هم تابیده در شبکه های تلفنی، ارتباطات داخل یک ساختمان و انتقال سیگنال های دیجیتال و آنالوگ استفاده می شود. البته در نظر داشته باشید در فرکانس های بالا نمی توان از این زوج سیم ها استفاده کرد، زیرا اتلاف انرژی بسیار بالا می رود و افت توان خواهیم داشت.

کابل های هم محور (Coaxial Cable) : یکی دیگر از رسانه های انتقال معروف، کابل های هم محور است. در این کابل از دو رسانا که حول یک محور قرار دارند استفاده می شود. این دو رسانا توسط یک عایق ( دی الکتریک) از یکدیگر جدا می شوند و دور آن ها یک پوشش خارجی در بر گرفته شده است.

کابل های هم محور نسبت به زوج سیم مسی، پهنای باندی بیشتری را برای می تواند انتقال دهد و از طرفی هزینه ساخت و قیمت آن هم بالاتر است. از کابل های هم محور بیشتر برای کابل های تلویزیونی استفاده می شود اما با توجه به ویژگی های آن برای انتقال داده ها نیز مورد استفاده قرار می گیرد.به کمک یک مودم کابلی می توان از این زیر ساخت برای دسترسی به اینترنت پر سرعت ( تا سرعت های چند ده مگابیت بر ثانیه) بهره گرفت. در تلویزیون کابلی و دسترسی اینترنت کابلی، فرستنده سیگنال دیجیتال را به یک باند فرکانسی خاص برده و سپس سیگنال آنالوگ حاصل را به چندین گیرنده همزمان مخابره می کند. قطر این کابل ها بین 1 تا 2.5 سانتی متر است. در شکل زیر ویژگی های این کابل را مشاهده می کنید:

فیبر نوری (Optical Fiber) : دسته سوم از محیط های انتقال هدایت شده، فیبرهای نوری هستند. فیبر نوری یکی از مهم ترین رسانه های انتقال است به طوری که می توان گفت ساختار شبکه های کامپیوتری و اینترنت کنونی بر پایه آن استوار شده است. فیبر نوری می تواند پهنای باند عظیمی حتی در حد چند صد گیگا هرتز در اختیار ما قرار بدهد و می تواند حجم عظیمی از داده را در واحد زمان منتقل کند. تداخل الکترومغناطیسی و امواج دیگر بر روی آن اثری ندارد و شنود از فیبر نوری بسیار دشوار است.این ویژگی های مهم باعث شده که بتوان از فیبر نوری در مسافت های بسیار طولانی ( در حد بین قاره ای ) حتی استفاده کرد و داده ها با سرعت بسیار زیاد منتقل می شوند.

فیبر های نوری یک هسته دارند که از جنس پلاستیک یا شیشه است. دور این هسته را روکشی در بر گرفته است و دور کل این مجموعه نیز پوششی قرار دارد که از این مجموعه محافظت می کند. قطر رشته ای فیبر نوری بین 2 تا 125 میکرو متر است. هزینه ساخت فیبر های نوری وتجهیزات آن مانند فرستنده ها، گیرنده ها و سوییچ های نوری بسیار بالا است و استفاده از آن را در شبکه های کوتاه برد مانند دسترسی اینترنت خانگی محدود کرده است.

مزایای استفاده از فیبر نوری

ظرفیت انتقال بسیار بیشتر نسبت به کابل های هم محور و زوج سیم مسی
عدم تاثیر تداخلات الکترو مغناطیسی بر روی آن
در انتقال داده ها در مسافت ها ی دور، تضعیف بسیار کمی دارد
نرخ خرابی و خطای آن بسیار پایین تر از کابل های هم محور و زوج سیم مسی است
اندازه و وزن بسیار کمی دارد

رسانه های انتقال هدایت نشده ( محیط انتقال بی سیم)

رسانه های انتقال هدایت نشده که به آن ها محیط انتقال بی سیم هم گفته می شود، برای انتقال داده از محیط آزاد مانند هوا استفاده می کنند. برای ارسال و دریافت سیگنال ها در این محیط نیاز به وسیله ای به نام آنتن مخابراتی داریم. آنتن ها ارسال و دریافت سیگنال در این محیط بی سیم را بر عهده دارند.

در این محیط، امواج توسط طیف های مختلف الکترومغناطیسی در محیط آزاد مانند هوا، آب، خلا و .. منتشر می شوند. ممکن است این محیط های بی سیم و عوامل جوی، اثرات منفی بر روی این سیگنال ها و و داده ها که در این محیط منتشر می شوند بگذارند. برخی عوامل طبیعی مانند وجود ساختمان های بلند، کوه ها ، طوفان و … ممکن است بر انتشار این داده ها اثراتی مخرب داشته باشند. برای مثال اگر در مقابل انتشار امواج و داده ها، عوامل طبیعی وجود داشته باشند که باعث جذب شوند، این امواج جذب شده و دیگر نمی توانند به انتشار خود ادامه دهند، یا اگر عوامل بازتابی در مقابل این امواج وحود داشته باشد، باعث می شود امواج برگشت داده شوند. حتی ممکن است برخی امواج الکترومغناطیسی با امواج در حال انتشار تداخل داشته باشند و موجب کاهش کیفیت سرویس دهی شوند.

میتوان 3 دسته برای امواج بی سیم در نظر گرفت:

امواج رادیویی : محدوده فرکانسی امواج رادیویی بین 30 مگاهرتز تا 1 گیگا هرتز است.از ارتباطات چند پخشی و همه پخشی پشتیبانی می کنند.امواج رادیو و تلویزیون از این دسته است.

امواج ماکروویو : محدوده فرکانسی امواج ماکروویو بین 1 گیگا هرتز تا 40 گیگا هرتز است.از ارتباطات نقطه به نقطه پشتیبانی می کنند.شبکه های تلفن همراه ، شبکه های ماهواره ای و شبکه های بی سیم محلی، همگی از دسته امواج ماکروویو هستند.