Lecture 5 - Transmission Media
مقدمة
- ا Transmission Media هو المسار الفيزيائي (physical path) اللي البيانات بتتنقل فيه بين الـ transmitter والـ receiver.
- ممكن يكون: free space، metallic cable، أو fiber-optic cable.
- المعلومات بتتحول لإشارة (signal) حسب الوسط:
- ا Copper cable: bits على شكل electrical signals
- ا Fiber network: bits على شكل light pulses
أنواع Transmission Media
1. Guided Media (Wired / Bounded)
- بيستخدم cabling system عشان يوجه الـ signals في مسار محدد
- مميزاته: High Speed, Secure, مسافات قصيرة نسبيًا
1.1 ا Twisted Pair Wires
- سلكين نحاس معزولين ملفوفين على بعض بشكل حلزوني عشان يقلل electromagnetic interference (crosstalk)
- بيستخدم في الـ voice والـ data communications
- ا Low frequency transmission medium
أنواعه:
| ا STP (Shielded Twisted Pair) | ا UTP (Unshielded Twisted Pair) |
|---|---|
| السلك ملفوف بـ metallic foil أو braid عزل | كل سلك معزول بلاستيك ومغلف بغطاء خارجي |
| حماية أكتر من interference | أقل حماية |
مميزات Twisted Pair:
- رخيص ومتوفر
- ا flexible, light weight, سهل التركيب
عيوبه:
- عرضة للـ interference والـ noise
- ضعف الإشارة - Attenuation problem
- ا Analog: repeaters كل 5-6 كم
- اDigital: repeaters كل 2-3 كم
- اbandwidth منخفض (100 MHz)
ا UTP Ethernet Cables Categories:
ا
| ا Category | ا Shielding | ا Data Rate | ا Bandwidth |
|---|---|---|---|
| ا Cat5 | ا Unshielded | ا 100Base-T | ا 100 MHz |
| ا Cat5e | ا Unshielded | ا 10/100/1000Base-T | ا 100 MHz |
| ا Cat6 | ا Shielded or Unshielded | ا 1000Base-T to 10GBase-T | ا 250 MHz |
| ا Cat6a | ا Shielded | ا 10GBase-T | ا 500 MHz |
| ا Cat7 | ا Shielded | ا 10GBase-T | ا 600 MHz |
| ا Cat8 | ا Shielded | ا 25/40GBase-T | ا 2000 MHz |
1.2 ا Coaxial Cable (Coax)
- بينقل الـ signals عبر center conductor محاط بـ metal shield عشان يحافظ على جودة الإشارة ويمنع التسرب
أجزاء الـ Coax (4 أجزاء رئيسية):
- ا Center Conductor/Core: سلك نحاس أو copper-coated steel بيحمل RF signals
- ا Dielectric Insulator: بيفصل الـ core عن الـ shield (plastic)
- ا Braided Shield: طبقة معدن مضفورة بتمنع external interference
- ا Outer Jacket: الطبقة الخارجية الصلبة اللي بتحمي المكونات
مميزات Coax:
- ا bandwidth أعلى (400-600 MHz) — يدعم أكتر من 10,000 voice conversation
- أقل عرضة للـ interference من Twisted Pair
- سهل إنك تكسر عليه (tapping) — ميزة وعيب في نفس الوقت
- محتاج repeaters كل 2-3 كم
عيوبه:
- ا Attenuation عالية -> مكلف في المسافات الطويلة (repeaters كتير)
- ا Bulky (ضخم)
1.3 ا Fiber Optic Cable
- بيستخدم شعيرات زجاج رفيعة (pure glass) كـ waveguide لنقل الضوء
- بيحل محل النحاس في الاتصالات الحديثة
تركيبها:
- ا Core: بيحمل الـ light signal
- ا Cladding: معامل انكسار أقل — بيسبب total internal reflection
- معظم الألياف بتشتغل في duplex pairs (ويمكن الإرسال والاستقبال على نفس الشعيرة)
أنواع Fiber Optic:
| ا Single Mode Fiber (SMF) | ا Multi-Mode Fiber (MMF) |
|---|---|
| ا core ضيق — يحمل mode واحد من الضوء | ا core أوسع — يحمل modes متعددة من الضوء |
| للمسافات الطويلة | للمسافات القصيرة |
| ا degradation أقل أو معدوم | ا degradation أكتر |
| صعب في التصنيع والتعامل | أسهل في التصنيع والتعامل |
| سرعة أعلى | سرعة أقل نسبيًا |
| استخدامات: Telecom, CATV | استخدامات: Security systems, LANs |
2. Unguided Media (Wireless / Unbounded)
- بتنقل البيانات من غير physical conductor — عن طريق electromagnetic signals
- مميزاتها: broadcast عبر الهوا، أقل أمانًا، مسافات أطول
2.1 ا Radio Waves
- ترددات بين 3 KHz و 1 GHz
- ا Omnidirectional — بتتبث في كل الاتجاهات
- استخدامات: multicasting ا (AM/FM radio, TV, cordless phones, paging)
2.2 ا Microwaves
- ترددات بين 1 GHz و 300 GHz
- ا Unidirectional — بتتركز في اتجاه واحد
- ا antennas محتاجة تكون aligned
- ميزة: أزواج antennas متقدرش تتداخل مع بعضها
- استخدامات: unicast (one-to-one) زي cellular phones, satellite networks, wireless LANs
- مميزات: بيستخدم في long distance telephone communication ويحمل آلاف الـ voice channels
- عيوب: مكلف جدًا
2.3 ا Infrared Waves
- ترددات بين 300 GHz و 400 THz
- للـ short-range communication
- مميز: مش بتخترق الحوائط — فمفيش interference بين نظام في أوضة ونظام في أوضة تانية
- عيب: مش بنستخدمه برا المباني لأن أشعة الشمس فيها infrared waves وبتسبب interference
Connectivity Devices
1. ا Repeater
- جهاز إلكتروني بيشتغل في Physical Layer (Layer 1) من OSI
- الإشارة بتضعف بعد مسافة معينة — الـ Repeater بيـ regenerate الإشارة (مش بيكبرها)
- بياخد الإشارة الضعيفة ويعمل copy bit-by-bit بنفس القوة
- ممكن يكون built-in في hubs أو switches
مميزات:
- بيمد مسافة الشبكة الفيزيائية
- مبيأثرش على أداء الشبكة بشكل كبير
عيوب:
- مش بيقدر يوصل network architectures مختلفة (زي Token Ring و Ethernet)
- مش بيقلل network traffic — مش بيفلتر البيانات
- مش بيقسم الشبكة (segmentation)
- عدد الـ repeaters لازم يكون محدود
2. ا Hub
- أول جهاز ظهر عشان يربط أجهزة متعددة في LAN
- قبل الـ Hub: كل جهاز كان محتاج كابل لكل جهاز تاني
- ا Hub بيشتغل في Layer 1 (Physical) — مش بيفهم البيانات، بس بينسخ الإشارات الكهربائية ويبعتها لكل الـ ports
المشكلة الكبيرة: ا Collision Domain
- ا Hub بيدمج كل الأجهزة في collision domain واحد
- لو جهازين بعتوا بيانات في نفس الوقت -> يحصل collision (تصادم)
- الأجهزة بتوقف، تستنى، وتحاول تاني — وده بيبطئ الشبكة
- في collision domain واحد: جهاز واحد بس يقدر يتكلم في المرة الواحدة
- كل ما زادت الأجهزة -> الأداء بيقل
تشبيه
- ا Collision domain زي ترابيزة كبيرة كل الناس قاعدة عليها. واحد بس يقدر يتكلم في المرة. لو اتنين كلموا في نفس الوقت محدش يفهم حاجة.
Key Takeaways — Hub:
- ا Layer 1 (Physical)
- بيبعت البيانات لكل الـ ports
- بيعمل collision domain واحد كبير
- غبي — مش بيعرف MAC addresses
- شغال بـ Half-duplex
- مش مستخدم دلوقتي
3. ا Bridge
- جهاز بيشتغل في Layer 2 (Data Link) — بيفهم MAC addresses
- بقسم الشبكة لـ 2 collision domains (ومن هنا جت تسميته)
- كل side فيه أجهزة أقل -> collisions أقل -> performance أحسن
- بيبني MAC address table عشان يعرف كل جهاز في ناحية فين
- بيستخدم selective frame forwarding — مش بيكرر الإشارة بس زي الـ Hub
Key Takeaways — Bridge:
- ا Layer 2 (Data Link)
- بيوصل بين اتنين network segment
- بيقلل الـ collisions بتقسيم الشبكة
- بيتعلم MAC addresses ويختار الـ forwarding
- محدود بـ 2 ports غالبًا
- مش مستخدم دلوقتي — اتستبدل بالـ Switch
4. ا Switch
- الـ Switch اتعمل عشان يحل مشاكل الـ Hub والـ Bridge مع تزايد حجم الشبكات
- ا Bridge بقسم الشبكة لـ 2 collision domains بس — لكن الـ Switch كل port فيه collision domain مستقل
- كل جهاز ليه collision domain بتاعه — مفيش collisions خالص
إزاي بيشتغل:
- بيقرا Ethernet header في الـ frames
- بيتعلم MAC addresses ويبني MAC address table
- بيبعث الـ frame على الـ port الصح بس (مش كل الـ ports زي الـ Hub)
- بيشتغل بـ Full-duplex (أسرع بكتير)
- من وجهة نظر الأجهزة: الـ Switch ا invisible — الأجهزة مش بتتعامل معاه مباشرة
أنواع الـ Switches في الشبكات الحديثة (Enterprise):
| النوع | ا Layer | وظيفته |
|---|---|---|
| ا Access Switch | ا Layer 2 | على حافة الشبكة. يوصل الأجهزة النهائية (PCs, printers, phones, access points) بيفرض VLAN assignments و port security ويدعم PoE |
| ا Distribution Switch | ا Layer 2/3 | بين Access و Core. بيعمل inter-VLAN routing, QoS, ACLs |
| ا Core Switch | ا Layer 3 | عمود فقري للشبكة. بينقل كميات ضخمة من البيانات بسرعة عالية (10G, 40G, 100G) ويدعم high availability |
Key Takeaways — Switch:
- ا Layer 2 (بعضها Layer 3)
- كل port collision domain مستقل
- بيتعلم MAC addresses ويforward frames بذكاء
- بيدعم Full-duplex
- قابل للتوسيع، سريع، ومستخدم في كل الشبكات الحديثة
ملخص المقارنة
| الخاصية | ا Hub | ا Bridge | ا Switch |
|---|---|---|---|
| الـ Layer | ا Layer 1 | ا Layer 2 | ا Layer 2 (بعضها L3) |
| فهم البيانات | بيبعث إشارات بس | بيفهم MAC addresses | بيفهم MAC addresses |
| ا Collision Domain | واحد لكل الأجهزة | 2 collision domains | كل port domain مستقل |
| طريقة الإرسال | لكل الـ ports | Selective forwarding | للـ port الصح بس |
| ا Duplex | ا Half-duplex | ا Half-duplex | ا Full-duplex |
| النهاردة | obsolete | obsolete | مستخدم في كل حتة |
الخلاصة
- الـ Hub كان أول حل لكنه ضاع في collision domain واحد.
- الـ Bridge قسم الشبكة لنصين بس.
- الـ Switch خلّى كل port domain مستقل — فمفيش collisions + full-duplex + scalable.