Проектирование локальной информационной системы образовательного центра

Также надо помнить, что использование оптоволоконного  кабеля требует специальных оптических приемников и передатчиков, преобразующих  световые сигналы в электрические  и обратно, что порой существенно  увеличивает стоимость сети в целом.

Оптоволоконные  кабели допускают разветвление сигналов (для этого производятся специальные  пассивные разветвители (couplers) на 2—8 каналов), но, как правило, их используют для передачи данных только в одном  направлении между одним передатчиком и одним приемником. Ведь любое разветвление неизбежно сильно ослабляет световой сигнал, и если разветвлений будет много, то свет может просто не дойти до конца сети. Кроме того, в разветвителе есть и внутренние потери, так что суммарная мощность сигнала на выходе меньше входной мощности.

Оптоволоконный  кабель менее прочен и гибок, чем  электрический. Типичная величина допустимого  радиуса изгиба составляет около 10 – 20 см, при меньших радиусах изгиба центральное волокно может сломаться. Плохо переносит кабель и механическое растяжение, а также раздавливающие воздействия.

Чувствителен  оптоволоконный кабель и к ионизирующим излучениям, из-за которых снижается  прозрачность стекловолокна, то есть увеличивается  затухание сигнала. Резкие перепады температуры также негативно сказываются на нем, стекловолокно может треснуть.

Применяют оптоволоконный кабель только в сетях с топологией звезда и кольцо. Никаких проблем  согласования и заземления в данном случае не существует. Кабель обеспечивает идеальную гальваническую развязку компьютеров сети. В будущем этот тип кабеля, вероятно, вытеснит электрические кабели или, во всяком случае, сильно потеснит их. Запасы меди на планете истощаются, а сырья для производства стекла более чем достаточно.

Оптоволоконные  кабели, как и электрические, выпускаются в исполнении plenum и non-plenum.

 

4. Бескабельные каналы связи

Кроме кабельных  каналов в компьютерных сетях  иногда используются также бескабельные каналы. Их главное преимущество состоит  в том, что не требуется никакой  прокладки проводов (не надо делать отверстий в стенах, закреплять кабель в трубах и желобах, прокладывать его под фальшполами, над подвесными потолками или в вентиляционных шахтах, искать и устранять повреждения). К тому же компьютеры сети можно легко перемещать в пределах комнаты или здания, так как они ни к чему не привязаны.

Радиоканал  использует передачу информации по радиоволнам, поэтому теоретически он может обеспечить связь на многие десятки, сотни и  даже тысячи километров. Скорость передачи достигает десятков мегабит в секунду (здесь многое зависит от выбранной длины волны и способа кодирования).

Особенность радиоканала  состоит в том, что сигнал свободно излучается в эфир, он не замкнут  в кабель, поэтому возникают проблемы совместимости с другими источниками радиоволн (радио- и телевещательными станциями, радарами, радиолюбительскими и профессиональными передатчиками и т.д.). В радиоканале используется передача в узком диапазоне частот и модуляция информационным сигналом сигнала несущей частоты.

Главным недостатком радиоканала является его плохая защита от прослушивания, так как радиоволны распространяются неконтролируемо. Другой большой недостаток радиоканала – слабая помехозащищенность.

Для локальных  беспроводных сетей (WLAN – Wireless LAN) в  настоящее время применяются подключения по радиоканалу на небольших расстояниях (обычно до 100 метров) и в пределах прямой видимости. Чаще всего используются два частотных диапазона – 2,4 ГГц и 5 ГГц. Скорость передачи – до 54 Мбит/с. Распространен вариант со скоростью 11 Мбит/с.

Сети WLAN позволяют  устанавливать беспроводные сетевые  соединения на ограниченной территории (обычно внутри офисного или университетского здания или в таких общественных местах, как аэропорты). Они могут  использоваться во временных офисах или в других местах, где прокладка кабелей неосуществима, а также в качестве дополнения к имеющейся проводной локальной сети, призванного обеспечить пользователям возможность работать перемещаясь по зданию.

Популярная  технология Wi-Fi (Wireless Fidelity) позволяет организовать связь между компьютерами числом от 2 до 15 с помощью концентратора (называемого точкой доступа, Access Point, AP), или нескольких концентраторов, если компьютеров от 10 до 50. Кроме того, эта технология дает возможность связать две локальные сети на расстоянии до 25 километров с помощью мощных беспроводных мостов. Для примера на рис.17 показано объединение компьютеров с помощью одной точки доступа. Важно, что многие мобильные компьютеры (ноутбуки) уже имеют встроенный контроллер Wi-Fi, что существенно упрощает их подключение к беспроводной сети.

Рис.17.  Объединение компьютеров с помощью технологии Wi-Fi

Радиоканал  широко применяется в глобальных сетях как для наземной, так  и для спутниковой связи. В  этом применении у радиоканала нет  конкурентов, так как радиоволны могут дойти до любой точки земного шара.

Инфракрасный  канал также не требует соединительных проводов, так как использует для  связи инфракрасное излучение (подобно  пульту дистанционного управления домашнего  телевизора). Главное его преимущество по сравнению с радиоканалом – нечувствительность к электромагнитным помехам, что позволяет применять его, например, в производственных условиях, где всегда много помех от силового оборудования. Правда, в данном случае требуется довольно высокая мощность передачи, чтобы не влияли никакие другие источники теплового (инфракрасного) излучения. Плохо работает инфракрасная связь и в условиях сильной запыленности воздуха.

Скорости передачи информации по инфракрасному каналу обычно не превышают 5—10 Мбит/с, но при использовании инфракрасных лазеров может быть достигнута скорость более 100 Мбит/с. Секретность передаваемой информации, как и в случае радиоканала, не достигается, также требуются сравнительно дорогие приемники и передатчики. Все это приводит к тому, что применяют инфракрасные каналы в локальных сетях довольно редко. В основном они используются для связи компьютеров с периферией (интерфейс IrDA).

Если говорить о возможных топологиях, то наиболее естественно все беспроводные каналы связи подходят для топологии типа шина, в которой информация передается одновременно всем абонентам. Но при использовании узконаправленной передачи и/или частотного разделения по каналам можно реализовать любые топологии (кольцо, звезда, комбинированные топологии) как на радиоканале, так и на инфракрасном канале.

5. КОМПОНЕНТЫ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ
1. Сетевой адаптер

Адаптер (network adapter) - устройство, соединяющее компьютер (терминал) с сегментом сети. Сетевые  адаптеры, как правило, принадлежат  к одному из двух типов - с обнаружением коллизий или с передачей маркера. Адаптеры имеют достаточный набор аппаратных средств для определения возможности передачи пакета в физическую среду или приема адресованного к нему сообщения. Оба типа адаптеров при поддержке программных средств производят семь основных операций при приеме или передаче сообщений.

Сетевые адаптеры вместе с соответствующим программным  обеспечением способны распознавать и  обрабатывать ошибки, которые могут  возникнуть из-за электрических помех, коллизий или плохой работы оборудования. Большинство сетевых адаптеров занимают один из слотов материнской платы ПК.

Последовательность  операций при передаче данных.

При передаче данных соблюдается следующая последовательность:

• Буферизация. Использование буфера необходимо для согласования между собой скоростей обработки информации различными компонентами ЛВС. Буфер должен иметь объем, достаточный для размещения целого пакета данных.
• Формирование пакета. Данные разделяются на пакеты, добавляется заголовок и окончание.
• Доступ к кабелю. Адаптер убеждается, что линия не занята или ждет поступления маркера.
• Преобразование данных из последовательной/параллельной формы.
• Кодирование/декодирование данных.
• Передача/прием импульсов.

Типы сетевых  адаптеров.

Различные типы сетевых адаптеров отличаются не только методами доступа к среде, но и следующими параметрами:

• поддерживаемым протоколом;
• скоростью передачи;
• объемом буфера для пакета;
• типом шины (8 бит, 16 бит, МСА);
• быстродействием шины;
• совместимостью с различными микропроцессорами;
• использованием прямого доступа к памяти (DMA);
• адресацией портов ввода/вывода и запросов прерывания;
• интеллектуальностью;
• конструкцией разъема.

 

 

2. Маршрутизатор

Маршрутизатор (router) - многофункциональное устройство, предназначенное для ограничения  широковещательного трафика посредством  разбиения сети на сегменты, обеспечения защиты информации, управления и организации резервных путей между областями широковещания.

Маршрутизатор действует на сетевом уровне (третьем  в модели OSI) и обладает следующими особенностями: 1. Учитывает специфику  протоколов, используя маршрутную информацию сетевого уровня. 2. Может обмениваться с другими маршрутизаторами информацией для сбора данных о топологии и состоянии сети. На основе анализа информации выбирается наилучший путь для передачи пакета. 3. Определяет логические границы между группами сетевых сегментов.

Маршрутизаторы  прозрачны для протоколов физического  уровня и используются, как правило, для соединения разнородных сетей, каждая из которых может быть административно  независимой. Маршрутизаторы отвечают за создание и поддержку для каждого протокола сетевого уровня маршрутных таблиц, которые могут быть статическими или динамическими. Кроме того, они идентифицируют протокол в заголовке каждого пакета, находят адрес получателя сетевого уровня и выбирают путь передачи данных, содержащийся в маршрутной таблице соответствующего протокола.

Достоинства маршрутизаторов:

• обеспечивают большую гибкость, чем мосты;
• выбирают наилучший путь передачи на основе адреса, скорости, стоимости, загрузки линии;
• используют альтернативные пути, равномерно распределяя нагрузку;
• создают защитный барьер между подсетями;
• защищают информацию с помощью фильтров пакетов;
• могут разбивать длинные сообщения на несколько коротких, позволяя соединять сети, в которых используются пакеты различной длины;
• облегчают поддержку больших интерсетей.

Недостатки  маршрутизаторов:

• более сложны в установке и конфигурировании, чем мосты;
• при перемещении компьютера из одной подсети в другую требуется сменить его сетевой адрес.

Методы маршрутизации

Статическая маршрутизация

Статическая маршрутизация применяется в небольших, медленно изменяющихся сетях. Данные передаются по предопределенному пути и задерживаются, если путь блокирован.

Динамическая  маршрутизация

Динамическая  маршрутизация позволяет автоматически  изменить маршрут при отказах или перегрузки конкретных линий. Для ав-томатического построения маршрутных таблиц используются различ-ные протоколы внутренней (RIP, OSPF, IS-IS, ES-IS) и внешней (EGP и BGP) маршрутизации.

Периферийная  маршрутизация

Трафик в  сети предприятия идет в основном между удаленным филиалом и центральным офисом. По этой причине достаточно иметь всего один канал для соединения удаленной локальной сети с центральной. Трафик между удаленными узлами можно пропускать через центральный маршрутизатор. Для реализации этой идеи 3Com предложила архитектуру периферийной маршрутизации. Периферийный маршрутизатор делегирует центральному все сложные функции по маршрутизации трафика, а сам должен принять простое решение: пересылать пакет по единственному каналу или нет. Тем самым исключается необходимость построения таблиц маршрутизации. Кроме того, сетевой администратор может управлять периферийным маршрутизатором с центральной консоли.

 

3. Коммутатор

Коммутатор - это  устройство узкого назначения, который  эффективно сегментирует сеть, уменьшает области столкновений и увеличивает пропускную способность каждой оконечной станции. Работает с протоколами второго уровня модели OSI. Прозрачность по отношению к протоколам позволяет устанавливать коммутаторы в многопротокольных сетях. Коммутация не ограничивает широковещательного трафика.

Различают два  способа коммутации: без промежуточного накопления (коммутация на лету) и с промежуточным накоплением.

Коммутация без промежуточного накопления

Передача начинается, как только декодирован адрес назначения, содержащийся в заголовке кадра. Основной недостаток - появление испорченных кадров. Способ дает наибольший эффект, если трафик коммутируется между портами с одинаковой скоростью обмена.

Архитектура коммутации на лету реализуется двояко: