Базовая модель OSI (Open System Interconnection)

 

1.3.2 Широкополосный коаксиальный  кабель

Широкополосный  коаксиальный кабель невосприимчив  к помехам, легко наращивается, но цена его высокая. Скорость передачи информации равна 500 Мбит/с. При передачи информации в базисной полосе частот на расстояние более 1,5 км требуется усилитель, или так называемый репитер (повторитель). Поэтому суммарное расстояние при передаче информации увеличивается до 10 км.

 

1.3.3 Еthernet-кабель

Ethernet-кабель  также является коаксиальным  кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют еще толстым Ethernet (thick) или желтым кабелем (yellow cable). Он использует 15-контактное стандартное включение. Вследствие помехозащищенности является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м, а общее расстояние сети Ethernet - около 3000 м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральной топологии, использует в конце лишь один нагрузочный резистор. Такие кабели редко применяются в современных сетях по причине их высокой стоимости.

 

1.3.4 Сheapernеt-кабель

Более дешевым, чем Ethernet-кабель является соединение Cheapernet-кабель или, как его часто называют, тонкий (thin) Ethernet. Это также 50-омный коаксиальный  кабель  со  скоростью передачи информации в 10 Мбит / с.

При соединении сегментов Сhеарегnеt-кабеля также  требуются повторители. Вычислительные сети с Cheapernet-кабелем имеют небольшую стоимость и минимальные затраты при наращивании. Соединения сетевых плат производится с помощью широко используемых малогабаритных байонетных разъемов (СР-50). Дополнительное экранирование не требуется. Кабель присоединяется к ПК с помощью тройниковых соединителей (T-connectors).

Расстояние  между двумя рабочими станциями  без повторителей может составлять максимум 300 м, а общее расстояние для сети на Cheapernet-кабеля - около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet расположен на сетевой плате, как для гальванической развязки между адаптерами, так и для усиления внешнего сигнала

 

1.3.5 Витая пара

Наиболее  дешевым кабельным соединением  является витое двухжильное проводное соединение часто называемое "витой парой" UTP (twisted pair). Кабель представляет собой две (четыре) пары проводов, скрученных между собой для создания резонансного магнитного поля, повышающего качество передаваемого сигнала.

Витая пара легко наращивается, однако является помехонезащищенной. Преимуществами являются низкая цена и беспроблемная установка. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экранированную витую пару (STP), т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку, подобно экрану коаксиального кабеля. Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля. Качество такого рода кабелей определяет степень скрученности его проводов. Чем сильнее закручена пара, тем выше качество.

Витая пара позволяет передавать информацию со скоростью до 100 Мбит/с, Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с.

Существует  пять категорий витых пар. Категории 1 и 2 позволяют получать невысокое  качество передачи и используются исключительно  для передачи речевой информации. Категория 3 является минимальным требоваием для сетей со скоростью передачи 10 Мбит/с. Категория 4 используется в  сетях со скоростями до 16 Мбит/с, а  категория 5 – до 100 Мбит/с. Кабели категории 5 наиболее долговечны и надежны.

 

1.3.6 Волоконно-оптические линии.

Наиболее  дорогими являются оптопроводники, называемые также стекловолоконным кабелем. По таким кабелям передается не электрические, а световые импульсы. Как и в коаксиальном кабеле, в волоконно-оптическом имеется центральная жила, однако сделана она не из меди, а из стекла. Она очень тонкая и по толщине не превосходит человеческого волоса. Вокруг центральной жилы распологается многослойная защитная оболочка. Однако вместо одного кабеля в данном случае приходится использовать два – отдельно для приема и для передачи данных.

 Скорость  распространения информации по  ним достигает нескольких гигабит  в секунду. Допустимое удаление  более 50 км. Внешнее воздействие  помех практически отсутствует.  На данный момент это наиболее  дорогостоящее соединение для  ЛВС (локальная вычислительная  сеть). Применяется оно там, где  возникают электромагнитные поля  помех или требуется передача информации на очень большие расстояния без использования повторителей. Они обладают противоподслушивающими свойствами, так как техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна. Оптопроводники объединяются с помощью звездообразного соединения.

1.3.7 Показатели типовых сред

Показатели  трех типовых сред для передачи приведены  в следующей таблице 

 

 

 

Показатели	Среда передачи данных
	Двухжильный кабель – витая пара	Коаксиальный кабель	Оптоволоконный кабель
Цена	Невысокая	Относительно высокая	Высокая
Наращивание	Очень простое	Проблематично	Простое
Защита от про-слушивания	Незначительная	Хорошая	Высокая
Проблемы с заземлением	Нет	Возможны	Нет
Восприимчи-вость к помехам	Существует	Существует	Отсутствует

 

Показатели  типовых сред передачи данных

 

Существует  ряд принципов построения ЛВС  на основе вышерассмотренных компонентов. Такие принципы называют топологиями.

 

 

 

1.4 Топологии вычислительной сети

 

1.4.1 Топология типа звезда

Концепция топологии сети в виде звезды пришла  из области больших ЭВМ, в которой  головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети.

 

Топология сети в виде звезды

 

Пропускная  способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает.

Кабельное соединение довольно простое, так как  каждая рабочая станция связана  с узлом. Затраты на прокладку  кабелей высокие, особенно когда  центральный узел географически  расположен не в центре топологии.

При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные  кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный  кабель из центра сети.

Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей  из всех топологий вычислительных сетей. Передача данных между рабочими станциями  проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота  запросов передачи информации от одной  станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в  других топологиях.

Производительность  вычислительной сети в первую очередь  зависит от мощности центрального файлового  сервера. Он может быть узким местом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети.

Центральный узел управления - файловый сервер может  реализовать оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.

 

1.4.2 Кольцевая топология

При кольцевой  топологии сети рабочие станции  связаны одна с другой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.

Прокладка кабелей от одной рабочей станции  до другой может быть довольно сложной  и дорогостоящей, особенно если географически  рабочие станции расположены  далеко от кольца (например, в линию).

Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять “в дорогу” по кабельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть.

Основная  проблема при кольцевой топологии  заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно  участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.

Подключение новой рабочей станции требует  кратко срочного выключения сети, так  как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.

 

 

Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая сеть. Физически   она    монтируется    как    соединение    звездных    топологий. Отдельные    звезды включаются с помощью специальных      коммутаторов        (Hub -  концентратор ),   которые     иногда называют    “хаб”.    В зависимости   от    числа    рабочих    станций    и     длины      кабеля       между     рабочими   станциями применяют активные    или    пассивные    концентраторы.     Активные      концентраторы       дополнительно содержат    усилитель    для     подключения      от   4   до   16    рабочих    станций.  Пассивный    концентратор     является      исключительно     разветвительным   устройством    (максимум на три рабочие станции).

 

Структура логической кольцевой сети

 

Управление  отдельной рабочей станцией в  логической кольцевой сети происходит так же, как и в обычной кольцевой сети. Каждой рабочей станции присваивается соответствующий адрес, по которому передается управление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного (ближайшего) узла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях может нарушаться работа всей сети.

 

1.4.3 Шинная топология

При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного  пути, доступного дня всех рабочих  станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции  могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети.

 

 

Шинная  топология сети

 

Это наиболее дешевая схема организации сети, предпологающая непосредственное подключение  всех сетевых адаптеров к сетевому кабелю. Все компьютеры в сети подключаются к одному кабелю. Первый и последний  компьютер должны быть развязаны. В роли развязки (терминатора) выступает простой резистор, используемый для гашения сигнала, достигающего конца сети, чтобы предотвратить возникновение помех. Кроме того, один и только один конец сетевого кабеля должен быть заземлен.

Рабочие станции в любое время, без  прерывания работы всей вычислительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функционирование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.

В стандартной  ситуации для шинной сети Ethernet часто  используют тонкий кабель или Cheapernet-кaбeль с тройниковым соединителем. Выключение и особенно подключение к такой сети требуют разрыва шины, что вызывает нарушение циркулирующего потока информации и зависание системы.

Новые технологии предлагают пассивные штепсельные  коробки, через которые можно отключать и/или включать рабочие станции во время работы вычислительной сети.

Благодаря тому, что рабочие станции можно  включать без прерывания сетевых процессов и коммуникационной среды, очень легко прослушивать информацию, т.е. ответвлять информацию из коммуникационной среды.

В ЛВС  с прямой (не модулируемой) передачей  информации всегда может существовать только одна станция, передающая информацию. Для предотвращения коллизий в большинстве случаев применяется временной метод разделения, согласно которому для каждой подключенной рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное право на использование канала передачи данных. Поэтому требования к пропускной способности вычислительной сети при повышенной нагрузке снижаются, например, при вводе новых рабочих станций.

Рабочие станции присоединяются к шине посредством устройств ТАР (Terminal Access Point - точка подключения терминала). ТАР представляет собой специальный тип подсоединения к коаксиальному кабелю. Зонд игольчатой формы внедряется через наружную оболочку внешнего проводника и слой диэлектрика к внутреннему проводнику и присоединяется к нему.

В ЛВС  с модулированной широкополосной передачей  информации различные рабочие станции  получают, по мере надобности, частоту, на которой эти рабочие станции могут отправлять и получать информацию. Пересылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах, т.е. между средой передачи информации и рабочими станциями находятся соответственно модемы для модуляции и демодуляции. Техника широкополосных сообщений позволяет одновременно транспортировать в коммуникационной среде довольно большой объем информации. Для дальнейшего развития дискретной транспортировки данных не играет роли, какая первоначальная информация подана в модем (аналоговая или цифровая), так как она все равно в дальнейшем будет преобразована.