Компьютерные сети

Важно также заметить, что телефонные провода не всегда проложены по прямой линии. Кабель, соединяющий два рядом расположенных помещения, может на самом деле обойти половину здания. Недооценка длины кабеля в этом случае может привести к тому, что фактически она превысит максимально допустимую длину.

Защищенные витые пары схожи с незащищенными, за исключением  того, что они используют более  толстые провода и защищены от внешнего воздействия шеи изолятора. Наиболее распространенный тип такого кабеля, применяемого в ло-кальных сетях, «IBM тип-1» представляет собой защищенный кабель с двумя витыми парами непрерывного провода. В новых зданиях лучшим вариантом может быть кабель «тип-2», так как он включает помимо линии передачи данных четыре незащищенные пары непрерывного провода для передачи телефонных переговоров. Таким образом, «тип-2» позволяет использовать один кабель для передачи как телефонных переговоров, так и данных по локальной сети.

Существует несколько  категорий кабеля витая пара, которые нумеруются от CAT1 до CAT7 и определяют эффективный пропускаемый частотный диапазон. Кабель более высокой категории обычно содержит больше пар проводов, и каждая пара имеет больше витков на единицу длины. Категории неэкранированной витой пары описываются в стандарте EIA/TIA 568 (Американский стандарт проводки в коммерческих зданиях) и в международном стандарте ISO 11801.

CAT1 (полоса частот 0,1 МГц)  — телефонный кабель, всего одна  пара. В США использовался ранее,  только в «скрученном» виде. Используется только для передачи голоса или данных при помощи модема.

Рисунок 7 – САТ1

CAT2 (полоса частот 1 МГц)  — старый тип кабеля, 2 пары  проводников, поддерживал передачу  данных на скоростях до 4 Мбит/с,  использовался в сетях Token ring и  Arcnet. Сейчас иногда встречается в телефонных сетях.

Рисунок 8 – САТ2

CAT3 (полоса частот 16 МГц)  — 4-парный кабель, используется  при построении телефонных и локальных сетей 10BASE-T и token ring, поддерживает скорость передачи данных до 10 Мбит/с или 100 Мбит/с по технологии 100BASE-T4 на расстоянии не дальше 100 метров. В отличие от предыдущих двух, отвечает требованиям стандарта IEEE 802.3.

Рисунок 9 – САТ3

CAT4 (полоса частот 20 МГц)  — кабель состоит из 4 скрученных  пар, использовался в сетях token ring, 10BASE-T, 100BASE-T4, скорость передачи данных не превышает 16 Мбит/с по одной паре, сейчас не используется.

CAT5 (полоса частот 100 МГц)  — 4-парный кабель, использовался  при построении локальных сетей 100BASE-TX и для прокладки телефонных линий, поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар.

Рисунок 10 – САТ5

CAT5e (полоса частот 125 МГц)  — 4-парный кабель, усовершенствованная  категория 5. Скорость передач  данных до 100 Мбит/с при использовании  2 пар и до 1000 Мбит/с при использовании 4 пар. Кабель категории 5e является самым распространённым и используется для построения компьютерных сетей.

Рисунок 11 – САТ5е

CAT6 (полоса частот 250 МГц)  — применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 1000 Мбит/с. Добавлен в стандарт в июне 2002 года.

CAT6a (полоса частот 500 МГц) — применяется  в сетях Ethernet, состоит из 4 пар  проводников и способен передавать  данные на скорости до 10 Гбит/с  и планируется использовать его для приложений, работающих на скорости до 40 Гбит/с. Добавлен в стандарт в феврале 2008 года.

Рисунок 12 – САТ6а

CAT7 — спецификация  на данный тип кабеля утверждена  только международным стандартом ISO 11801, скорость передачи данных до 10 Гбит/с, частота пропускаемого сигнала до 600—700 МГц. Кабель этой категории имеет общий экран и экраны вокруг каждой пары. Седьмая категория, строго говоря, не UTP, а S/FTP (Screened Fully Shielded Twisted Pair).

Защита и тщательное соблюдение числа повивов на дюйм делают защищенный кабель с витыми парами надежным альтернативным кабельным соединение. Однако эта надежность приводит к увеличению стоимости.

Волоконно-оптические кабели передают данные в виде световых импульсов» стеклянным «проводам». Большинство систем локальных сетей в настоящее время поддерживает волоконно-оптическое кабельное соединение. Волоконно-оптический кабель обладает существенными преимуществами по сравнению с любыми вариантами медного кабеля. Волоконно-оптические кабели обеспечивают наивысшую скорость передачи; они более надежны, так как не подвержены потерям информационных пакетов из-за электромагнитных помех. Оптический кабель очень тонок и гибок, что делает его транспортировку более удобной по сравнению с более тяжелым медным кабелем. Однако наиболее важно то, что только оптический кабель имеет достаточную пропускную способность, которая в будущем потребуется для более быстрых сетей.

Пока еще цена волоконно-оптического  кабеля значительно выше медного. По сравнению с медным кабелем монтаж оптического кабеля более трудоемок, по сколько концы его должны быть тщательно отполированы и выровнены  до обеспечения надежного соединения. Однако ныне происходит переход на оптоволоконные линии, абсолютно неподверженные помехам и находящиеся вне конкуренции по пропускной способности. Стоимость таких линий неуклонно снижается, технологические трудности стыковки оптических волокон успешно преодолеваются.

Основным стандартом беспроводных сетей является 802.11. Разработка стандарта  началась с 1990 года. Первый стандарт 802.11а  обеспечивает  передачу данных до 1-2 Мбит/c. Далее появился стандарт 802.11б – 5-11 Мбит/с. Кроме того существует спецификация для инфракрасных волн длиной 850 нанометров (1-2 Мбит/c). 802.11g поддерживает скорость до 54 Мбит/c, пока является самым распространенным стандартом. 802.11n поддерживает скорость до 300 Мбит/c. Все стандарты обратно совместимые.

Беспроводные сети используют разделяемую среду, поэтому пропускная способность делится на количество участников.

Максимальная скорость в беспроводной сети определяется наименее скоростным элементом. Беспроводные сети подразумевают применение двух топологий:

- одноранговая;

- инфраструктура.

Беспроводные системы могут  использовать разделяемую среду  несколькими способами:

а) непосредственно передавая данные друг другу;

б) передавая данные друг другу транзитом через точку доступа;

в) через точки доступа между различными сетями;

г) через обычную проводящую проводную сеть между различными сетями.

Единичная сеть, состоящая из отдельных  беспроводных систем, не включающая точку доступа, называется сеть с базовым набором услуг (BSS). Несколько BSS  могут объединяться с помощью системы распределения (DS). Совокупность таких BSS объединенных DS называется сетью с расширенным набором услуг (ESS). Подобным образом организуется структура большинства беспроводных сетей. На физическом уровне беспроводные сети  поддерживают следующие спецификации:

- DSSS – метод прямой последовательности, модулируется путем двочной или квадратичной фазовой манипуляцией.

- FHSS – метод передачи, использующий быстрые сдвиги частоты по заданному алгоритму. Выделяют специальные каналы шириной 1МГц. При использовании двух частот скорость до 1 Мбит/c, четырех до 2 Мбит.

- OFDM – это ортогональное частотное мультиплексирование. Максимальная скорость до 54 Мбит/с.

-  Инфракрасные волны – используются  инфракрасный сигнал в диапозоне  850 нанометров.

Широкое распространение получили методы построения беспроводных ЛВС  с применением устройств, использующих для передачи данных радиосигналы.

а) Беспроводная ЛВС с использованием Bluetooth-адаптеров. В настоящее время самый недорогой и доступный способ. Единственным его недостатком можно считать то, что разработчики аппаратуры пока не предлагают устройств с радиусом действия более 100 м. Однако в скором времени эта технология прочно утвердится на позициях домашних сетей и сетей небольших офисов.

б) Применение устройств, использующих технологии мобильной связи (CDMA, TDMA, GSM, GPRS, EDGE, 3G). Данный способ построения сетей стремительно набирает популярность в связи со значительным удешевлением и распространением терминалов, использующих данные технологии. В их качестве используются как мобильные телефоны, так и специализированные модемы.

в) Применение адаптеров и точек доступа WLAN (Wi-Fi). Пожалуй, самый распространенный в настоящее время способ. Устройства, применяемые в этом случае для построения беспроводной ЛВС, используют семейство стандартов IEEE 802.11.

г) Применение аппаратуры WiMAX. Аппаратура использует более прогрессивный стандарт IEEE 802.16 и, соответственно, построенная на ее основе беспроводная ЛВС обладает лучшими характеристиками по площади покрытия. А за счет разделенного доступа пользователей недостаток снижения производительности при увеличении числа конечных адаптеров исключен полностью.

Мы будем использовать при разработке сети проводную сеть, 4-х парный кабель «витая пара» категории САТ5е.  Потому что он хорош своей надежностью, наиболее современен и самый распространенный, допускает соединение компьютеров на скорости до 100 Мбит, используется для внутренней прокладки. Но не позволяет без покупки специального устройства HUB (хаб) расширить сеть даже до трех компьютеров. Впрочем, устройство это не очень дорогое. Максимальное расстояние компьютер-компьютер или компьютер-хаб - 100 метров. Предпочтительнее использовать в пределах одного здания.

 

3 Выбор сетевого оборудования

 

Сетевое оборудование — устройства, необходимые для работы компьютерной сети. Например: сетевой адаптер, маршрутизатор, коммутатор, концентратор, патч-панель и др. Обычно выделяют активное и пассивное сетевое оборудование. Под названием, активное сетевое оборудование подразумевают некоторые «интеллектуальные» особенности сетевого оборудования. Это такие устройства как маршрутизатор, коммутатор (свитч) и т.д. - являются активным, «интеллектуальным» и часто управляемым сетевым оборудованием. "Активка" имеет одну отличительную черту от пассивного сетевого оборудования - это потребление электроэнергии, необходим источник питания, причем для надежной передачи voice-data-image данных желательно наличие источника бесперебойного питания (ИБП).

Сетевые адаптеры предназначены для  сопряжения сетевых устройств со средой передачи в соответствии с принятыми правилами обмена информацией. Сетевым устройством может быть компьютер пользователя, сетевой сервер, рабочая станция и т.д. Набор выполняемых адаптером функций зависит от конкретного сетевого протокола. Ввиду того, что сетевой адаптер и в физическом, и в логическом смысле находится между устройством и сетевой средой, его функции можно разделить на функции сопряжения с сетевым устройством и функции обмена с сетью. Количественный и качественный состав функций сопряжения с сетевым устройством определяется его назначением и функциональной схемой. Если в качестве сетевого устройства выступает компьютер, то связь с сетевой средой можно реализовать двумя способами: через системную магистраль (шину) или через внешние интерфейсы (последовательные или параллельные порты). Наиболее распространенным является способ сопряжения через шину (в основном ISA или PCI). При этом адаптер буферизует данные, поступающие с системной магистрали, и вырабатывает внутренние управляющие сигналы.

Сетевые функции могут перераспределяться между адаптером и компьютером. Чем больше функций выполняет компьютер, тем проще функциональная схема адаптера. К основным сетевым функциям адаптера относятся:

- Гальваническая развязка с коаксиальным кабелем или витой парой. Наиболее часто для этой цели применяют импульсные трансформаторы. В сети Ethernet (в связи с тем, что для определения конфликтной ситуации используется анализ постоянной составляющей) эта схема несколько усложнена. Иногда для развязки используют оптроны.

- Кодирование и декодирование сигналов. Наиболее часто применяется самосинхронизирующийся манчестерский код.

- Идентификация своего адреса в принимаемом пакете. Физический адрес адаптера может определяться установкой переключателей, храниться в специальном регистре или прошиваться в ППЗУ.

- Преобразование параллельного кода в последовательный при передаче и обратное преобразование при приеме. В простейшем случае для этой цели используют сдвиговые регистры с параллельным входом и последовательным выходом. Эта функция может быть реализована и программными методами.

- Промежуточное хранение данных и служебной информации в буфере. Использование буфера позволяет возложить функции контроля за сетью на адаптер. При наличии буфера компьютер может не отслеживать момент передачи данных.

- Выявление конфликтных ситуаций и контроль состояния сети. В набольшей степени эта функция важна в сетях с топологией шина и со случайным методом доступа к среде передачи. Возможные конфликты адаптер должен разрешать самостоятельно.

- Подсчет контрольной суммы. Наиболее распространенным способом определения контрольной суммы является вычисление при помощи сдвигового регистра через сумматор по модулю 2 с обратными связями от некоторых разрядов. Места включения обратных связей определяются выбранным полиномом.

- Согласование скоростей пересылки данных компьютером в адаптер или из него со скоростью обмена в сети. При малой скорости обмена в сети компьютеру придется выжидать момент разрешенной передачи. При большой скорости он может не успевать отправлять свои данные. Адаптер при помощи буфера справляется с этой задачей.

Адаптеры Ethernet представляют собой плату, которая вставляется  в слот системной платы компьютера. Чаще всего адаптеры Ethernet имеют для  связи с сетью два внешних разъема: для коаксиального кабеля (разъем BNC) и для кабеля на витой паре. Наличие двух внешних разъемов позволяет работать по выбору в сети с "тонким" Ethernet или с витой парой. Для выбора типа кабеля применяются перемычки или переключатели, которые устанавливаются перед подключением адаптера к сети. Для подключения витой пары может использоваться 15-контактный разъем AUI или 8-контактный RJ-45.