Физические среды установления соединения

Физические среды установления соединения

Для локальных сетей существует три принципиальные схемы соединения: с помощью витой пары, коаксиального или волоконно-оптического кабеля. Для передачи информации также могут использоваться спутники, лазеры, микроволновое излучение и т.п., (см.предыдущие л.р.)

РИСУНОК 2.4. Кабель из витых пар

Витая пара

Витая пара (Twisted pair — ТР) в настоящее время является самой распространенной средой передачи и представляет собой пару свитых проводов. Кабель, составленный из нескольких витых пар, как правило, покрыт жесткой пластиковой оболочкой, предохраняющей его от воздействия внешней среды и механических повреждений. Схема витой пары представлена на рисунке 6.4.

В нормальных условиях витая пара поддерживает скорость передачи данных от 10 до 100 Мбит/с. Однако ряд факторов может существенно снизить скорость передачи данных, в частности, потеря данных (data loss), перекрестное соединение (crosstalk coupling) и влияние электромагнитного излучения.

Для уменьшения влияния электрических и магнитных полей применяется экранирование (кабель из витых пар покрывается фольгой или оплеткой). Но после экранирования витой пары в значительной степени увеличивается затухание (аттенюация — attenuation) сигнала. Под затуханием сигнала подразумевается его ослабление при передаче из одной точки сети в другую. Экранирование изменяет сопротивление, индуктивность и емкость таким образом, что линия становится склонной к потерям данных. Подобные потери могут сделать витую пару нежелательной и ненадежной средой передачи. И экранированная, и неэкранированная витая пара используются для передачи данных на несколько сотен метров.

РИСУНОК 6.2. Пример приема/передачи данных в модели OSI

РИСУНОК 6.3. Дополнение данных заголовками в модели OSI

Спецификации категорий витой пары

В соответствии со спецификациями ассоциации электронной и телекоммуникационной промышленности (Electronic Industries Association and Telecommunications Industries Association — EIA/TIA) вводится пять стандартных категорий кабеля из витых пар. Обратите внимание, что при определении категорий кабеля используется только неэкранированная витая пара (unshielded twisted pair — UTP).

n Кабель первой категории используется для передачи голосовых данных. С начала 80-х годов кабель CAT 1 используется в основном в качестве проводки телефонных линий. Кабель первой категории не сертифицирован для передачи данных любого типа и в большинстве случаев не рассматривается как среда для передачи цифровых данных.

n Кабель второй категории используется для передачи информации со скоростью не более 4 Мбит/с. Этот тип проводки характерен для сетей устаревшей кольцевой топологии, использующих протокол с передачей маркера. Кабель тактируется частотой 1 МГц.

n Кабель третьей категории в основном используется в локальных сетях с устаревшей архитектурой Ethernet 10base-Т и сертифицирован для передачи данных со скоростью до 16 Мбит/с. Кабель тактируется частотой 16 Мгц.

n Кабель четвертой категории используется в качестве среды соединения сетей с кольцевой архитектурой или архитектурой 10base-T/100base-T. Кабель САТ4 сертифицирован для передачи данных со скоростью до 16 Мбит/с и состоит из четырех витых пар. Тактируется частотой 20 МГц.

n Кабель пятой категории является самой распространенной средой передачи сетей Ethernet. Кабель поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с и используется в сетях с архитектурой 100base-Т и 10base-Т. Кабель тактируется частотой 100 МГц.

Таким образом:

n Витая пара представляет собой два обычных медных проводника, скрученных по всей длине кабеля.

n Существует два типа витой пары: экранированная и неэкранированная.

n Существует пять основных категорий кабеля «витая пара».

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель является широко распространенной и достаточно удобной средой передачи данных. Такое название кабель получил вследствие того, что состоит из двух проводников (axes). Один проводник (цельная или витая жила) экранируется вторым, который тоже может быть сплошным или переплетенным. Проводники, как правило, разделены слоем диэлектрического материала. Сам кабель покрыт пластиковой оболочкой. Коаксиальный кабель лучше защищен от помех и позволяет увеличить длину сегмента сети. Использующие коаксиальный кабель сети стандартов 10base-5/2 характеризуются пропускной способностью 10 Мбит/с. Максимальная длина сегмента для сетей стандарта 10base-5 составляет приблизительно 500 метров, а для сетей стандарта 10base-2 — приблизительно 180 метров. На рисунках 6.5 и 6.6 показан коаксиальный кабель в разрезе.

С увеличением диаметра коаксиального кабеля пропускная способность повышается. Однако одновременно с этим увеличиваются затраты на выполнение проводки из такого кабеля, поскольку необходимо использовать специальные инструменты. Характерные свойства коаксиального кабеля:

n Он менее подвержен влиянию шума по сравнению с витой парой.

n Кабель состоит из двух концентрических проводников, разделенных слоем диэлектрического материала.

n Импеданс коаксиального кабеля может быть равен 75 Ом (кабель толщиной 1/2 дюйма) или 50 Ом (кабель толщиной 3/8 дюйма).

Волоконно-оптический кабель

Это тонкая и гибкая среда, позволяющая передавать данные в виде световых волн по стеклянному «проводнику» или кабелю. Волоконно-оптические линии связи используются на расстояниях свыше одного километра. Характерной их особенностью является высокая защищенность от несанкционированного подключения (что не удивительно, поскольку для передачи данных не используются электрические сигналы). Существует две разновидности кабеля: одномодовый и многомодовый. Между ними существуют различия (см. далее)

Диод или лазер

В качестве источника света волоконно-оптического кабеля может использоваться светоизлучающий диод (light emitting diode — LED) или лазер (injection laser diode — ILD). Одномодовый волоконно-оптический использует в качестве источника света диод, в то время как многомодовый кабель — лазер.

n Светоизлучающий диод — это устройство, излучающее свет в том случае, если приложить к нему прямое напряжение. С помощью сгенерированных диодом световых импульсов на расстоянии от 0.5 км до 1 км можно добиться скорости передачи данных от соответственно 12.5 Мбит/с до 25 Мбит/с. По сравнению с лазером этот источник света считается слабым.

n Лазер — устройство, генерирующее очень интенсивный поток цвета чрезвычайно узкого диапазона. В результате увеличивается как скорость передачи данных, так и расстояние. Для расстояний до 2 км скорость передачи составляет от 25 до 100 Мбит/с.

Основные характеристики волоконно-оптического кабеля:

n Абсолютный иммунитет к электромагнитным излучениям.

n Возможна передача данных на расстояние до 10 км.

n В лабораторных условиях реально достичь скорости передачи до 4 Гбит/с.

n В качестве источника света может использоваться светоизлучающий диод или лазер.

Обычный Ethernet (10base-X)

Обычный Ethernet является одной из самых старых, самых простых и самых дешевых из когда-либо разработанных технологий локальных сетей. В зависимости от типа физической среды различают следующие типы Ethernet:

n 10base-5 (толстый коаксиальный кабель, иногда фигурирующий под названием thicknet)

n 10base-2 (тонкий коаксиальный кабель)

n 10base-T (витая пара)

n 10base-F (волоконно-оптический канал)

Топология для всех четырех типов практически не отличается. Данные в локальной сети передаются со скоростью до 10 Мбит/с. Для рассылки данных в сети все типы используют протокол CSMA/CD (см. следующий раздел). В настоящее время широкую популярность получили разновидности Ethernet, использующие витую пару.

Протокол CSMA/CD

Весь смысл технологии Ethernet сконцентрирован в протоколе обработки множественного доступа с контролем несущей и предотвращением конфликтов (CSMA/CD). Термин «определение несущей» означает, что все станции прослушивают трафик. Если в данный момент времени какая-то другая станция передает данные, «несущая» обнаружена не будет и станция не сможет начать передачу. Станция будет пытаться «захватить несущую» до тех пор, пока сеть не разгрузится и несущая освободится. «Предотвращение конфликтов» заключается в следующем. Если две станции пытаются одновременно начать передачу, они будут вынуждены отложить передачу данных и возобновить ее через некоторый промежуток времени (определенный случайным образом). Термин «множественный доступ» просто указывает на тот факт, что все станции подключены к единственному каналу сети.

Сети Token Ring

Локальные сети Token Ring (Эстафетное кольцо) строятся на кольцевой архитектуре. Управляющая станция генерирует специальное сообщение, известное под названием маркер (token), и последовательно передает его всем компьютерам. Правом передачи данных обладает единственный компьютер, располагающий маркером. Как только маркер достигает станции, которая собирается передать данные, последняя «присваивает» маркер себе и изменяет его статус на «занято». Затем маркер дополняется всей информацией, которую предполагалось передать, и снова отправляется в сеть. Маркер будет циркулировать в сети до тех пор, пока не достигнет адресата информации. Получающая сторона обрабатывает полученную вместе с маркером информацию и опять передает маркер в сеть. Когда маркер возвращается к исходной станции (к станции, которая дополнила его информацией), он удаляется, после чего генерируется новый маркер. Цикл начинается заново. На рисунке 6.11 показана структура сети Token Ring.

РИСУНОК 6.11 Сеть Token Ring.

Эстафетное кольцо считается высокоорганизованной и эффективной сетевой архитектурой. В настоящее время существует две разновидности Token Ring с пропускной способностью 4 Мбит/с и 16 Мбит/с.

Fast Ethernet (100base-XX)

В зависимости от типа среды различают следующие разновидности Fast Ethernet:

n 100base-T4 (4 витые пары),

n 100base-TX (2 витые пары),

n 100base-FX (волоконно-оптический кабель)

Являясь высокоскоростной разновидностью устаревшей технологии 10base-X Ethernet, сети стандарта 100base-XX в состоянии передавать данные со скоростью до 100 Мбит/с.

Сети 100VG-AnyLAN

Сети 100VG (Voice Grade — Голосовой Канал)-АnуLAN являются еще одной версией спецификации 100 Мбит/с. Основное отличие заключается в том, что вместо протокола CSMA/CD используется протокол приоритетов запросов (Demand Priority Access Method — DPAM), соответствующий спецификации 802.12. Помимо волоконно-оптических каналов, стандарт l00VG-AnyLAN позволяет использовать кабели CAT 3, 4, 5-UTP, 2-STP. Кроме того, поддерживаются форматы 802.3 и 802.5. В результате становится возможным плавный переход от предыдущих сетевых топологий. Несмотря на то, что сеть 100VG благодаря использованию DPAM поддерживает скорость передачи данных 100 Мбит/с, а это, в свою очередь, позволяет использовать для разгрузки трафика уровневые повторители и концентраторы, она до сих пор не сертифицирована для использования волоконно-оптических каналов. Вследствие изложенного выше сети 100VG не участвуют в передаче данных на расстояния свыше 100 м. Кроме того, большинство оборудования, необходимого для развертывания сети, выпускается всего лишь несколькими изготовителями, что не способствует ее распространению (по крайней мере, на момент написания этой книги).

На рисунке 6. 12 представлена архитектура уровневых концентраторов сети VG. Подобная архитектура оптимизирует распределение узлов в сети. Самый верхний, или родительский, концентратор может иметь несколько дочерних концентраторов или вообще не иметь их. Это справедливо и для всех дочерних концентраторов, которые могут выступать в роли родительских. Каждый концентратор располагает всеми необходимыми для доступа к среде правилами. Данные поднимаются вверх по концентраторам и попадают в сеть.

РИСУНОК 6. 12. Локальная сеть VG использует уровневые концентраторы.

Физические среды установления соединения

РИСУНОК 2.4. Кабель из витых пар

Витая пара

РИСУНОК 6.2. Пример приема/передачи данных в модели OSI

РИСУНОК 6.3. Дополнение данных заголовками в модели OSI

12 3	Поделиться: