Материал: Сетевое оборудование и системное программное обеспечение компьютерных сетей

Сетевое оборудование и системное программное обеспечение компьютерных сетей

Сетевое оборудование и системное программное обеспечение компьютерных сетей

Раздел 1. Основные сетевые стандарты

компьютер сеть адаптер кабель

1.1 Коммуникация и технические средства телекоммуникаций

Для соединения компьютеров между собой используют средства коммутации.

В качестве таких средств наиболее часто используются витая пара, коаксиальный кабель, Ethernet - кабель, Cheapernet - кабель, оптоволоконные линии.

Вита́я па́ра (англ. twisted pair) - вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой и покрытых пластиковой оболочкой.

В зависимости от наличия защиты - электрически заземлённой медной оплетки или алюминиевой фольги вокруг скрученных пар, определяют разновидности данной технологии:

§   незащищенная витая пара (UTP - Unshielded twisted pair) - отсутствует защитный экран вокруг отдельной пары;

§   фольгированная витая пара (FTP - Foiled twisted pair) - также известна как F/UTP, присутствует один общий внешний экран в виде фольги;

§   защищенная витая пара (STP - Shielded twisted pair) - присутствует защита в виде экрана для каждой пары и общий внешний экран в виде сетки;

§   фольгированная экранированная витая пара (S/FTP - Screened Foiled twisted pair) - внешний экран из медной оплетки и каждая пара в фольгированной оплетке;

§   незащищенная экранированная витая пара (SF/UTP - Screened Foiled Unshielded twisted pair) - двойной внешний экран из медной оплетки и фольги, каждая витая пара без защиты.

Экранирование обеспечивает лучшую защиту от электромагнитных наводок как внешних, так и внутренних, и т.д.

Витопарный кабель состоит из нескольких витых пар. Проводники в парах изготовлены из монолитной медной проволоки толщиной 0,4-0,6 мм. Толщина изоляции проводника - около 0,2 мм, материал обычно поливинилхлорид , полипропилен, полиэтилен .

Также внутри кабеля встречается так называемая "разрывная нить" (обычно капрон), которая выполняет защитную функцию.

Существует несколько категорий кабеля витая пара, которые нумеруются от CAT1 до CAT7 и определяют эффективный пропускаемый частотный диапазон.

§   CAT1 (полоса частот 0,1 МГц) - телефонный кабель, всего одна пара. Используется только для передачи голоса или данных при помощи модема.

§   CAT2 (полоса частот 1 МГц) - 2 пары проводников, поддерживал передачу данных на скоростях до 4 Мбит/с, использовался в сетях Token ring и Arcnet.

§   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 на расстоянии не дальше 100 метров.

§   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.

§   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.

§   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.

§   CAT6a (полоса частот 500 МГц) - применяется в сетях Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10 гигабит/с.

Особое место занимают кабели категории 7 (не UTP!):

§   CAT7 -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.

Каждая отдельно взятая витая пара, входящая в состав кабеля, предназначенного для передачи данных, должна иметь волновое сопротивление 100±25 Ом.

Коаксиальный кабель представляет собой электрический кабель, состоящий из центрального провода и металлической оплетки, разделенных между собой слоем диэлектрика (внутренней изоляции) и помещенных в общую внешнюю оболочку (рис. 1).

Коаксиальный кабель обладает высокой помехозащищенностью, более высокими, чем в случае витой пары, допустимыми скоростями передачи данных (до 500 Мбит/с) и большими допустимыми расстояниями передачи (до километра и выше). К нему труднее механически подключиться для несанкционированного прослушивания сети, он также дает заметно меньше электромагнитных излучений вовне. Однако монтаж и ремонт коаксиального кабеля существенно сложнее, чем витой пары, а стоимость его выше, Поэтому его сейчас применяют реже, чем витую пару.

Рис. 1. Коаксиальный кабель

Существует два основных типа коаксиального кабеля:

·              тонкий (thin) кабель, имеющий диаметр около 0,5 см, более гибкий;

·              толстый (thick) кабель, имеющий диаметр около 1 см, значительно более жесткий.

Тонкий кабель используется для передачи на меньшие расстояния, чем толстый, так как в нем сигнал затухает сильнее. Зато с тонким кабелем гораздо удобнее работать: его можно оперативно проложить к каждому компьютеру, а толстый требует жесткой фиксации на стене помещения. Подключение к тонкому кабелю проще и не требует дополнительного оборудования, а для подключения к толстому кабелю надо использовать специальные довольно дорогие устройства, прокалывающие его оболочки и устанавливающие контакт как с центральной жилой, так и с экраном. Толстый кабель примерно вдвое дороже, чем тонкий. Поэтому тонкий кабель применяется гораздо чаще.

В настоящее время считается, что коаксиальный кабель устарел, в большинстве случаев его вполне может заменить витая пара или оптоволоконный кабель. Новые стандарты на кабельные системы уже не включают его в перечень типов кабелей.

Широкополосный коаксиальный кабель.

Широкополосные системы обычно разделяются на отдельные каналы (часто - на 6-МГц). Каждый канал независимо от других может применяться для аналогового телевидения, аудио с качеством компакт-диска (1,4 Мбит/с) или цифрового потока данных со скоростью около 3 Мбит/с.

Основное различие между узкополосной и широкополосной системой заключается в том, что широкополосные системы обычно покрывают большие территории и поэтому нуждаются в периодически устанавливаемых усилителях для борьбы с ослаблением сигнала. Такие усилители могут передавать сигналы лишь в одном направлении. Для решения этой проблемы были разработаны два типа широковещательных систем: двухкабельные и однокабельные. Двухкабельные системы состоят из двух протянутых параллельно одинаковых кабелей. Для передачи данных компьютер использует первый кабель, при этом данные двигаются к головному устройству, расположенному на вершине дерева кабелей. Затем головное устройство передает сигнал на второй кабель, по которому он распространяется вниз по дереву. Все компьютеры передают по кабелю 1 и принимают по кабелю 2. Двухкабельная система показана на рис. 2.3, а.

Другая схема использует для приема и передачи различные частотные диапазоны на одном и том же кабеле (см. рис. 2.3, а). Низкочастотный диапазон обычно используется для передачи от компьютера к головной станции, которая сдвигает сигнал в область высоких частот и передает его обратно. В системе двухсторонней передачи с разбиением полосы на две неравные части частоты от 5 до 30 МГц используются для входящих сообщений, а частоты от 40 до 300 МГц - для исходящих.

В системе двухсторонней передачи с разбиением полосы на две равные части входной диапазон располагается в пределах от 5 до 116 МГц, а выходной диапазон - от 168 до 300 МГц.

Рис. 2. Широкополосные сети: двухкабельная (а); однокабельная (б)

Широкополосные сети могут использоваться различным образом. Некоторым парам компьютеров может предоставляться постоянный выделенный канал. Другие компьютеры могут запрашивать по каналу управления предоставления им канала для временной связи, после чего переключиться на частоты предоставленного им канала на время соединения.

Ethernet-кабель.кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet (англ. thick) или желтый кабель (англ. yellow cable). Он использует 15-контактное стандартное включение. Вследствие помехозащищенности является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Средняя скорость передачи данных 10 Мбит/с.

Максимально доступное расстояние сети Ethernet - около 3000 м.кабель.

Более дешевым, чем Ethernet-кабель является соединение Cheapernet-кабель (RG-58) или, как его часто называют, тонкий (англ. thin) Ethernet.

Это 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в 10 Мбит/с. При соединении сегментов Cheapernet-кабеля также требуются повторители. Вычислительные сети с Cheapernet-кабелем имеют небольшую стоимость и минимальные затраты при наращивании. Дополнительное экранирование не требуется. Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может составлять максимум 300 м, а минимум 0.5 м, общее расстояние для сети на Cheapernet-кабеля около 1000 м.

Оптоволокнные линии.

Оптоволоконные линии предназначены для перемещения больших объемов данных на очень высоких скоростях.

В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов.

Оптическое волокно - чрезвычайно тонкий стеклянный цилиндр, называемый жилой (core), покрытый слоем стекла (Рис. 3), называемого оболочкой, с иным, чем у жилы, коэффициентом преломления. Каждое стеклянное оптоволокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон. Одно из них служит для передачи, а другое - для приема. Жесткость волокон увеличена покрытием из пластика, а прочность - волокнами из кевлара.

Рис 3. Схема простейшего оптоволоконного кабеля

Оптоволоконный кабель обеспечивает высокую защищенность передаваемых данных, поскольку не испускает электромагнитного излучения

Недостатки оптоволокна - высокая стоимостью его прокладки и эксплуатации.

Существуют два различных типа оптоволоконного кабеля:

·              многомодовый

·              одномодовый кабель

·              Суть различия между этими двумя типами сводится к разным режимам прохождения световых лучей в кабеле.

Рис. 4. Распространение света в одномодовом кабеле

В одномодовом кабеле практически все лучи проходят один и тот же путь, в результате чего они достигают приемника одновременно, и форма сигнала почти не искажается (Рис. 4). Одномодовый кабель имеет диаметр центрального волокна около 1,3 мкм и передает свет только с такой же длиной волны (1,3 мкм). Дисперсия и потери сигнала при этом очень незначительны, что позволяет передавать сигналы на значительно большее расстояние, чем в случае применения многомодового кабеля. Для одномодового кабеля применяются лазерные приемопередатчики, использующие свет исключительно с требуемой длиной волны.

Рис. 5. Распространение света в многомодовом кабеле

В многомодовом кабеле траектории световых лучей имеют заметный разброс, в результате чего форма сигнала на приемном конце кабеля искажается (Рис. 5). Центральное волокно имеет диаметр 62,5 мкм, а диаметр внешней оболочки 125 мкм (это иногда обозначается как 62,5/125). Для передачи используется обычный (не лазерный) светодиод, что снижает стоимость и увеличивает срок службы приемопередатчиков по сравнению с одномодовым кабелем. Длина волны света в многомодовом кабеле равна 0,85 мкм, при этом наблюдается разброс длин волн около 30-50 нм. Допустимая длина кабеля составляет 2-5 км. Затухание в многомодовом кабеле больше, чем в одномодовом и составляет 5-20 дБ/км.

1.2 Обзор международных организаций по стандартизации

Локальная сеть представляет собой систему распределенной обработки информации, составляющую как минимум из двух компьютеров, взаимодействующих между собой с помощью специальных средств связи.

Локальная Ethernet.

В настоящее время из относительно небольших компьютерных сетей со скоростью передачи до 10 Мбит/с. наиболее широкое распространение получила сеть Ethernet. Эта сеть предназначена для объединения различных учрежденческих рабочих станций в локальную сеть. Сеть характеризуется низкой стоимостью, простотой наладки и эксплуатации.