Типичными и наиболее распространенными представителями искусственной среды передачи данных являются кабели. При создании сети передачи данных выбор осуществляется из следующих основных видов кабелей: волоконно-оптический (fiber), коаксиал (coaxial) и витая пара (twisted pair). При этом и коаксиал (коаксиальный кабель), и витая пара для передачи сигналов используют металлический проводник, а волоконно-оптический кабель - световод, сделанный из стекла или пластмассы.
Совместно используемый несколькими интерфейсами физический канал называют разделяемым. Часто используют термин разделяемая среда передачи данных.
Вопрос 22.
Классификация методов доступа к разделяемой среде передачи данных.
1. Случайные методы доступа (Ethernet)
2. Детерминированные (Token bus, Token ring)
Случайные: доступ к среде осуществляется в любой момент времени не ависимо от других абонентов сети.
Детерм.: доступ к среде осуществляется только в строго определенные моменты времени при наличии разрешения.
Основным недостатком случайных методов доступа – наличие коллизий.
Основным плюсом детерминированного метода является независимость времени передачи от загрузки.
Вопрос 23.
Случайный метод доступа CSMA/CD. Алгоритм работы Эффективность.
В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных, называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA/CD).
Этот метод применяется исключительно в сетях с логической общей шиной (к которым относятся и радиосети, породившие этот метод). Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Одновременно все компьютеры сети имеют возможность немедленно (с учетом задержки распространения сигнала по физической среде) получить данные, которые любой из компьютеров начал передавать на общую шину (рис. 3.3). Простота схемы подключения - это один из факторов, определивших успех стандарта Ethernet. Говорят, что кабель, к которому подключены все станции, работает в режиме коллективного доступа (Multiply Access, MA).
Рис. 3.3. Метод случайного доступа CSMA/CD
Этапы доступа к среде
Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальным адресом станции назначения.
Чтобы получить возможность передавать кадр, станция должна убедиться, что разделяемая среда свободна. Это достигается прослушиванием основной гармоники сигнала, которая также называется несущей частотой (carrier-sense, CS). Признаком незанятости среды является отсутствие на ней несущей частоты, которая при манчестерском способе кодирования равна 5-10 МГц, в зависимости от последовательности единиц и нулей, передаваемых в данный момент.
Если среда свободна, то узел имеет право начать передачу кадра. Этот кадр изображен на рис. 3.3 первым. Узел 1 обнаружил, что среда свободна, и начал передавать свой кадр. В классической сети Ethernet на коаксиальном кабеле сигналы передатчика узла 1 распространяются в обе стороны, так что все узлы сети их получают. Кадр данных всегда сопровождается преамбулой (preamble), которая состоит из 7 байт, состоящих из значений 10101010, и 8-го байта, равного 10101011. Преамбула нужна для вхождения приемника в побитовый и побайтовый синхронизм с передатчиком.
Все станции, подключенные к кабелю, могут распознать факт передачи кадра, и та станция, которая узнает собственный адрес в заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер, обрабатывает полученные данные, передает их вверх по своему стеку, а затем посылает по кабелю кадр-ответ. Адрес станции источника содержится в исходном кадре, поэтому станция-получатель знает, кому нужно послать ответ.
Узел 2 во время передачи кадра узлом 1 также пытался начать передачу своего кадра, однако обнаружил, что среда занята - на ней присутствует несущая частота, - поэтому узел 2 вынужден ждать, пока узел 1 не прекратит передачу кадра.
После окончания передачи кадра все узлы сети обязаны выдержать технологическую паузу (Inter Packet Gap) в 9,6 мкс. Эта пауза, называемая также межкадровым интервалом, нужна для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние, а также для предотвращения монопольного захвата среды одной станцией. После окончания технологической паузы узлы имеют право начать передачу своего кадра, так как среда свободна. Из-за задержек распространения сигнала по кабелю не все узлы строго одновременно фиксируют факт окончания передачи кадра узлом 1.
В приведенном примере узел 2 дождался окончания передачи кадра узлом 1, сделал паузу в 9,6 мкс и начал передачу своего кадра.
Возникновение коллизии
При описанном подходе возможна ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общей среде. Механизм прослушивания среды и пауза между кадрами не гарантируют от возникновения такой ситуации, когда две или более станции одновременно решают, что среда свободна, и начинают передавать свои кадры. Говорят, что при этом происходит коллизия (collision), так как содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле и происходит искажение информации - методы кодирования, используемые в Ethernet, не позволяют выделять сигналы каждой станции из общего сигнала.
ПРИМЕЧАНИЕ Заметим, что этот факт отражен в составляющей «Base(band)», присутствующей в названиях всех физических протоколов технологии Ethernet (например, 10Base-2,10Base-T и т. п.). Baseband network означает сеть с немодулированной передачей, в которой сообщения пересылаются в цифровой форме по единственному каналу, без частотного разделения.
Коллизия - это нормальная ситуация в работе сетей Ethernet. В примере, изображенном на рис. 3.4, коллизию породила одновременная передача данных узлами 3 и У. Для возникновения коллизии не обязательно, чтобы несколько станций начали передачу абсолютно одновременно, такая ситуация маловероятна. Гораздо вероятней, что коллизия возникает из-за того, что один узел начинает передачу раньше другого, но до второго узла сигналы первого просто не успевают дойти к тому времени, когда второй узел решает начать передачу своего кадра. То есть коллизии - это следствие распределенного характера сети.
Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется обнаружение коллизии (collision detection, CD). Для увеличения вероятности скорейшего обнаружения коллизии всеми станциями сети станция, которая обнаружила коллизию, прерывает передачу своего кадра (в произвольном месте, возможно, и не на границе байта) и усиливает ситуацию коллизии посылкой в сеть специальной последовательности из 32 бит, называемой jam-последовательностью.
Рис. 3.4. Схема возникновения и распространения коллизии
После этого обнаружившая коллизию передающая станция обязана прекратить передачу и сделать паузу в течение короткого случайного интервала времени. Затем она может снова предпринять попытку захвата среды и передачи кадра. Случайная пауза выбирается по следующему алгоритму:
Пауза = L *(интервал отсрочки),
где интервал отсрочки равен 512 битовым интервалам (в технологии Ethernet принято все интервалы измерять в битовых интервалах; битовый интервал обозначается как bt и соответствует времени между появлением двух последовательных бит данных на кабеле; для скорости 10 Мбит/с величина битового интервала равна 0,1 мкс или 100 нс);
L представляет собой целое число, выбранное с равной вероятностью из диапазона , где N - номер повторной попытки передачи данного кадра: 1,2,..., 10.
После 10-й попытки интервал, из которого выбирается пауза, не увеличивается. Таким образом, случайная пауза может принимать значения от 0 до 52,4 мс.
Если 16 последовательных попыток передачи кадра вызывают коллизию, то передатчик должен прекратить попытки и отбросить этот кадр.
Из описания метода доступа видно, что он носит вероятностный характер, и вероятность успешного получения в свое распоряжение общей среды зависит от загруженности сети, то есть от интенсивности возникновения в станциях потребности в передаче кадров. При разработке этого метода в конце 70-х годов предполагалось, что скорость передачи данных в 10 Мбит/с очень высока по сравнению с потребностями компьютеров во взаимном обмене данными, поэтому загрузка сети будет всегда небольшой. Это предположение остается иногда справедливым и по сей день, однако уже появились приложения, работающие в реальном масштабе времени с мультимедийной информацией, которые очень загружают сегменты Ethernet. При этом коллизии возникают гораздо чаще. При значительной интенсивности коллизий полезная пропускная способность сети Ethernet резко падает, так как сеть почти постоянно занята повторными попытками передачи кадров. Для уменьшения интенсивности возникновения коллизий нужно либо уменьшить трафик, сократив, например, количество узлов в сегменте или заменив приложения, либо повысить скорость протокола, например перейти на Fast Ethernet.
Следует отметить, что метод доступа CSMA/CD вообще не гарантирует станции, что она когда-либо сможет получить доступ к среде. Конечно, при небольшой загрузке сети вероятность такого события невелика, но при коэффициенте использования сети, приближающемся к 1, такое событие становится очень вероятным. Этот недостаток метода случайного доступа - плата за его чрезвычайную простоту, которая сделала технологию Ethernet самой недорогой. Другие методы доступа - маркерный доступ сетей Token Ring и FDDI, метод Demand Priority сетей 100VG-AnyLAN - свободны от этого недостатка.
Понятие среды передачи данных
Под средой передачи данных следует понимать набор оборудования с помощью
Которого осуществляется взаимодействие между участниками соединения в рамках
Сеанса связи.
В самом простом случае среда передачи может быть реализована в виде кабеля
(единственного или в составе группы) и/или использовать какой либо из видов
Беспроводных технологий.
Для использовании кабеля в компьютерной сети должны быть однозначно описаны:
Тип кабельной системы и ее физические характеристики;
Формы и уровни информационного сигнала;
Способы разветвления среды передачи и подключения к ней;
Требования, выставляемые к сетевому оборудованию.
При использовании беспроводных технологий ограничений и требований еще больше,
Поскольку каждая из этих сред имеет особые способы кодирования, декодирования и
Применения сигнала в среде.
Обычно среда передачи работает в одном из следующих режимов:
Симплексная передача. Однонаправленный канал, сигналы проходят по нему всегда
Только в одном направлении.
Полудуплексная передача. Сигналы могут передаваться в обоих направлениях по
Единственному каналу связи, но в каждый момент времени сигналы передаются только
В одну сторону.
Дуплексная передача. Данный способ реализует полноценную двустороннюю связь по
Единственному каналу связи.
Свойства среды передачи определяют уровень защиты передаваемых сигналов от
Помех. Помехи бывают следующих типов:
Электромагнитные помехи представляют собой вторжение постороннего
Электромагнитного сигнала, нарушающего форму полезного сигнала. Когда в полезный
Сигнал добавляются внешние помехи, принимающий компьютер не может правильно
Интерпретировать сигнал.
Радиочастотные помехи представляют собой сигналы радиопередатчиков и других
Устройств, генерирующих сигналы на радиочастотах. К ним относятся также
Процессоры и дисплеи компьютеров. Радиочастотным считается электромагнитное
Излучение на частотах от 10 КГц до 100 ГГц. Излучение на частотах от 2 до 10 ГГц
Называется также микроволновым.
Влияние радиочастотных помех устраняется с помощью помехозащитных фильтров,
Применяемых в различных типах сетей.
Перекрестные помехи. К этому типу помех относятся сигналы проводов,
Расположенных на расстоянии нескольких миллиметров друг от друга. Протекающий по
Проводу электрический ток создает электромагнитное поле, которое генерирует
Сигналы в другом проводе, расположенном рядом. Довольно часто, разговаривая по
Телефону, можно услышать приглушенные разговоры других людей. Причиной этого
Являются перекрестные помехи.
Перекрестные помехи значительно уменьшаются, если скрутить два провода, как это
Сделано в витой паре. Чем больше витков приходится на единицу длины, тем меньше
Влияние помех.
Затухание сигналов. Проходя по кабелю, электрические и оптические сигналы
Становятся все слабее. Чем больше расстояние до источника, тем слабее сигнал.
Такое ослабление сигнала с расстоянием называется затуханием сигнала. Затухание
Является причиной того, что в спецификациях различных сетевых архитектур
Указывается ограничение на длину кабеля. Если это ограничение соблюдается, то
Эффект затухания не повлияет на нормальную работу канала связи.
Различные кабельные системы имеют различные допуски по диапазону рабочих частот
И скорости затухания сигнала (рисунок 1).
При увеличении частоты затухание увеличивается, потому что, чем выше частота
Сигнала, тем интенсивнее рассеивание его электромагнитной энергии в окружающее
Пространство. При увеличении частоты сам провод превращается из носителя сигнала
В антенну, рассеивающую его энергию в пространство.
Все стандарты относящиеся к среде передачи данных описываются на физическом
Уровне модели OSI.
Физическая среда является основой, на которой строятся физические средства соединения. Сопряжение с физическими средствами соединения посредством физической среды обеспечивает Физический уровень. В качестве физической среды широко используются эфир, металлы, оптическое стекло и кварц. На физическом уровне находится носитель, по которому передаются данные. Среда передачи данных может включать как кабельные, так и беспроводные технологии. Хотя физические кабели являются наиболее распространенными носителями для сетевых коммуникаций, беспроводные технологии все более внедряются благодаря их способности связывать глобальные сети.
На физическом уровне для физических кабелей определяются механические и электрические (оптические) свойства среды передачи, которые включают:
Тип кабелей и разъемов;
Разводку контактов в разъемах;
Схему кодирования сигналов для значений 0 и 1.
Канальный уровень определяет доступ к среде и управление передачей посредством процедуры передачи данных по каналу. В локальных сетях протоколы канального уровня используются компьютерами, мостами, коммутаторами и маршрутизаторами. В компьютерах функции канального уровня реализуются совместными усилиями сетевых адаптеров и их драйверов.
Кабели связи, линии связи, каналы связи
Для организации связи в сетях используются следующие понятия:
Кабели связи;
Линии связи;
Каналы связи.
Из кабелей связи и других элементов (монтаж, крепеж, кожухи и т.д.) строят линии связи. Прокладка линии внутри здания задача достаточно серьезная. Длина линий связи колеблется от десятков метров до десятков тысяч километров. В любую более-менее серьезную линию связи кроме кабелей входят: траншеи, колодцы, муфты, переходы через реки, море и океаны, а также грозозащита (равно как и другие виды защиты) линий. Очень сложны охрана, эксплуатация, ремонт линий связи; содержание кабелей связи под избыточным давлением, профилактика (в снег, дождь, на ветру, в траншее и в колодце, в реке и на дне моря). Большую сложность представляют собой юридические вопросы, включающие согласование прокладки линий связи, особенно в городе. Вот чем линия (связи) отличается от кабеля.
По уже построенным линиям организуют каналы связи. Причем если линию, как правило, строят и сдают сразу всю, то каналы связи вводят постепенно. Уже по линии можно дать связь, но такое использование крайне дорогостоящих сооружений очень неэффективно. Поэтому применяют аппаратуру каналообразования (или, как раньше говорили, уплотнение линии). По каждой электрической цепи, состоящей из двух проводов, обеспечивают связь не одной паре абонентов (или компьютеров), а сотням или тысячам: по одной коаксиальной паре в междугородном кабеле может быть образовано до 10800 каналов тональной частоты (0,3–3,4 КГц) или почти столько же цифровых, с пропускной способностью 64 Кбит/с.
При наличии кабелей связи создаются линии связи, а уже по линиям связи создаются каналы связи. Линии связи и каналы связи заводятся на узлы связи. Линии, каналы и узлы образуют первичные сети связи.
Типы кабелей и структурированные кабельные системы
В качестве среды передачи данных используются различные виды кабелей: коаксиальный кабель, кабель на основе экранированной и неэкранированной витой пары и оптоволоконный кабель. Наиболее популярным видом среды передачи данных на небольшие расстояния (до 100 м) становится неэкранированная витая пара, которая включена практически во все современные стандарты и технологии локальных сетей и обеспечивает пропускную способность до 100 Мб/с (на кабелях категории 5). Оптоволоконный кабель широко применяется как для построения локальных связей, так и для образования магистралей глобальных сетей. Оптоволоконный кабель может обеспечить очень высокую пропускную способность канала (до нескольких Гб/с) и передачу на значительные расстояния (до нескольких десятков километров без промежуточного усиления сигнала).
В качестве среды передачи данных в вычислительных сетях используются также электромагнитные волны различных. Однако пока в локальных сетях радиосвязь используется только в тех случаях, когда оказывается невозможной прокладка кабеля, например, в зданиях. Это объясняется недостаточной надежностью сетевых технологий, построенных на использовании электромагнитного излучения. Для построения глобальных каналов этот вид среды передачи данных используется шире – на нем построены спутниковые каналы связи и наземные радиорелейные каналы, работающие в зонах прямой видимости в СВЧ диапазонах.
Очень важно правильно построить фундамент сети – кабельную систему. В последнее время в качестве такой надежной основы все чаще используется структурированная кабельная система.
Структурированная кабельная система SCS (Structured Cabling System) – это набор коммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также методика их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в вычислительных сетях.
Преимущества структурированной кабельной системы.
Универсальность. Структурированная кабельная система при продуманной организации может стать единой средой для передачи компьютерных данных в локальной вычислительной сети.
Увеличение срока службы. Срок старения хорошо структурированной кабельной системы может составлять 8-10 лет.
Уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения их мест размещения. Стоимость кабельной системы в основном определяется не стоимостью кабеля, а стоимостью работ по его прокладке.
Возможность легкого расширения сети. Структурированная кабельная система является модульной, поэтому ее легко наращивать, позволяя легко и ценой малых затрат переходить на более совершенное оборудование, удовлетворяющее растущим требованиям к системам коммуникаций.
Обеспечение более эффективного обслуживания. Структурированная кабельная система облегчает обслуживание и поиск неисправностей.
Надежность. Структурированная кабельная система имеет повышенную надежность, поскольку обычно производство всех ее компонентов и техническое сопровождение осуществляется одной фирмой-производителем.
Существует несколько различных типов кабелей, используемых в современных сетях. Ниже приведены наиболее часто используемые типы кабелей. Множество разновидностей медных кабелей составляют класс электрических кабелей, используемых как для прокладки телефонных сетей, так и для инсталляции ЛВС. По внутреннему строению различают кабели на витой паре и коаксиальные кабели.
Кабель типа «витая пара» (twisted pair )
Витой парой называется кабель, в котором изолированная пара проводников скручена с небольшим числом витков на единицу длины. Скручивание проводов уменьшает электрические помехи извне при распространении сигналов по кабелю, а экранированные витые пары еще более увеличивают степень помехозащищенности сигналов.
Кабель типа «витая пара» используется во многих сетевых технологиях, включая Ethernet, ARCNet и IBM Token Ring.
Кабели на витой паре подразделяются на: неэкранированные UTP (Unshielded Twisted Pair) и экранированные медные кабели. Последние подразделяются на две разновидности: с экранированием каждой пары и общим экраном STP (Shielded Twisted Pair) и с одним только общим экраном FTP (Foiled Twisted Pair). Наличие или отсутствие экрана у кабеля вовсе не означает наличия или отсутствия защиты передаваемых данных, а говорит лишь о различных подходах к подавлению помех. Отсутствие экрана делает неэкранированные кабели более гибкими и устойчивыми к изломам. Кроме того, они не требуют дорогостоящего контура заземления для эксплуатации в нормальном режиме, как экранированные. Неэкранированные кабели идеально подходят для прокладки в помещениях внутри офисов, а экранированные лучше использовать для установки в местах с особыми условиями эксплуатации, например, рядом с очень сильными источниками электромагнитных излучений, которых в офисах обычно нет.
|
Частота передаваемого сигнала, (МГц) |
|
Коаксиальные кабели
Коаксиальные кабели используются в радио и телевизионной аппаратуре. Коаксиальные кабелимогут передавать данные со скоростью 10 Мбит/с на максимальное расстояние от 185 до 500 метров. Они разделяются на толстые и тонкие в зависимости от толщины. Типы коаксиальных кабелей приведены в табл. 4.2.
Кабель Thinnet, известный как кабель RG-58, является наиболее широко используемым физическим носителем данных. Сети при этом не требуют дополнительного оборудования и являются простыми и недорогими. Хотя тонкий коаксиальный кабель (Thin Ethernet) позволяет передачу на меньшее расстояние, чем толстый, но для соединений с тонким кабелем применяются стандартные байонетные разъемы BNC типа СР-50 и ввиду его небольшой стоимости он становится фактически стандартным для офисных ЛВС. Используется в технологии Ethernet 10Base2.
Таблица 4.2. Типы коаксиальных кабелей
|
Название, значение сопротивления |
|
|
Thicknet, 50 Ом |
|
|
Thinnet, 50 Ом, сплошной центральный медный проводник |
|
|
Thinnet, 50 Ом, центральный многожильный проводник |
|
|
Broadband/Cable television (широковещательное и кабельное телевидение), 75 Ом |
|
|
Broadband/Cable television (широковещательное и кабельное телевидение), 50 Ом |
|
|
ARCNet, 93 Ом |
Толстый коаксиальный кабель(Thick Ethernet)имеет большую степень помехозащищенности, большую механическую прочность, но требует специального приспособления для прокалывания кабеля, чтобы создать ответвления для подключения к ЛВС. Он более дорогой и менее гибкий, чем тонкий. Используется в технологии Ethernet 10Base5, описанной ниже. Сети ARCNet с посылкой маркера обычно используют кабель RG-62 А/U.
Оптоволоконный кабель
Отличительная особенность оптоволоконных систем – высокая стоимость как самого кабеля (по сравнению с медным), так и специализированных установочных элементов (розеток, разъемов, соединителей и т. п.). Правда, главный вклад в стоимость сети вносит цена активного сетевого оборудования для оптоволоконных сетей.
Оптоволоконные сети применяются для горизонтальных высокоскоростных каналов, а также все чаще стали применяться для вертикальных каналов связи (межэтажных соединений).
Оптоволоконный кабель (Fiber Optic Cable) обеспечивает высокую скорость передачи данных на большом расстоянии. Они также невосприимчивы к интерференции и подслушиванию. В оптоволоконном кабеле для передачи сигналов используется свет. Волокно, применяемое в качестве световода, позволяет передачу сигналов на большие расстояния с огромной скоростью, но оно дорого, и с ним трудно работать.
Для установки разъемов, создания ответвлений, поиска неисправностей в оптоволоконном кабеленеобходимы специальные приспособления и высокая квалификация. Оптоволоконный кабель состоит из центральной стеклянной нити толщиной в несколько микрон, покрытой сплошной стеклянной оболочкой. Все это, в свою очередь, спрятано во внешнюю защитную оболочку.
Оптоволоконные линии очень чувствительны к плохим соединениям в разъемах. В качестве источника света в таких кабелях применяются светодиоды, а информация кодируется путем изменения интенсивности света. На приемном конце кабеля детектор преобразует световые импульсы в электрические сигналы.
Существуют два типа оптоволоконных кабелей – одномодовые и многомодовые. Одномодовые кабели имеют меньший диаметр, большую стоимость и позволяют передачу информации на большие расстояния. Поскольку световые импульсы могут двигаться в одном направлении, системы на базе оптоволоконных кабелей должны иметь входящий кабель и исходящий кабель для каждого сегмента. Оптоволоконный кабель требует специальных коннекторов и высококвалифицированной установки.
Выбор и обоснование среды передачи данных
1. Общие характеристики среды передачи данных
Среды передачи данных разделяются на две категории. Кабельная среда передачи (носитель) - с центральным проводником, заключенным в пластиковую оболочку.
Кабели широко используются в небольших локальных сетях. Кабель обычно передает сигналы в нижней части электромагнитного спектра, что представляет собой обычный электрический ток и иногда радиоволны.
Беспроводная среда передачи данных предполагает использование более высоких частот электромагнитного спектра.
Это радиоволны, микроволны и инфракрасные лучи. Такая среда необходима для мобильных компьютеров или сетей, передающих данные на большие расстояния. Обычно она применяется в сетях предприятий и в глобальных сетях (в сотовом телефоне для передачи сигнала применяется микроволновый сигнал).
В сетях, охватывающих несколько географических пунктов, часто используется комбинация кабельной и беспроводной сред передачи данных.
При выборе оптимального типа носителя следует знать следующие характеристики среды передачи данных:
Стоимость;
Сложность установки;
Пропускную способность;
Затухание сигнала;
Подверженность электромагнитным помехам (EMI, Electro-MagneticInterference);
Возможность несанкционированного прослушивания.
Стоимость. Стоимость каждой среды передачи данных следует сравнить с ее производительностью и доступными ресурсами.
Сложность установки. Сложность установки зависит от конкретной ситуации, но можно провести некоторое обобщенное сопоставление сред передачи данных. Одни типы носителей устанавливаются с помощью простых инструментов и не требуют большой подготовки, другие нуждаются в длительном обучении сотрудников, и их установку лучше предоставить профессионалам.
Пропускная способность. Возможности среды передачи данных обычно оцениваются по полосе пропускания. В коммуникациях понятие "полоса пропускания" означает диапазон частот, пропускаемых средой передачи данных. В сетях она оценивается по числу бит, которые можно передать через данный носитель в секунду. На полосу частот кабеля влияют также методы передачи сигналов.
Число узлов. Важной характеристикой сети является число компьютеров, которые можно легко подключить к сетевым кабелям. Каждая сетевая кабельная система имеет естественное для нее число узлов, превышение которого требует применения специальных устройств: мостов, маршрутизаторов, повторителей и концентраторов, позволяющих расширить сеть.
Затухание сигналов. При передаче электромагнитные сигналы слабеют. Это явление называется затуханием.
Электромагнитные помехи. Электромагнитные помехи (EMI) влияют на передаваемый сигнал. Они вызываются внешними электромагнитными волнами, искажающими полезный сигнал, что затрудняет его декодирование принимающим компьютером. Некоторые среды передачи данных более подвержены электромагнитным помехам, чем другие. Помехи называют также шумами.
В качестве среды передачи данных в электронной связи можно использовать:
· коаксиальный кабель;
· витую пару проводов (twistedpair);
· волоконно оптический кабель;
· инфракрасное излучение;
· микроволновый диапазон радиоэфира;
· радиодиапазон эфира.
На сегодняшний день подавляющая часть компьютерных сетей в большинстве случаев для соединения использует провода или кабели.
Так, фирма Belden, ведущий производитель кабелей, публикует каталог, где предлагает более 2200 их типов. К счастью, в большинстве сетей применяются только три основные группы кабелей:
1. коаксиальный кабель (coaxialcable);
2. витая пара (twistedpair):
Неэкранированная (Unshielded Twisted Pair, UTP);
Экранированная (Shielded Twisted Pair, STP);
3. оптоволоконныйкабель (fiber optic).
2. Кабели на основе витых пар
Витые пары проводов используются в самых дешевых и на сегодняшний день, пожалуй, самых популярных кабелях.
Кабель на основе витых пар представляет собой несколько пар скрученных изолированных медных проводов в единой диэлектрической (пластиковой) оболочке. Он довольно гибкий и удобный для прокладки.
Обычно в кабель входят две или четыре витые пары. Неэкранированные витые пары характеризуются слабой защищенностью от внешних электромагнитных помех, а также слабой защищенностью от подслушивания с целью, например, промышленного шпионажа.
Перехват передаваемой информации возможен как с помощью контактного метода (посредством двух иголочек, воткнутых в кабель), так и с помощью бесконтактного метода, сводящегося к радиоперехвату излучаемых кабелем электромагнитных полей. Для устранения этих недостатков применяется экранирование.
В случае экранированной витой пары STPкаждая из витых пар помещается в металлическую оплетку-экран для уменьшения излучений кабеля, защиты от внешних электромагнитных помех и снижения взаимного влияния пар проводов друг на друга (crosstalk - перекрестные наводки). Естественно, экранированная витая пара гораздо дороже, чем неэкранированная, а при ее использовании необходимо применять и специальные экранированные разъемы, поэтому встречается она значительно реже, чем неэкранированная витая пара.
Основные достоинства неэкранированных витых пар - простота монтажа разъемов на концах кабеля, а также простота ремонта любых повреждений по сравнению с другими типами кабеля. Все остальные характеристики у них хуже, чем у других кабелей.
Согласно стандарту EIA/TIA568 существуют пять категорий кабелей на основе неэкранированной витой пары (UTP).
3. Коаксиальные кабели
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.
Коаксиальный кабель до недавнего времени был распространен наиболее широко, что связано с его высокой помехозащищенностью (благодаря металлической оплетке), а также более высокими, чем в случае витой пары, допустимыми скоростями передачи данных (до 500 Мбит/с) и большими допустимыми расстояниями передачи (до 1 км 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 (он дороже примерно в 1,5-3 раза по сравнению с кабелем на основе витых пар). Сложнее и установка разъемов на концах кабеля. Поэтому его сейчас применяют реже, чем витую пару.
Основное применение коаксиальный кабель находит в сетях с топологией типа "шина".
При заземлении оплетки в двух или более точках из строя может выйти не только сетевое оборудование, но и компьютеры, подключенные к сети. Терминаторы должны быть обязательно согласованы с кабелем, то есть их сопротивление должно быть равно волновому сопротивлению кабеля.
Например, если используется 50-омный кабель, для него подходят только 50-омные терминаторы.
Существует два основных типа коаксиального кабеля:
1)тонкий (thin) кабель, имеющий диаметр около 0,5 см, более гибкий;
2)толстый (thick) кабель, имеющий диаметр около 1 см, значительно более жесткий. Он представляет собой классический вариант коаксиального кабеля, который уже почти полностью вытеснен более современным тонким кабелем.
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 (с помощью разъемов BNCбайонетного типа) 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.
Стоимость в расчете на место. Тонкий коаксиальный кабель имеет более низкую цену в расчете на рабочую станцию - около $ 25. Можно приобрести эти кабели с уже подключенными разъемами.
Проложить такие кабели сможет любой - они просто соединяются цепочкой от компьютера к компьютеру.
Прокладка толстого коаксиального кабеля обычно стоит порядка $ 50 на станцию. Кроме того, для каждой станции потребуются трансиверы (около $ 100).
Ограничения по расстоянию. Общая длина шины на тонком коаксиальном кабеле ограничена 185 м. Толстый коаксиальный кабель имеет общее ограничение в 500 м (в структурах без повторителей).
4. Оптоволоконные кабели
Оптоволоконный (он же - волоконно-оптический) кабель - это принципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными двумя типами электрического или медного кабеля.
Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент - это прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением.
Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на структуру коаксиального электрического кабеля, только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром порядка 1-10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции - стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна.
Оптоволоконный кабель обладает исключительными характеристиками по помехозащищенности и секретности передаваемой информации.
Никакие внешние электромагнитные помехи в принципе не способны исказить световой сигнал, а сам этот сигнал принципиально не порождает внешних электромагнитных излучений.
Подключиться к этому типу кабеля для несанкционированного прослушивания сети практически невозможно, так как это требует нарушения целостности кабеля.
В зависимости от среды передачи данных, каналы связи принято разделять на кабельные, спутниковые, оптоволоконные.
В общем случае, канал связи можно охарактеризовать следующими параметрами:
Стоимость, она складывается из стоимости материальных компонентов и стоимости эксплуатации;
Удобство подключения – определяется сложностью прокладки линий связи и сложностью применяемого для этого оборудования;
Пропускная способность – определяет объем передаваемой информации в единицу времени;
Предельная длина линий связи – характеризуется величиной затухания сигналов с увеличением расстояния;
Секретность передачи данных – характеризуется возможностью защиты передаваемой информации от несанкционированного доступа.
Типовые виды линий связи:
1. Кабельный канал (витая пара, коаксиальные кабели). Он представляет собой заключенную в оболочку одну или более пару проводников.
Существует два типа этих кабельных линий: неэкранированная витая пара и экранированная витая пара.
Этот тип является самым дешевым типом.
Скорость передачи по таким каналам обычно составляет величину порядка 10 Мбит/с.
В последнее время появились разработки, где скорость передачи достигает 100 Мбит/с.
Витая пара является сравнительно помехоустойчивой; к её недостаткам относится возможность достаточно свободного несанкционированного подключения с целью подслушивания или вредительства.
Коаксиальный кабель представляет собой центральный проводник, окруженный слоем изолированного материала, с помощью которого этот проводник отделяется от внешнего проводящего экрана, который в свою очередь также покрыт изоляцией.
Коаксиальный кабель относится к числу наиболее распространенных средств передачи данных.
Если такой кабель, кроме металлической обмотки, имеет слой фольги, то он называется кабелем двойной экранизации.
Стоимость коаксиальных кабелей в несколько раз выше витой пары и требует более сложного монтажа. Однако наличие экрана существенно повышает помехоустойчивость этого устройства и снижает собственное излучение энергии в пространстве.
Несанкционированное подключение к коаксиальному кабелю в принципе возможно, но сложнее, чем к витой паре.
Пропускная способность порядка 50-100Мбит/с, допустимая длина линии связи порядка нескольких километров, затухание сигналов на частоте 10 МГц составляет 0,1-1 ДБ/м.
2. Оптоволоконный канал. Он формируется на основе использования оптоволоконных кабелей. Оптоволоконный кабель представляется собой светопроводящий наполнитель на кремневой основе, заключенный в оболочку из материала с низким коэффициентом преломления света. Посредством оптоволоконного кабеля осуществляется передача электромагнитных сигналов оптического или инфракрасного диапазона. Так как оптическое волокно передает сигнал только в одном направлении, то кабель выполняется из двух оптических волокон. При использовании оптоволоконных каналов в системах передачи данных, на передающем конце канала необходимо производить преобразование сигнала в оптический, а на приемной стороне канала требуется производить обратное преобразование. Главным достоинством оптоволоконных каналов является их высокая помехоустойчивость и практическое отсутствие потерь энергии на излучение в окружающее пространство. Поэтому несанкционированное подключение к оптоволоконным каналам представляет значительные трудности. Скорость передачи данных по таким каналам составляет величину, порядка нескольких гигабит в секунду. При этом затухание сигнала практически отсутствует. Главным недостатком оптоволоконного кабеля является сложность его монтажа, так как при соединении кабеля требуется микронная точность. Поэтому при монтаже в оптоволоконных каналах обычно используют готовые отрезки кабеля с разъемами, установленными в заводских условиях. Другим недостатком оптоволоконного кабеля является его сравнительно низкая механическая прочность, а также чувствительность к возможным ионизирующим излучениям; долговечность этого кабеля ниже, чем у электрического кабеля.
3. Беспроводные (радиоканалы, спутниковые каналы, ИК-и лазерные каналы)
В настоящее время радиоканалы, то есть системы передачи данных с использованием открытого пространства, образуется, на основе использования элементов спутниковой связи. Радиоканалы включают в себя передающие и принимающие устройства, и используют, как правило, специальные спутники, движущиеся по специально выбранной траектории. В этом случае спутник связи как бы зависает над определенной точкой земной поверхности и антенны наземных станций слежения за спутником находятся в фиксированном положении. В ряде случаев используют системы космической связи, на основе трех спутников, разнесенных относительно друг друга на 120в пределах общей орбиты. Такое расположение спутников позволяет охватывать одновременно всю территорию Земного шара. В спутниковых системах используются устройства СВЧ диапазона.
Основное преимущество данного вида каналов заключается в возможности обеспечения связи между станциями, расположенными на значительном расстоянии, а также возможность связи абонентов, расположенных в самых труднодоступных районах. Кнедостаткам такого вида связи относится, в первую очередь, его высокая стоимость. Однако в ряде случаев такой вид связи оказывается единственно возможным. Еще одним серьезным недостатком данного канала в связи является низкая помехоустойчивость. На качество радиосвязи могут оказывать воздействия, такие как естественные природные факторы в виде гроз и т.д., а также искусственные помехи, создаваемые как работой различных технических устройств, так и от внутренних соседних радиоканалов, работающих на близких участках. Обеспечение конфиденциальности передаваемой информации в радиоканалах может быть достигнуто посредством специального кодирования или же с использованием специального сжатия информации, что требует дополнительных материальных и технических затрат.
К беспроводным каналам связи относят также информационный канал, в котором данные передаются при помощи инфракрасного излучения, а также наземные каналы, в которых информация переносится с помощью модулируемого лазерного луча.
