Проектирование ЛВС

В ЛВС  с прямой 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.

В ЛВС  с модулированной широкополосной передачей  информации можно одновременно транспортировать в коммуникационной среде довольно большой объём информации.

 

 

 

 

1.3.2 Топология «звезда»

            

Топология «звезда» это построение сети, 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.

 

Рисунок 2 – Сеть с топологией «звезда»

 

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, поскольку передача данных между  рабочими станциями проходит через  центральный узел по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями.

В качестве центральной точки, помимо ПК могут так же использоваться коммутаторы  и концентраторы.

 

 

1.3.3 Топология «кольцо»

 

При топологии «кольцо» компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Поэтому у  кабеля просто не может быть свободного конца, к которому надо подключать терминатор. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер.

В отличие от пассивной  топологии «шина», здесь каждый компьютер  выступает в роли репитера, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому, если выйдет из строя  один компьютер, прекращает функционировать вся сеть.

 

Рисунок 3 – Сеть с топологией «кольцо»

 

Один из принципов передачи данных в кольцевой сети носит  название передачи маркера. Суть его  такова. Маркер последовательно, от одного компьютера к другому, передается до тех пор, пока его не получит тот, который «хочет» передать данные. Передающий компьютер изменяет маркер, помещает электронный адрес в  данные и посылает их по кольцу. Данные проходят через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес  совпадает с адресом получателя, указанным в данных. После этого  принимающий компьютер посылает передающему сообщение, где подтверждает факт приема данных. Получив подтверждение, передающий компьютер создает новый  маркер и возвращает его в сеть.

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 [1].

 

 

1.4 Виды сетевого соединения

 

1.4.1 Витая пара

 

Кабель  - "Витая паpа", состоит из "паp" проводов, закрученных  вокруг друг друга и одновременно закрученных вокруг других паp, в  пределах одной оболочки. Каждая паpа  состоит из пpовода, именуемого "Ring" и пpовода  "Tip". ( Hазвания пpоизошли из телефонии). Каждая паpа в оболочке имеет свой номеp, таким обpазом, каждый пpовод можно идентифициpовать как Ring1, Tip1, Ring2, Tip2, ...

Дополнительно к нумеpации пpоводов каждая паpа имеет свою уникальную цветовую схему.

Витая пара подразделяется на экранированную (STP) и неэкранированную (UTP). Скручивание производят в целях снижения взаимных помех.

Кабель данного вида также подразделяется на категории. Кабель категории 3 предназначен как для передачи данных, так и для передачи голоса в диапазоне частот до 16 МГц. Шаг скрутки проводов равен примерно 3 витка на 1 фут (30,5см).

Кабели категории 4 представляют собой несколько улучшенный вариант  кабелей категории 3. Кабели категории 4 обязаны выдерживать тесты на частоте передачи сигнала 20 МГц и  обеспечивать повышенную помехоустойчивость и низкие потери сигнала.

Современные стандарты  построения сетей ориентированы  на использование кабеля 5-ой категории  с частотами до 200 МГц (для категории  «5Е») и длиной сегмента до 100 метров. Этот кабель и получил наибольшее распространение в ЛВС, построенных в последние годы.

Экранированную витую  пару используют при прокладки сетей  в помещениях с высоким уровнем  электромагнитных помех. Также экран  не позволяет и самому кабелю создавать  помехи другим устройствам. Однако его  наличие удорожает кабель и его  установку, требуя качественного заземления.

 

 

1.4.2 Коаксиальный кабель

 

Самый простой коаксиальный кабель состоит из медной жилы, изоляции, ее окружающей, экрана в виде металлической  оплетки и внешней оболочки. Если кабель, кроме металлической оплетки, имеет и слой фольги, он называется кабель с двойной экранизацией.

Тонкий коаксиальный кабель – гибкий кабель диаметром около  0,5 см. Он прост в применении и годится практически для любого типа сети. Подключается непосредственно к платам сетевого адаптера компьютеров.

Тонкий коаксиальный кабель способен передавать сигнал на расстояние до 185 м без его заметного искажения, вызванного затуханием. Волновое сопротивление этого кабеля равно 50 Ом.

Толстый коаксиальный кабель — относительно жесткий кабель с диаметром около  1 см. Иногда его называют «стандартный Ethernet», поскольку он был первым типом кабеля, применяемым в Ethernet. Этот кабель имеет достаточно толстый внутренний проводник диаметром 2,17 мм, который обеспечивает хорошие механические и электрические характеристики (затухание на частоте 10 МГц — не хуже 18 дБ/км). Зато этот кабель сложно монтировать — он плохо гнется. Способен передавать сигнал на расстояние до 500 м.

 

 

1.4.3 Оптоволоконный кабель

 

Волоконно-оптические кабели состоят  из центрального проводника света (сердцевины) — стеклянного волокна, окруженного  другим слоем стекла — оболочкой, обладающей меньшим показателем  преломления, чем сердцевина. Распространяясь  по сердцевине, лучи света не выходят  за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки. В зависимости от распределения показателя преломления  и от величины диаметра сердечника различают:

 – многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления;

 – многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления;

 – одномодовое волокно.

В одномодовом кабеле (Single Mode Fiber, SMF) используется центральный проводник  очень малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света — от 5 до 10 мкм. При этом практически все  лучи света распространяются вдоль  оптической оси световода, не отражаясь  от внешнего проводника. Полоса пропускания  одномодового кабеля очень широкая  — до сотен гигагерц на километр. Изготовление тонких качественных волокон  для одномодового кабеля представляет сложный технологический процесс, что делает одномодовый кабель достаточно дорогим. Кроме того, в волокно  такого маленького диаметра достаточно сложно направить пучок света, не потеряв при этом значительную часть  его энергии.

Волоконно-оптические кабели обладают отличными характеристиками всех типов: электромагнитными, механическими (хорошо гнутся, а в соответствующей изоляции обладают хорошей механической прочностью).

Сама стоимость волоконно-оптических кабелей ненамного превышает  стоимость кабелей на витой паре, однако проведение монтажных работ  с оптоволокном обходится намного  дороже из-за трудоемкости операций и  высокой стоимости применяемого монтажного оборудования.

Так, присоединение оптического  волокна к разъему требует  проведения высокоточной обрезки волокна  в плоскости строго перпендикулярной оси волокна, а также выполнения соединения путем сложной операции склеивания, а не обжатия, как это  делается для витой пары. Выполнение же некачественных соединений сразу резко сужает полосу пропускания волоконно-оптических кабелей и линий [1].

 

 

 

1.5 Сетевые технологии

 

Сетевая технология (архитектура) – это согласованный  набор стандартных протоколов и  реализующих их программно-аппаратных средств, достаточных для построения вычислительной сети.

 

 

1.5.1 Стандарт Ethernet

 

Ethernet – это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей. Общее количество сетей, использующих в настоящее время Ethernet, оценивается в 5 миллионов, а количество компьютеров, работающих с установленными сетевыми адаптерами Ethernet – в 50 миллионов.

В зависимости от типа физической среды стандарт IEEE 802.3 имеет различные модификации – 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 10Base-F.

Все виды стандартов Ethernet обеспечивают пропускную способность 10 Мбит/с, используют манчестерский код и метод доступа к сети CSMA/CD.

CSMA/CD – это множественный метод с контролем ресурсов и обнаружением коллизий. Этот метод применяется в сетях с логической общей шиной. Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к локальной шине, топология звезда. Простота схемы подключения - это один из факторов, определивших успех стандарта Ethernet.

10Base-5 – коаксиальный кабель диаметром 0,5 дюйма, называемый "толстым" коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента – 500 метров (без повторителей).

10Base-2 – коаксиальный кабель диаметром 0,25 дюйма, называемый "тонким" коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента – 185 метров (без повторителей).

10Base-T – кабель на основе неэкранированной витой пары (UTP). Образует звездообразную топологию на основе концентратора. Расстояние между концентратором и конечным узлом – не более 100 м.

10Base-F – волоконно-оптический кабель. Звездообразная топология на основе концентратора. Имеется несколько вариантов этой спецификации – FOIRL (расстояние до 1000 м), 10Base-FL (расстояние до 2000 м), 10Base-FB (расстояние до 2000 м).

Число 10 в указанных названиях  обозначает битовую скорость передачи данных этих стандартов – 10 Мбит/с, а слово Base  метод передачи на одной базовой частоте 10 МГц. Последний символ в названии стандарта физического уровня обозначает тип кабеля.

Общие характеристики стандартов Ethernet:

• Номинальная пропускная способность – 10 Мбит/с;
• Максимальное число станций в сети – 1024;
• Максимальное расстояние между узлами в сети – 2500 м;
• Максимальное число коаксиальных сегментов в сети – 5.

 

 

1.5.2 Стандарт FastEthernet

 

Технология FastEthernet является эволюционным развитием классической технологии Ethernet. Ее основными достоинствами являются:

• увеличение пропускной способности сегментов сети до 100 Мб/c;
• сохранение метода случайного доступа Ethernet;
• сохранение звездообразной топологии сетей и поддержка традиционных сред передачи данных - витой пары и оптоволоконного кабеля.

Указанные свойства позволяют осуществлять постепенный  переход от сетей 10Base-T – наиболее популярного на сегодняшний день варианта Ethernet – к скоростным сетям, сохраняющим значительную преемственность с хорошо знакомой технологией: FastEthernet не требует коренного переобучения персонала и замены оборудования во всех узлах сети. Официальный стандарт 100Base-T (802.3u) установил три различных спецификации для физического уровня для поддержки следующих типов кабельных систем:

• 100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 5, или экранированной витой паре STP Type 1;
• 100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3, 4 или 5;
• 100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля.

Для всех трёх стандартов определено:

• Форматы кадров технологии FastEthernet отличаются от форматов кадров технологий 10-мегабитного Ethernet;
• Межкадровый интервал равен 0,96 мкс, а битовый интервал равен 10 нс.;
• Признаком свободного состояния среды является передача по ней символа Idle соответствующего избыточного кода, а не отсутствие сигналов, как в Ethernet.