Реферат: Основы локальных компьютерных сетей
• безопасность передачи данных.
Главная проблема заключается в одновременном обеспечении этих показателей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально возможным расстоянием передачи данных, при котором еще обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращиваемость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость.
Витая пара.
Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двухжильное проводное соединение часто называемое "витой парой" (twisted pair). Она позволяет передавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с., легко наращивается, однако не защищена от помех. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимуществами являются низкая цена и простота установки. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экранированную витую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку, подобно экрану коаксиального кабеля. Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля.
Еthernet-кабель.
Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet (thick), желтый кабель (yellow cable) или 10BaseT5 . Он использует 15-контактное стандартное включение. Вследствие помехозащищенности он является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м, а общее расстояние сети Ethernet - около 3000 м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральной топологии, использует в конце лишь один нагрузочный резистор.
Сheapernеt-кабель.
Более дешевым, чем Ethernet-кабель является соединение Cheapernet-кабель или, как его часто называют, тонкий (thin) Ethernet или 10BaseT2 . Это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в десять миллионов бит в секунду.
При соединении сегментов Сhеарегnеt-кабеля также требуются повторители. Вычислительные сети с Cheapernet-кабелем имеют небольшую стоимость и минимальные затраты при наращивании. Соединения сетевых плат производится с помощью широко используемых малогабаритных байонетных разъемов (СР-50). Дополнительное экранирование не требуется. Кабель присоединяется к ПК с помощью тройниковых соединителей (T-connectors).
Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может составлять максимум 300 м, а общее расстояние для сети на Cheapernet-кабеля - около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet расположен на сетевой плате и как для гальванической развязки между адаптерами, так и для усиления внешнего сигнала
Оптоволоконные линии.
Наиболее дорогими являются оптопроводники, называемые также стекловолоконным кабелем. Скорость распространения информации по ним достигает нескольких миллиардов бит в секунду. Допустимое удаление более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. На данный момент это наиболее дорогостоящее соединение для ЛВС. Применяются они там, где возникают электромагнитные поля помех или требуется передача информации на очень большие расстояния без использования повторителей. Они обладают противоподспушивающими свойствами, так как техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна. Оптопроводники объединяются в JIBC с помощью звездообразного соединения.
Сетевая карта
Платы сетевого адаптера выступают в качестве физического интерфейса, или соединения между компьютером и сетевым кабелем. Платы вставляются в специальные гнезда (слоты расширения) всех компьютеров и серверов. Чтобы обеспечить физическое соединение между компьютером и сетью, к соответствующему разъему, или порту, платы (после ее установки) подключают сетевой кабель. Назначение платы сетевого адаптера:
- подготовка данных, поступающих от компьютера, к передаче по сетевому кабелю
- передача данных другому компьютеру
- управление потоком данных между компьютером и кабельной системой
- плата сетевого адаптера принимает данные из сетевого кабеля и переводит в форму, понятную центральному процессору компьютера.
Плата сетевого адаптера состоит из аппаратной части и встроенных программ, записанных в ПЗУ (постоянном запоминающем устройстве). Эти программы реализуют функции подуровней управления логической связью и управление доступом к среде канального уровня модели OSI.
Разветвитель(HAB)
Разветвитель служит центральным узлом в сетях с топологией «звезда».
Репитер
При передаче по сетевому кабелю электрический сигнал постепенно ослабевает (затухает). И, искажается до такой степени, что компьютер перестает его воспринимать. Для предотвращения искажения сигнала применяется репитер, который усиливает (восстанавливает) ослабленный сигнал и передает его дальше по кабелю. Применяются репитеры в сетях с топологией «шина».
Существует ряд принципов построения ЛВС на основе выше рассмотренных компонентов. Такие принципы еще называют - топологиями.
Топологии вычислительной сети.
Топология типа звезда.
Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачи данных, например, в электронной почте RELCOM. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети.
Топология в виде звезды
Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает.
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 (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других топологиях.
Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального файлового сервера. Он может быть узким местом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети.
Центральный узел управления - файловый сервер мотает реализовать оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.
Кольцевая топология.
При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3
Кольцевая топология
с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.
Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географически рабочие станции расположены далеко от кольца (например, в линию).
Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять “в дорогу” по кабельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть.
Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.
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.
Шинная топология.
При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного дня всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети.
Шинная топология
Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычислительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функционирование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.
В стандартной ситуации для шинной сети Ethernet часто используют тонкий кабель или Cheapernet-кaбeль с тройниковым соединителем. Выключение и особенно подключение к такой сети требуют разрыва шины, что вызывает нарушение циркулирующего потока информации и зависание системы.
Древовидная структура ЛВС.
Наряду с известными топологиями вычислительных сетей кольцо, звезда и шина, на практике применяется и комбинированная, на пример древовидна структура. Она образуется в основном в виде комбинаций вышеназванных топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычислительной сети располагается в точке (корень), в которой собираются коммуникационные линии информации (ветви дерева).
Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде.
Типы построения сетей по методам передачи информации.
Локальная сеть Token Ring
Этот стандарт разработан фирмой IBM. В качестве передающей среды применяется неэкранированная или экранированная витая пара (UPT или SPT) или оптоволокно. Скорость передачи данных 4 Мбит/с или 16Мбит/с. В качестве метода управления доступом станций к передающей среде используется метод - маркерное кольцо (Тоken Ring). Основные положения этого метода:
¨ устройства подключаются к сети по топологии кольцо;
¨ все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные, только получив разрешение на передачу (маркер);
¨ в любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом.
Типы пакетов.
В IВМ Тоkеn Ring используются три основных типа пакетов:
¨ пакет управление/данные (Data/Соmmand Frame);
¨ маркер (Token);
¨ пакет сброса (Аbort).
Пакет Управление/Данные. С помощью такого пакета выполняется передача данных или команд управления работой сети.
Маркер. Станция может начать передачу данных только после получения такого пакета, В одном кольце может быть только один маркер и, соответственно, только одна станция с правом передачи данных.
Пакет Сброса. Посылка такого пакета называет прекращение любых передач.
В сети можно подключать компьютеры по топологии звезда или кольцо.
Локальная сеть Ethernet
Спецификацию Ethernet в конце семидесятых годов предложила компания Xerox Corporation. Позднее к этому проекту присоединились компании Digital Equipment Corporation (DEC) и Intel Corporation. В 1982 году была опубликована спецификация на Ethernet версии 2.0. На базе Ethernet и нститутом IEEE был разработан стандарт IEEE 802.3. Различия между ними незначительные.
Основные принципы работы.
На логическом уровне в Ethernet применяется топология шина:
¨ все устройства, подключенные к сети, равноправны, т.е. любая станция может начать передачу в любой момент времени (если передающая среда свободна);
¨ данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.
Правила монтажа кабельной части ЛВС.
10 BaseT
В 1990 году институт IEEE выпустил спецификацию 802.3 для построения сети Ethernet на основе витой пары. 10 BaseT (10 – скорость передачи 10 Мбит \ с., Base – узкополосная, Т – витая пара) – сеть Ethernet, которая для соединения компьютеров обычно использует неэкранированную витую пару (UTP). Большинство сетей этого типа строятся в виде звезды, но по системе передачи сигналов представляют собой шину, как и другие конфигурации Ethernet. Обычно разветвитель сети 10BaseT выступают как многопортовый репитер. Каждый компьютер подключается к другому концу кабеля, соединенного с разветвителем, и использует две пары проводов: одну для приема, другую для передачи.
Максимальная длина сегмента 10BaseT – 100 м. Минимальная длина кабеля – 2,5 м. ЛВС 10BaseT может обслуживать до 1024 компьютеров.
Для построения сети 10BaseT применяют:
· кабель категории 3, 4 лил 5 UTP
· соединители RJ – 45 на концах кабеля,
Расстояние от рабочей станции до разветвителя не больше 100 м.
10Base2
В соответствии со спецификацией IEEE 802.3 эта топология называется 10Base2 (10 – скорость передачи 10 Мбит / с, Base – узкополосная передача, 2 – передача на расстояние, примерно в два раза превышающее 100 м (фактическое расстояние 185 м).
Сеть такого типа ориентирована на тонкий коаксиальный кабель, или тонкий Ethernet, с максимальной длиной сегмента 185 м. Минимальная длина кабеля 0,5 м. Кроме того существует ограничение на максимальное количество компьютеров, которое может быть подключено на 185 – метровом сегменте кабеля, - 30 штук.
Компоненты кабеля «тонкий Ethernet”:
- BNC баррел – коннекторы (соединители);
- BNC Т – коннекторы;
- BNC – терминаторы;
Сети на тонком Ethrnet обычно имеют топологию «шина».Стандарты IEEE для тонкого Ethernet не предусматривают использование кабеля трансивера между Т – коннектором и момпьютером. Вместо этого Т – коннектор располагают непосредственно на плате сетевого адаптера.
BNC барелл – коннектор, соединяя сегменты кабеля, позволяет увеличить его общую длину. Однако их использование необходимо свести к минимуму, поскольку они ухудшают качество сигнала.
Сеть на тонком Ethernet – экономичный способ реализации сетей для небольших отделений для рабочих групп. Используемый в такого типа сетях кабель относительно не дорогой, прост в установке, легко конфигурируется. Сеть на тонком Ethernet может поддерживать до 30 узлов (компьютеров и принтеров) на один сегмент.
Сеть на тонком Ethernet может состоять максимум из пяти сегментов кабеля, соединенных четырьмя репитерами, но только к трем сегментам при этом могут быть подключены рабочие станции. Таким образом два сегмента остаются зарезервированными для репитеров, их называют межрепитерными связями. Такая конфигурация называется правило 5 – 4 – 3.
10Base5.
В соответствии со спецификацией IEEE эта топология называется 10Base5 (10 – скорость передачи 10 Мбит / с, Base – узкополосная передача, 5 – сегменты по 500 метров (5 раз по 100 метров)). Есть и другое ее название – стандартный Ethrnet.
Сети на толстом коаксиальном кабеле (толстый Ethrnet) обычно используют топологию “шина”. Толстый Ethrnet может поддерживать до 100 узлов (рабочих станций, репитеров и т. д.) на магистральный сегмент. Магистраль, или магистральный сегмент, - главный кабель, к которому присоединяются трансиверы с подключенными к ним рабочими станциями и репитерами. Сегмент толстого Ethernet может иметь длину 500 метров при общей длине сети 2500 метров. Расстояния и допуски для толстого Ethernet больше, чем для тонкого Ethernet.
Компоненты кабельной системы:
- Трансиверы. Трансиверы, обеспечивая связь между компьютером и главным кабелем ЛВС, совмещены с «зубом вампира», соединенным с кабелем.
- Кабели трансиверов. Кабель трансивера (ответвляющий кабель) соединяет кабель с платой сетевого адаптера.
- DIX – коннектор, или AUI – коннектор. Этот коннектор расположен на кабеле трансивера.
- Баррел – коннекторы и терминаторы.
Сеть на толстом Ethernet может состоять максимум из пяти магистральных сегментов, соединенных репитерами (по спецификации IEEE 802.3), но только к трем сегментам при этом могут быть подключены компьютеры. При вычислении общей длины кабеля «толстый Ethernet” длина кабеля трансивера не учитывается, т. е. в расчет принимают только длину сегмента кабеля “ толстый Ethernet”. Минимальное расстояние между соседними подключениями – 2,5 метра. В это расстояние не входит длина кабеля трансивера. Толстый Ethernet был разработан для построения ЛВС в рамках большого отдела лил всего здания.
Обычно в крупных сетях совместно используют толстый и тонкий Ethernet. Толстый Ethernet хорошо подходит в качестве магистрали, а для ответвляющихся сегментов применяют тонкий Ethernet. Вы наверно помните, что толстый Ethernet имеет медную жилу большего сечения и может передавать сигналы на большие расстояния, чем тонкий Ethernet. Трансивер соединяют с кабелем «толстый Ethernet”, AUI – коннектор кабеля трансивера включают в репитер. Ответвляющиеся сегменты «тонкого Ethernet» соединяют с репитером, а к ним уже подключаются компьютеры.
10BaseFL.
10BaseFL (10 – скорость передачи 10 Мбит / с, Base – узкополосная передача, FL – оптоволоконный кабель) представляет собой сеть Ethernet, в которой компьютеры и репитеры соеденины между собой оптоволоконным кабелем.
Основная причина популярности 10BaseFL – возможность прокладывать кабель между репитерами на большие расстояния (например, между зданиями). Максимальная длина сегмента 10BaseFL – 2000 метров.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
10Base-T. Неэкранированный кабель из скрученных пар (UTP)
8 скрученных попарно
одножильных медных проводников диаметром 0.5 мм (24 AWG). Допускается также
использование кабелей с проводниками диаметром 0.63 мм (22 AWG). Все 4 пары
проводников помещены с общую пластиковую оболочку.
 |
Каждая пара проводников в кабеле помечена своим цветом - один из проводников имеет сплошную окраску, для другого чередуется белая и цветная окраска. Пары маркируются голубым, оранжевым, зеленым и коричневым цветами.
На внешней оболочке кабеля должна быть указана категория.
Розетки и разъемы UTP
 |
 |
||
Для подключения кабелей используются 8-контактные модульные розетки (modular jack). На кабелях устанавливают с помощью специальных обжимных клещей 8-контактные разъемы RJ-45.
модульная розетка 8-контактные разъемы RJ-45
 |
Разводка контактов
T568A
T568B
| Каскадирование | Нормальный режим | |
| 1 | RD+ (прием) | TD+ (передача) |
| 2 | RD- (прием) | TD- (передача) |
| 3 | TD+ (передача) | RD+ (прием) |
| 4 | Не используется | Не используется |
| 5 | Не используется | Не используется |
| 6 | TD- (передача) | RD- (прием) |
| 7 | Не используется | Не используется |
| 8 | Не используется | Не используется |
При обмене данными между двумя устройствами приемник одного из устройств должен быть соединен с передатчиком другого и наоборот. Перекрутка пар (cross-over) обычно реализуется внутри одного из устройств при разводке кабеля в разъеме. Некоторые порты концентраторов и коммутаторов поддерживают возможность смены типа разводки проводников в разъеме (MDI-X или Normal). Сетевые адаптеры компьютеров обычно не позволяют менять тип разводки порта и обозначаются как устройства с портом MDI или Uplink.
 |
На рисунках 1 и 2 показаны
варианты соединения портов прямым и перекрученным (cross-over) кабелем.
 |
Рисунок 1. Соединение прямым кабелем
Рисунок 2. Соединение перекрученным кабелем
Кабельные стыки должны обеспечивать не менее 750 циклов
соединение-разъединение.
Установка соединительных элементов
Длина раскрученной части пар при установке соединительных элементов должна быть минимальной - не более 25 мм для категории 4 и не более 13 мм - для категории 5. При установке соединительных элементов следуйте рекомендациям производителя. Снимайте защитную оболочку с кабеля только на длину, требуемую для установки соединительных элементов.
Соединительные шнуры (патч-кабели) UTP
·
 |
Категория патч-кабеля должна соответствовать категории кабеля в горизонтальной системе.
·
 |
Патч-кабели должны иметь многожильные проводники для обеспечения достаточной гибкости.
Прокладка кабелей
1. Во избежание обрыва проводников натяжение не должно превышать 110N.
2. Радиус изгиба не должен быть меньше:
· 4 диаметров кабеля для горизонтальной проводки.
3. Избегайте передавливания кабелей, причинами которого могут быть:
перекручивание кабелей при установке
неаккуратное подвешивание кабелей
слишком плотная укладка кабелей в канал или коробслишком
малый радиус изгиба
10BASE2 Тонкий коаксиальный кабель
· Характеристики кабеля: диаметр 0.2", RG-58A/U 50 Ом
· Приемлемые разъемы: BNC
· Максимальная длина сегмента: 185 м
· Минимальное расстояние между узлами: 0.5 м
· Максимальное число узлов в сегменте: 30
Спецификации кабеля приведены в таблице 2.
Таблица 2. Спецификации кабелей 10BASE2 (ThinNet) RG 58 A/U и RG 58 C/U
|
Характеристический импеданс |
Затухание на длине 185 м |
| 50 Ом +/- 2 |
<8.5 db @ 10 MHz |
Спецификации кабелей из скрученных пар
Таблица 1. Электрические спецификации кабелей категории 3, 4 и 5
|
Параметр |
Категория 3 |
Категория 4 |
Категория 5 |
| Число пар | 4 | 4 | 4 |
| Импеданс | 100 Ом +- 15% | 100 Ом +- 15% | 100 Ом +- 15% |
|
Максимальное затухание |
4 MHz: 5.6 |
4 MHz: 4.3 |
16 MHz: 8.2 |
|
Переходное затухание (NEXT), |
4 MHz: 32 |
4 MHz: 47 |
16 MHz: 44 |
10BASE5 Толстый коаксиальный кабель
· Волновое сопротивление: 50 Ом
· Максимальная длина сегмента: 500 метров
· Минимальное расстояние между узлами: 2.5 м
· Максимальное число узлов в сегменте: 100
Кабели AUI
Кабели AUI используются для соединения портов AUI с магистралями из толстого коаксиального кабеля. Максимальная длина кабеля составляет 50 метров.
Таблица 3. Спецификации кабелей AUI
|
Параметр |
Значение |
| Сопротивление постоянному току | < 1.75 Ом для каждого проводника |
| Переходное затухание между парами | не менее 40 dB в диапазоне 5 - 10 МГц |
| Дифференциальный характеристический импеданс |
78 +/- 5 Ом при 10 МГц |
| Затухание | <3 dB в диапазоне 5 - 10 МГц |
| Дрожь | <1.0 ns |
| Общая задержка сигнала | <257 ns |
