3.2.3. Физическая передающая среда локальных компьютерных сетей
Физическая передающая среда обеспечивает перенос информации между абонентами вычислительной сети.
Использование соединительных кабелей
В настоящее время используется в основном четыре типа сетевых кабелей. Каждый из этих типов применяется для конфигурации конкретной сети и имеет свои достоинства и недостатки:
- Неэкранированная витая пара (UTP). Этот кабель состоит из двух пар проводов, скрученных между собой (чем сильнее закручена пара, тем выше качество). Внешне он напоминает обычный телефонный кабель (см. рис.3.7).
- Экранированная витая пара (STP). Ее отличие от неэкранированной состоит в том, что каждая из пар проводов заключена в экранирующую оплетку и, кроме того, обе витые пары проводов помещены в общую экранирующую оплетку. Ее следует применять при наличии сильных электромагнитных помех. Скручивание проводов уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на передаваемые сигналы. Самый простой вариант витой пары – телефонный кабель. Витые пары имеют различные характеристики, определяемые размерами, изоляцией и шагом скручивания.
- Коаксиальный кабель (СОАХ). Этот кабель практически аналогичен телевизионному антенному кабелю. Он состоит из центрального медного провода и пластиковой изоляции, окруженного двумя слоями экранирующей оплетки и наружным пластиковым изоляционным слоем (см. рис.3.8). Коаксиальный кабель по сравнению с витой парой обладает более высокой механической прочностью, помехозащищенностью и обеспечивает скорость передачи до 50 Мбит/с. Для промышленного использования выпускаются два типа коаксиальных кабелей: толстый диаметром 10 мм и тонкий диаметром 5мм.
- Волоконно-оптический кабель. В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим тонким (5-60 микрон) волокнам в виде модулированных световых импульсов. По этому кабелю свет с длиной волны 0,85 мкм или 1,2 мкм передается по тонкому (порядка 10мкм) стекловолокну, заключенному в оболочку, которая имеет значительно меньший коэффициент преломления (см. рис. 3.9), что приводит к эффекту полного внутреннего отражения, так как свет проходит по кабелю, не выходя наружу. Это относительно надежный (защищенный) способ передачи, поскольку электрические сигналы не передаются. Оптоволоконные линии предназначены для перемещения больших объемов данных на очень высоких скоростях, так как сигнал в них практически не затухает и не искажается. По нему можно передавать световые импульсы на многие километры. Каждое стеклянное оптоволокно передает сигнал только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон: одно служит для приема, другое для передачи. Оптоволоконный кабель — идеальная передающая среда, которая не подвержена действию электромагнитных полей и сам практически не имеет излучения. Последнее позволяет использовать его в сетях, требующих повышенной секретности информации. Скорость передачи данных более 10 Гбит/с. Так как сигнал по волоконно-оптическому кабелю передается неэлектрический, а световой, то требуется соответствующее преобразование электрического сигнала в световой — на передающем конце и обратное преобразования — на приемном конце. Это, конечно, увеличивает стоимость аппаратуры. Главный недостаток волоконно-оптического кабеля — это значительная сложность его монтажа, так как при соединении кабеля и разъема необходима микронная точность.
14. Физические среды передачи данных: классификация
Линии связи отличаются также физической средой, используемой для передачи информации. Физическая среда передачи данных может представлять собой набор проводников, по которым передаются сигналы. На основе таких проводников строятся проводные (воздушные) или кабельные линии связи (рис. 8.2). В качестве среды также используется земная атмосфера или космическое пространство, через которое распространяются информационные сигналы. В первом случае говорят о проводной среде, а во втором — о беспроводной
В современных телекоммуникационных системах информация передается с помощью электрического тока или напряжения, радиосигналов или световых сигналов — все эти физические процессы представляют собой колебания электромагнитного поля различной частоты.
Проводные (воздушные) линии связи представляют собой провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе.
Еще в недалеком прошлом такие линии связи были основными для передачи телефонных или телеграфных сигналов. Сегодня проводные линии связи быстро вытесняются кабельными. Но кое-где они все еще сохранились и при отсутствии других возможностей продолжают использоваться, в частности, и для передачи компьютерных данных. Скоростные качества и помехозащищенность этих линий оставляют желать много лучшего.
Кабельные линии имеют достаточно сложную конструкцию. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции: электрической, электромагнитной, механической и, возможно, климатической. Кроме того, кабель может быть оснащен разъемами, позволяющими быстро выполнять присоединение к нему различного оборудования. В компьютерных (и телекоммуникационных) сетях применяются три основных типа кабеля: кабели на основе скрученных пар медных проводов — неэкранированная витая пара (Unshielded Twisted Pair, UTP) и экранированная витая пара (Shielded Twisted Pair, STP), коаксиальные кабели с медной жилой, волоконно-оптические кабели. Первые два типа кабелей называют также медными кабелями.
Радиоканалы наземной и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн. Существует большое разнообразие типов радиоканалов, отличающихся как используемым частотным диапазоном, так и дальностью канала. Диапазоны широковещательного радио (длинных, средних и коротких волн), называемые также АМ-диапазонами, или диапазонами амплитудной модуляции (Amplitude Modulation, AM), обеспечивают дальнюю связь, но при невысокой скорости передачи данных. Более скоростными являются каналы, использующие диапазоны очень высоких частот (Very High Frequency, VHF), для которых применяется частотная модуляция (Frequency Modulation, FM). Для передачи данных также используются диапазоны ультравысоких частот (Ultra High Frequency, UHF), называемые еще диапазонами микроволн (свыше 300 МГц). При частоте свыше 30 МГц сигналы уже не отражаются ионосферой Земли, и для устойчивой связи требуется наличие прямой видимости между передатчиком и приемником. Поэтому указанные частоты используются в спутниковых или радиорелейных каналах либо в таких локальных или мобильных сетях, в которых это условие выполняется.
В компьютерных сетях сегодня применяются практически все описанные типы физических сред передачи данных. Хорошие возможности предоставляют волоконно-оптические кабели, обладающие широкой полосой пропускания и низкой чувствительностью к помехам. На них сегодня строятся как магистрали крупных территориальных и городских сетей, так и высокоскоростные локальные сети. Популярной средой является также витая пара, которая характеризуется отличным отношением качества к стоимости, а также простотой монтажа. Беспроводные каналы используются чаще всего в тех случаях, когда кабельные линии связи применить нельзя, например при прохождении канала через малонаселенную местность или же для связи с мобильными пользователями сети. Обеспечение мобильности затронуло в первую очередь телефонные сети, компьютерные сети в этом отношении пока отстают. Тем не менее построение компьютерных сетей на основе беспроводных технологий, например Radio Ethernet, считаются сегодня одним из самых перспективных направлений телекоммуникаций.
Топология сетей Физическая передающая среда лвс
Физическая средаобеспечивает перенос информации между абонентами вычислительной сети.
Физическая передающая среда ЛВС представлена тремя типами кабелей: витая пара проводов, коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель.
Витая парасостоит из двух изолированных проводов, свитых между собой. Скручивание проводов уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на передаваемые сигналы. Самый простой вариант витой пары — телефонный кабель.
Достоинство витой пары – дешевизна. Недостаток витой пары – плохая помехозащищенность и низкая скорость передачи информации – 0,25-1 Мбит/с.
Коаксиальный кабельобладает более высокой механической прочностью, помехозащищённостью и обеспечивает скорость передачи информации до 10-50 Мбит/с. Для промышленного использования выпускаются два вида коаксиальных кабелей: толстый (10 мм) и тонкий (4 мм). Толстый кабель более прочен и передает сигналы нужной амплитуды на большее расстояние, чем тонкий. В то же время тонкий кабель значительно дешевле.
Оптоволоконный кабель– идеальная передающая среда. Он не подвержен действию электромагнитных полей и сам практически не имеет излучения. Последнее свойство позволяет использовать его в сетях, требующих повышенной секретности информации.
Скорость передачи информации по оптоволоконному кабелю более 50 Мбит/с. По сравнению с предыдущими типами передающей среды он более дорог, менее технологичен в эксплуатации.
Основные топологии лвс
Вычислительные машины, входящие в состав ЛВС, могут быть расположены самым случайным образом на территории, где создается вычислительная сеть.
Топология ЛВС– это усредненная геометрическая схема соединений узлов сети. В топологии сетей применяют несколько специализированных терминов:
- Узел– любое устройство, непосредственно подключенное к передающей среде сети;
- Ветвь сети– путь, соединяющий два смежных узла;
- Оконечный узел– узел, расположенный в конце только одной ветви;
- Промежуточный узел– узел, расположенный на концах более чем одной ветви;
- Смежные узлы– узлы, соединенные, по крайней мере, одним путём, не содержащим никаких других узлов.
Топологии вычислительных сетей могут быть самыми различными, но для ЛВС сетей типичными являются всего три: кольцевая, шинная, звездообразная. Кольцевая топологияпредусматривает соединение узлов сети замкнутой кривой – кабелем передающей среды. Выход одного узла сети соединяется со входом другого. Информация по кольцу передается от узла к узлу. Каждый промежуточный узел между передатчиком и приемником ретранслирует посланное сообщение. Принимающий узел распознает и получает только адресованные ему сообщения. 
Кольцевая топология является идеальной для сетей, занимающих сравнительно небольшое пространство. В ней отсутствует центральный узел, что повышает надежность сети. В качестве передающей среды используются любые типы кабелей. Но последовательная дисциплина обслуживания узлов такой сети снижает ее быстродействие, а выход из строя одного из узлов нарушает целостность. Шинная топология– одна из наиболее простых. Она связана с использованием в качествепередающей среды коаксиального кабеля. Данные от передающего узла сети распространяются по шине в обе стороны. Промежуточные узлы не транслируют поступающих сообщений. Информация поступает на все узлы, но принимает сообщение только тот, которому оно адресовано. Дисциплина обслуживания параллельная. 
Высокое быстродействие ЛВС. Сеть легко наращивать, и конфигурировать, а также адаптировать к различным системам. Сеть устойчива к возможным неисправностям отдельных узлов, но имеет малую протяженность и не позволяет использовать различные типы кабеля в пределах одной сети. На концах сети устанавливают специальные устройства – терминаторы. Звездообразная топологиябазируется на концепции центрального узла, называемогоконцентратором,к которому подключаются периферийные узлы. Каждый периферийный узел имеет свою отдельную линию связи с центральным узлом. Вся информация передается через центральный узел, который ретранслирует, переключает и маршрутизирует информационные потоки в сети. 
Звездообразная топология значительно упрощает взаимодействие узлов ЛВС друг с другом, позволяет использовать более простые сетевые адаптеры. В то же время работоспособность ЛВС со звездообразной топологией целиком зависит от центрального узла. В реальных вычислительных сетях могут использоваться более сложные топологии, представляющие в некоторых случаях сочетания рассмотренных. Выбор той или иной топологии определяется областью применения сети, географическим расположением ее узлов и размерностью сети в целом. Например: Ячеистая топология. Для нее характерна схема соединения узлов, при которой физические линии связи установлены со всеми рядом стоящими компьютерами: 
В сети с ячеистой топологией непосредственно связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными между компьютерами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачи через промежуточные узлы. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для глобальных сетей. Достоинства данной топологии в ее устойчивости к отказам и перегрузкам, т.к. имеется несколько способов обойти отдельные узлы. Смешанная топология. В таких сетях можно выделить отдельные подсети, имеющие типовую топологию – звезду, кольцо или общую шину, которые для крупных сетей связываются произвольно. 