Каналы связи вычислительных сетей
Передающая среда является одной из важных составляющих любых компьютерных сетей. От правильного выбора типа передающей среды, ее монтажа во многом зависит надежность локальной сети.
Соединение отдельных информационных узлов в сети осуществляется с помощью различных физических сред (каналов связи), представляющих собой материю, в которой распространяются сигналы – носители информации. С целью улучшения качества передачи и приема применяется дополнительные технические средства (усилители, фильтры, ретрансляторы и т.п.).
В сетях используется следующие каналы связи:
Следует заметить, что при выборе типа канала необходимо учитывать следующие показатели:
ØСтоимость монтажа и обслуживания;
ØСкорость передачи информации;
ØОграничения на величину расстояния передачи информации (без дополнительных усилителей-повторителей);
ØБезопасность передачи данных.
Главная проблема заключается в одновременном обеспечении этих показателей, локальной сети, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально возможным расстоянием передачи данных, при котором еще обеспечивается требуемый уровень защиты данных. А легкая наращиваемость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость.
3. Оптоволоконный кабель (оптико-волоконный)
Каждый из кабелей характеризуется физическими параметрами, основными из которых являются допустимая скорость передачи данных и скорость затухания сигналов.
Физически коаксиальный кабель представляет собой двухпроводную линию связи, в которой один проводник (центральный) находится внутри другого. В качестве центрального – медный провод. Внешний проводник выполнен в виде цилиндра, сплетенного из медного провода. Центральный и внешний проводники разделены между собой изоляцией.
Для достижения максимального уровня сигнала длина сегмента коаксиального кабеля должен быть кратна длине волны передаваемого сигнала. Поэтому по всей длине кабеля через определенные промежутки идет маркер, определяющий место подключения рабочей станции:
Отсутствие этих меток является первым признаком несоответствия кабеля сетевым стандартам.
Замечание: Объем передачи данных составляет от 10 до 50 Мбит/с. Внешняя оболочка кабеля может быть выполнена из поливинилхлорида или флуорополимера. I вариант применяется в основном на открытых и легкодоступных участках, т.к. продукты его горения – ядовиты. Но II-ой вариант – менее гибок и более дорогой.
Коаксиальный кабель является широкополосным средством связи, позволяющим передавать информацию в достаточно большом частотном диапазоне. Он может использоваться как для одноканальной, так и многоканальной передачи. В случае многоканальной работы в рамках одной физической передающей среды создается несколько каналов передачи данных, например, за счет разделения частотного диапазона на отдельные поддиапазоны. Такой способ широко используется, например, в телевидении для передачи нескольких программ по коаксиальному кабелю.
В настоящее время в локальной сети преимущественно используется одноканальная передача информации.
Коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко наращивается, но цена его высока. Объем – 500 Мбит/с. При передачи на расстояние больше 1,5 км. требуется усилитель, или так называемый репейтор (повторитель). Поэтому суммарное расстояние при передаче информации увеличивается до 10 км.
Коаксиальные кабели имеют различное волновое сопротивление – от 50 Ом до 120 Ом. В основном используется с сопротивлением -–50 Ом. Коаксиальный кабель с сопротивлением 50 Ом бывает 2-х видов:
Первый так называемый «толстый» или «жесткий желтый» кабель – толстый Ethernet – кабель (RG – 11).
Толстый Ethernet имеет улучшенную помехозащищенность, и отсюда дорогую цену.
Максимальное расстояние не более 500 м., а общее – с повторителями – около 3000 м.
Второй «тонкий» Ethernet кабель (RG – 58).
Объем – до 10 миллионов бит/с. При соединении этого типа кабеля также требуются повторители. Расстояние между двумя рабочими станциями £ 300 м, а общее приблизительно 1000 м. Легки в наращивании.
В настоящее время в локальной сети на смену коаксиального кабеля приходит кабель на базе витых пар проводников. Витая пара представляет собой два скрученных проводника. В качестве проводника используется медный одножильный или многожильный скрученный проводник.
Стоимость кабеля первого типа меньше, однако кабель второго типа более надежен и удобен при монтаже кабельных соединений. В целом стоимость кабеля на базе витой пары меньше стоимости коаксиального. Внешне кабель на базе витой пары подобен телефонному кабелю, но отличается от него наличием определенного числа скруток на один погонный метр.
Она легко наращивается, но является помехонезащищенной. Длина кабеля не может превышать 100 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимуществом является низкая цена и беспроблемная установка.
Для повышения помехозащищенности информации часто используют экранированную витую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку.
Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля. Объем передачи данных около 10 Мбит/с.
В отличие от электрического кабеля, в оптоволоконном кабеле носителем информации является световой луч, который распространяется внутри специального световода – оптического стекловолокна.
Это наиболее перспективная передающая среда. Она обеспечивает высокую скорость передачи информации на значительные расстояния.
Их бывает 2 вида: облегченный и усиленный.
В качестве среды передачи используется оптическое волокно (световод) — это тонкая стеклянная или пластмассовая нить. Световод покрыт стеклянной оболочкой, имеющей дорогой коэффициент отражения, чем у световода. Стеклянная оболочка отражает свет, направляя его вдоль световода. Между оболочкой и внешней оболочкой могут помещаться гель или усиливающие жилы. Внутренняя стеклянная оболочка обеспечивает необходимую жесткость и устойчивость к разрывам, перегреву и переохлаждению. Кабель может содержать одно или несколько светопроводящих волокон.
Сигнал по оптическому волокну может распространяться по одному пути в виде достаточно тонкого пучка света, либо в виде нескольких пучков света (1- одномодовый, 2 – многомодовый кабель).
Объем достигает нескольких гигабайт в секунду. Допускается удаление до 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. Применяются там, где возникают электромагнитные поля помех или требуется передача информации – на очень большие расстояния без использования повторителей. Они обладают противопрослушивающими свойствами, т.к. техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна.
Основные показатели трех типовых сред для передачи информации
| Показатели | Среда передачи информации | ||
| Двухжильный кабель – витая пара | Коаксиальный кабель | Оптоволоконный кабель | |
| Цена | Невысокая | Относительно высокая | Высокая |
| Наращивание | Очень простое | Проблематично | Простое |
| Защита от прослушивания | Незначительная | Хорошая, однако легко ответвляется | Высокая |
| Восприимчивость к помехам | Существует | Существует | Отсутствует |
Беспроводные каналы связи.
Эти каналы используют физическую среду, которая обладает проникающей способностью для тех или иных переносчиков информации (волны, частицы и другие). В технике передаче информации в сетях широко применяются такие носители, как электромагнитные волны (радиосвязь, лазерная), ультразвук и другие среды.
Комбинированные каналы связи.
Это наиболее распространенный вид, который состоит из I и II разновидности.
Примерами каналов данного типа являются каналы радиотелефонной связи. На одних участках они проводные, на других – беспроводные. К данному числу относятся спутниковые каналы, где связь с землей осуществляется по радиоканалу, а между станциями на земле, например, по кабелю.
36. Вычислительные сети.
Вычислительная сеть (информационно-вычислительная сеть) – это совокупность узлов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему.
Структура вычислительной сети
37. Канал связи, узел, адресация узлов. Цели использования сетей. Подразделение сетей по технологии передачи, по размеру, по принципу построения.
Узел – это любое устройство, непосредственно подключенное к передающей среде сети. Узлами могут быть не только ЭВМ, но и сетевые периферийные устройства, например, принтеры.
Каждый узел в сети имеет минимум два адреса: физический, используемый оборудованием, и логический, используемый пользователями и приложениями.
Узлы обмениваются сообщениями. Здесь сообщение – это целостная последовательность данных, передаваемых по сети.
Отдельные части сети называются сегментами.
Передающая среда сети (канал связи) определяет, как будут передаваться сообщения по сети. Примерами передающих сред являются кабельные, радио-, спутниковые каналы.
Вычислительные сети используются в следующих целях:
1) предоставление доступа к программам, оборудованию и данным для любого пользователя сети; эта цель называется совместным использованием ресурсов;
2) обеспечение высокой надежности хранения источников информации; хранение данных в нескольких местах позволяет избежать их потерю, в случае их удаления в одном из мест;
3) обработка данных, хранящихся в сети;
4) передача данных между удаленными друг от друга пользователями.
По виду технологии передачи вычислительные сети делятся на следующие типы:
— широковещательные сети обладают общим каналом связи, совместно используемым всеми узлами; сообщения передаются всем узлам; примером широковещательной сети является телевидение;
— последовательные сети, в которых сообщению необходимо пройти несколько узлов, чтобы добраться до узла назначения; сообщение передается только одному узлу; примером такой технологии передачи является электронная почта.
Небольшие сети обычно используют широковещательную передачу, тогда как в крупных сетях применяется передача от узла к узлу.
По размеру сети можно подразделить на следующие типы:
— локальные сети размещаются в одном здании или на территории одного предприятия; примером локальной сети является локальная сеть в учебном классе;
— региональные сети объединяют несколько предприятий или город; примером сетей такого типа является сеть кабельного телевидения;
— глобальные сети охватывают значительную территорию, часто целую страну или континент и представляют собой объединение сетей меньшего размера; примером глобальной сети является сеть Интернет.
По принципу построения сети делятся на следующие типы:
— одноранговые сети объединяют равноправные узлы; такие сети объединяют не более 10 узлов;
— сети на основе выделенного сервера имеют специальный узел – вычислительную машину (сервер), предназначенную для хранения основных данных сети и предоставления этих данных узлам (клиентам) по запросу.
38. Основные характеристики сетей.
Вычислительные сети имеют следующие характеристики.
1. Производительность – это среднее количество запросов пользователей сети, исполняемых за единицу времени. Производительность зависит от времени реакции системы на запрос пользователя. Это время складывается из трех составляющих:
— времени передачи запроса от пользователя к узлу сети, ответственному за его исполнение;
— времени выполнения запроса в этом узле;
— времени передачи ответа на запрос пользователю.
2. Пропускная способность – это объем данных, передаваемых через сеть ее сегмент за единицу времени (трафик).
3. Надежность – это среднее время наработки на отказ.
4. Безопасность – это способность сети обеспечить защиту информации от несанкционированного доступа.
5. Масштабируемость – это возможность расширения сети без заметного снижения ее производительности.
6. Универсальность сети – это возможность подключения к сети разнообразного технического оборудования и программного обеспечения от разных производителей.