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.
20. Компьютерные сети, Аппаратные средства компьютерных сетей. Топология локальных сетей. Характеристики каналов (линий) связи.
Многообразие компьютерных сетей можно классифицировать по группе признаков:
1) Территориальная распространенность; 2) Ведомственная принадлежность;
3) Скорость передачи информации; 4) Тип среды передачи; 5) Топология;
6) Организация взаимодействия компьютеров.
По территориальной распространенности сети могут быть локальными, глобальными, и региональными.
Локальные — это сети, перекрывающие территорию не более 10 м2
Региональные — расположенные на территории города или области
Глобальные на территории государства или группы государств, например, всемирная сеть Internet.
По принадлежности различают ведомственные и государственные сети.
Ведомственные принадлежат одной организации и располагаются на ее территории.
Государственные сети — сети, используемые в государственных структурах.
По скорости передачи: низкоскоростные (до 10 Мбит/с), среднескоростные (до 100 Мбит/с), высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с);
По типу среды передачи:
проводные ; коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные ; беспроводные ;
с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне.
Топологии компьютерных сетей
Линейная сеть. Содержит только два оконечных узла, любое число промежуточных узлов и имеет только один путь между любыми двумя узлами.
Кольцевая сеть Сеть, в которой к каждому узлу присоединены две и только две ветви.
Звездообразная сеть Сеть, в которой имеется только один промежуточный узел.
Общая шина В этом случае подключение и обмен данными производится через общий канал связи, называемый общей шиной.
Одноранговые сети Все компьютеры одноранговой сети равноправны. Любой пользователь сети может получить доступ к данным, хранящимся на любом компьютере.
Иерархические сети При ее установке заранее выделяются один или несколько компьютеров, управляющих обменом данных по сети и распределением ресурсов. Такой компьютер называют сервером.
Под топологией понимается описание свойств сети, присущих всем ее гомоморфным преобразованиям, т.е. Таким изменениям внешнего вида сети, расстояний между ее элементами, их взаимного расположения, при которых не изменяется соотношение этих элементов между собой. Топология компьютерной сети во многом определяется способом соединения компьютеров друг с другом. Конфигурация лс делится на два основных класса: широковещательные и последовательные. В широковещательных конфигурациях каждый пк передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными пк (“общая шина”, “дерево”, “звезда с пассивным центром”). В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному пк (произвольная, иерархическая, “кольцо”, “цепочка”, “звезда с интеллектуальным центром”, “снежинка” и др.). Наиболее оптимальной с точки зрения надежности является полносвязная сеть, т.е. Сеть, в который каждый узел сети связан со всеми другими узлами, однако при большом числе узлов такая сеть требует большого количества каналов связи и труднореализуема из-за технических сложностей и высокой стоимости. Поэтому практически все сети являются неполносвязными. Хотя при заданном числе узлов в неполносвязной сети может существовать большое количество вариантов соединения узлов сети, на практике обычно используется три наиболее широко распространенные (базовые) топологии лвс: “звезда”, “общая шина” и “кольцо”: шинная, когда все узлы сети подключаются к одному незамкнутому каналу, обычно называемому шиной; кольцевая, когда все узлы сети подключаются к одному замкнутому кольцевому каналу.; звездообразная, когда все узлы сети подключаются к одному центральному узлу, называемому хостом или хабом. Сети могут быть также смешанной топологии (гибридные), когда отдельные части сети имеют разную топологию.