Курсовая работа: Современные сетевые технологии
С точки зрения надежности и скорости обмена информацией наилучшими характеристиками обладает полносвязная топология (рис. 4). В этом случае абонентам сети предоставляется отдельный канал связи с каждым из остальных абонентов. Однако по стоимости данная топология проигрывает всем остальным вариантам.
Перечисленные топологии являются базовыми. Большинство локальных вычислительных сетей, создаваемых в различных организациях, имеют более сложную структуру и являются различными вариантами комбинирования вышеупомянутых топологий.
Логические топологии локальных вычислительных сетей
Логическая топология определяет характер распространения информации по компьютерной сети. При передаче информации от одного абонента сети к другому абоненту эта информация должным образом «оформляется». Передаваемые данные оформляются в стандартные фрагменты (пакеты, дейтаграммы). Помимо собственно передаваемых данных (чисел, текстов, рисунков и т.п.) в состав пакета добавляется адрес (приёмника информации или и приёмники и передатчика), контрольная информация (чтобы можно было проверить, пакет принят полностью или только его часть) и ряд другой информации. Рассмотрим три основных варианта логических топологий локальных вычислительных сетей.
Логическая шина определяет равноправный доступ к сети всех абонентов. В этом случае передатчик выставляет в сеть пакет информации, а все остальные абоненты «услышав» передаваемую информацию анализируют её. Если в составе пакета абонент находит свой адрес, он эту информацию «оставляет» себе, если адрес оказался чужим – игнорирует. Если в момент передачи информации одним абонентом «вклинивается в разговор» другой абонент, происходит наложение пакетов, называемое коллизией. Коллизии приводят к «перемешиванию» пакетов и невозможности разобраться «кто что сказал». Обнаружив коллизию, передающий абонент «замолкает» на интервал времени случайной длительности, после чего повторяет попытку передачи информации. При очень большом количестве абонентов в сети вероятность коллизий резко возрастает, и сеть становится неработоспособной.
Логическое кольцо предполагает, что информация проходит полный «круг» и приходит к источнику, т.е. в точку из которой была отправлена. При этом каждый абонент сравнивает адрес «получателя» со своим собственным. Если адреса совпали, информация копируется в буфер, пакет помечается как «дошедший до адресата» и передается следующему абоненту. Если адреса не совпали, пакет передается без всяких пометок. Когда абонент получил пакет отправленный «собственноручно» и с пометкой «принято», он его дальше не передаёт и в работу может вступить другой абонент сети.
Логическая топология звезда (и её версия – дерево) ориентирована на установление канала связи между приёмником и передатчиком средствами коммутаторов. Т.е. при отсутствии коммутатора невозможно связаться между собой даже двум абонентам сети. При передаче данных от одного абонента к другому, все остальные ждут окончания передачи.
Соединители и разъёмы
В настоящее время в локальных вычислительных сетях используются несколько типов проводников. По физической природе передаваемого сигнала различают электрические проводники и оптические проводники. Кроме этого может использоваться аппаратура для организации локальных вычислительных сетей средствами беспроводных каналов.
Коаксиальный кабель
Коаксиальный кабель (рис. 5) представляет собой проводник, заключенный в экранирующую оплётку. От контакта с оплёткой проводник защищен трубчатым изолятором. Важной характеристикой кабельных систем вообще и коаксиального кабеля в частности является волновое сопротивление или импеданс. В локальных вычислительных сетях применяется коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом и (гораздо реже) в сетях ARCnet кабель с волновым сопротивлением 93 Ом. Существует две разновидности коаксиального кабеля – толстый (внешний диаметр около 10 мм) и тонкий (внешний диаметр около 5 мм). При одинаковом значении волнового сопротивления у толстого и тонкого коаксиального кабеля различные характеристики по длине кабельного сегмента и количеству поддерживаемых абонентов сети. У толстого коаксиального кабеля максимальная длина сегмента 500 метров, максимальное количество точек подключения 100. У тонкого коаксиального кабеля максимальная длина сегмента 185 метров, максимальное количество точек подключения 30.
Подключение к толстому коаксиальному кабелю выполняется с помощью прокола внешнего и внутреннего изолятора специальным оборудованием. При этом сам кабель не разрезается. Ввиду дороговизны кабеля и сложности монтажа сети толстый коаксиальный кабель применялся достаточно редко.
Тонкий коаксиальный кабель при монтаже разделяется на сегменты (отрезки). Оба конца отрезка разделываются (обрабатываются) способом подобным указанному на рис. 5. Затем на оба конца кабеля устанавливаются способом обжатия коаксиальные разъёмы (см. рис. 6а). На выходе сетевого адаптера также имеется соответствующий коаксиальный разъём, к которому при помощи BNC Т-коннектора (см. рис. 6б) подключаются два кабельных сегмента, соединяющих подключаемый компьютер с двумя соседними абонентами.
Рис. 6. Разъёмы, применяемые при монтаже коаксиального кабеля
В настоящее время коаксиальный кабель при монтаже локальных вычислительных сетей не используется ввиду низкой скорости передачи информации (10 Мегабит в секунду), а также по ряду других причин.
Витая пара
Второй вариант электрического проводника, используемого при монтаже локальных вычислительных сетей, получил название витая пара. Фактически кабель, называемый витой парой представляет собой восемь (реже четыре) проводника свитых попарно с определённым шагом (шесть оборотов на дюйм) и заключенных в общую изолирующую трубку (рис. 7). Такой кабель называется неэкранированная витая пара UTP (UnshieldedTwistedPair - неэкранированные скрученные пары). Если каждая пара перевитых проводов заключена в металлический экран (фольга или оплётка), и затем вся совокупность таких экранированных пар закрыта общим экраном, такой кабель называют экранированная витая пара STP (ShieldedTwistedPairs - экранированные скрученные пары). Применение экранов позволяет снизить уровень помех, создаваемых таким кабелем, и увеличить помехозащищённость такого кабеля от внешних помех. Скорость передачи информации по таким кабелям достигает, в настоящее время, 1000 Мегабит в секунду.
Для подключения сетевой аппаратуры с помощью витой пары наиболее часто используются разъёмы RJ-45 (рис. 8), внешне похожие на телефонные, но с восемью контактами.
При монтаже кабельной сети с использованием витой пары применяется специальный инструмент, называемый кримпером (рис. 9). Кабель после снятия внешней изоляционной трубки укладывается в специальные направляющие для вилки RJ-45 либо непосредственно в вилку (в зависимости от её конструкции). Затем вилка вместе с кабелем вставляется в специальные направляющие кримпера (на рис. 9 на нижней рукоятке) и при нажатии на рукоятки инструмента гребёнка (рис. 9 на верхней рукоятке)
вдавливает контактные площадки вилки внутрь её корпуса, тем самым, прорезая изоляцию отдельных проводников и обеспечивая электрический контакт с проводниками кабеля.
Порядок размещения проводников в вилке, называемый раскладкой кабеля, важен. Для раскладки применяется одна из двух схем А или В (рис. 10 вид кабеля со стороны контактов вилки). Какую схему предпочесть –
выбор за монтажником, важно, чтобы на обоих концах кабельного сегмента использовалась одна и та же раскладка проводников кабеля в вилках RJ-45.
Волновое сопротивление витой пары составляет 100 или 150 Ом. В зависимости от качества исполнения кабеля и поддерживаемой скорости обмена максимальное расстояние между двумя элементами (узлами) локальной вычислительной сети составляет от 100 до 150 метров.
Передача информации по волоконно-оптическим кабелям
По своей конструкции (рис. 11) волоконно-оптический кабель похож на коаксиальный, только вместо центрального металлического проводника располагается стеклянное или пластиковое волокно по которому распространяется пучок света и вместо электрической изоляции такое волокно окружено оптической оболочкой, основная задача которой – не дать пучку света покинуть центральное волокно. Волоконно-оптический кабель не нуждается во внешней экранирующей оплётке, поскольку электромагнитные помехи не влияют на оптические сигналы, однако в некоторых конструкциях волоконно-оптических кабелей металлическая оплётка применяется с целью повышения механической прочности кабеля и защиты оптического волокна от механических повреждений. Такой волоконно-оптический кабель называется бронированным.
В зависимости от траектории распространения луча света по оптическому волокну различают одномодовый (фактически один луч) и многомодовый (совокупность лучей с практически одинаковыми характеристиками, движущиеся по соседним траекториям) волоконно-оптический кабель.
У многомодового волоконно-оптического кабеля диаметр сердцевины относительно велик (50, 62,5 или 100 микрон). Световой поток, пропускаемый многомодовым волоконно-оптическим кабелем, имеет длину волны 850 или 1300 нм и, проходя по такому волокну, отражаясь от его стен, дробится на отдельные лучи (моды) которые, накладываясь друг на друга, приводят к снижению качества сигнала. Такой кабель называют многомодовым со ступенчатым профилем. Более поздняя модификация – многомодовый волоконно-оптический кабель с градиентным профилем. За счет сложной обработки (легирования) оптоволокна можно добиться плавного уменьшения показателя преломления света от центра сердцевины к оболочке волокна. Тогда моды, хотя и будут по-прежнему проходить разные пути, но делать это за одинаковое время. Такой кабель стоит дороже, но более качественно (с меньшими искажениями) передает сигнал. Достоинством многомодового волоконно-оптического кабеля является возможность использования в качестве источника света наряду с лазерами, относительно дешёвых специальных светодиодов. Однако даже многомодовый волоконно-оптический кабель с градиентным профилем по своим характеристикам уступает одномодовому волоконно-оптическому кабелю.