Локальная сеть

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.

Оптическое волокно одномодового волоконно-оптического кабеля имеет диаметр 8-9,5 микрон. Световой поток, пропускаемый одномодовым волоконно-оптическим кабелем, имеет длину волны 1300 или 1550 нм и проходит практически по единственной траектории, что уменьшает помехи и повышает качество сигнала по сравнению с многомодовым волокном. Недостатком одномодового волоконно-оптического кабеля является то, что в качестве источника света используется специальный лазер. Стоимость лазера гораздо выше стоимости светодиода, а срок службы меньше.

Монтаж компьютерных сетей вообще, и монтаж сетей на волоконно-оптическом кабеле тем более, требуют высокой  квалификации исполнителя.

При монтаже используются различные  технологии. Для магистрального монтажа (наращивания волоконно-оптического  кабеля, прокладываемого на большие  расстояния) используется технология сварки.

Концы оптического волокна состыковываются с высокой точностью (особенно важно для одномодового волоконно-оптического кабеля из-за малого диаметра сердцевины) и свариваются на специальном станке. Для разводки оптического сигнала на коммутационном оборудовании

 

 

используют специальные разъёмы (рис. 12), обеспечивающие точность совмещения двух сегментов оптического волокна.

Устанавливаются такие разъёмы  на месте с использованием специального клея либо обжима. Время выполнения работ от нескольких минут, до 1-2 часов (в зависимости от типа выбранного разъёма и технологии установки).

Коммуникационная  аппаратура.

Каждый компьютер, подключаемый к  сети, должен быть оснащен сетевым  адаптером (или сетевой платой). Самыми известными являются адаптеры следующих  трех типов: Arc-Net; Token Ring; Ethernet. Из них последние используются в России наиболее широко. С точки зрения конструктивного исполнения наибольшее распространение в настоящее время получили три типа сетевых адаптеров. Поскольку коаксиальный кабель для соединения персональных компьютеров в локальную сеть уже практически не используется, данная категория адаптеров не рассматривается.

 

Встроенный сетевой адаптер (рис. 13 справа) входит в состав набора микросхем (чипсета), размещаемого на системной  плате компьютера. Преимущества данного  способа размещения – отсутствие дополнительных операций по монтажу  сетевого адаптера в системном блоке. Если же в составе приобретённого компьютера сетевой адаптер отсутствует, а компьютер необходимо подключить к локальной вычислительной сети, придется воспользоваться одним  из двух видов адаптеров, описанных  ниже.

Внутренний сетевой адаптер (рис. 14) представляет собой плату, вставляемую  в слот расширения на системной плате  компьютера. В последнее время  используются сетевые адаптеры, вставляемые  в PCI- слоты компьютера.

Третий вариант исполнения сетевого адаптера устанавливается на компьютер  проще, но стоит несколько дороже внутреннего адаптера. Это сетевой  адаптер подключаемый к USB порту (рис. 15). Подключение такого адаптера к персональному компьютеру возможно без отключения питания.

Затем к сетевому адаптеру подключается линия связи локальной вычислительной сети (для рассмотренных конструкций  сетевых адаптеров это кабель витая пара с соединителями RJ-45). Но для объединения компьютеров в сеть, состоящую более чем из двух компьютеров по физической топологии звезда (а именно такую топологию поддерживает сеть на витой паре) необходимо устройство, исполняющее роль центра звезды. Таким устройством чаще всего является хаб (hub). К категории хабов относятся повторитель (repeater) и коммутатор (switch). Разница между данными устройствами в организации логики передачи сигнала от одного

 

 

порта (розетки RJ-45) ко всем остальным. Повторитель «копирует» сигналы на все остальные порты и является самым дешёвым типом хабов. Коммутатор (рис. 16) может разбивать порты на группы, организуя логические сегменты сети. Компьютеры «общаются» друг с другом в пределах сегментов, тем самым уменьшается количество коллизий и повышается общее быстродействие сети. Частным случаем коммутатора является мост (bridge).

 

 

Маршрутизатор (router) – устройство (рис. 17) с несколькими физическими интерфейсами, которые могут принадлежать к одной или разным сетевым технологиям. Используется для разделения или объединения нескольких компьютерных сетей (например, сеть 100VG-AnyLAN с сетью Ethernet). Задача маршрутизатора отфильтровывать пакеты и пропускать с одного интерфейсного входа на другой только те пакеты, которые адресованы компьютером, находящимся в одной сети, компьютеру, находящемуся в другой сети.

 

 

Для подключения сетевых адаптеров (обрабатывающих электрические сигналы) к волоконно-оптическому кабелю (передающему оптические сигналы) используются согласующие устройства. Приёмник (receiver, на рис. 18 слева) и передатчик (transmitter, на рис. 18 справа) могут исполняться в одном корпусе, а могут конструктивно быть разными устройствами.

Для подключения различных устройств друг к другу и к соединительным розеткам и коммутационным панелям используются специальные шнуры, изготавливаемые в заводских условиях. Такие шнуры получили название patch cord. На рис. 19 слева шнур для электрических

 

 

сетей, или для соединения сетевого адаптера с оптическим согласующим  устройством, справа шнур для соединения оптических устройств друг с другом.

 

Аппаратура и технологии беспроводных сетей.

 

 

При подключении компьютеров к  локальной вычислительной сети могут  использоваться устройства беспроводной связи. В этом случае отпадает необходимость  прокладывать кабельные сети, однако стоимость беспроводной локальной  вычислительной сети существенно превышает 

 

стоимость своих электрических  «собратьев», при более низкой скорости передачи данных. Для подключения  компьютеров используются сетевые  адаптеры с PCI интерфейсом (на рис. 20 слева) и с USB интерфейсом (на рис. 20 справа). Беспроводной доступ может быть организован и с помощью обычных сетевых адаптеров, но в этом случае сетевой адаптер должен быть подключен к радиоприёмнику/передатчику (точке беспроводного доступа). Один из вариантов исполнения точки беспроводного доступа приведен на рисунке 21. Подключение сетевой платы к радиоточке выполняется с помощью стандартного соединительного шнура (рис. 19 слева). Кроме того, точка доступа исполняет роль центра беспроводной сети при объединении более двух компьютеров в беспроводную сеть. В таком случае она подключается к компьютеру, играющему в данной сети главенствующую роль – серверу. Либо при подключении точки доступа через маршрутизатор к проводной сети, вы получаете возможность обмениваться информацией со стационарными компьютерами.

Технология WDS, позволяет одновременно подключать беспроводных клиентов, к  точкам, работающим в режиме Bridge (мост точка-точка) и Multipoint Bridge (мост точка-много точек). Однако скорость передачи данных у беспроводных клиентов, в таком режиме будет порядка 1/3 от скорости передачи данных между точками доступа. В режиме Infrastructure Mode (он же – режим клиент/сервер) беспроводная сеть состоит из, как минимум, одной точки доступа, подключенной к проводной сети, и некоторого набора беспроводных оконечных станций. Такая конфигурация носит название базового набора служб (Basic Service Set, BSS). В режиме «Ad-hoc» каждое устройство или станция могут связываться непосредственно друг с другом, без использования точки доступа. Режим «Ad-hoc» называют также «режим равный-с-равным» (peer-to-peer) или Independent Basic Service Set (IBSS – независимый базовый набор служб).

Наиболее распространённый стандарт для беспроводных локальных сетей (WLAN – wireless Local Area Network) был принят организацией IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers – институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике) в качестве спецификации 802.11. Данная спецификация определяет правила обмена информацией для абонентов, подобные правилам, принятым в сетях Ethernet, с небольшими модификациями.

Стандартный комплект Wi-Fi состоит из так называемой базы (Wireless Access Point) и набора одинаковых компьютерных плат (Wi-Fi карт) (см. рис. 20). Одновременно к базе может быть подключено несколько десятков и даже сотен компьютеров. Основное ограничение – расстояние между ними и базой не должно превышать 300 м. Скорость обмена информацией – до 100 Мбит/сек.

По аналогичной схеме функционирует  и новая разработка в данной области, называемая Wi-Max. В ней используется стандарт 802.16, а объявленная дальность действия – 50 км.

Базы Wi-Fi являются многофункциональными устройствами, позволяющими, в том числе, строить «мосты» между двумя такими устройствами. В условиях прямой видимости работоспособность такого канала, по утверждению специалистов фирмы D-Link, сохраняется на расстоянии до 200 и более км. Пропускная способность канала с расстоянием уменьшается, но при расстоянии в 50 км гарантированы не менее 8-10 Мбит/сек (заявлены 20 Мбит/сек).

Для работы беспроводных сетей выделены пять диапазонов радиочастот:

• 915 МГц;
• 2400-2425 МГц;
• 2414-2440 МГц;
• 2429-2455 МГц;
• 2443-2470 МГц.

Первый диапазон требует обязательного  лицензирования. Что касается диапазона 2,4 ГГц, то в России в соответствии с решением Государственного комитета по радиочастотам (ГКРЧ) от 29 июня 1998 г. № 7/6 для пользователей систем, работающих с шумоподобным радиосигналом в диапазоне 2,4 ГГц, специального разрешения не требуется.

 

Технологии и протоколы локальных  вычислительных сетей

 

Очевидно, что любая компьютерная сеть – это сложный комплекс взаимосвязанных  и согласованно функционирующих  программных и аппаратных компонентов. Основной задачей, решаемой при создании компьютерных сетей, является обеспечение  совместимости оборудования по электрическим  и механическим характеристикам, а  также обеспечение корректной передачи данных и однозначной их интерпретации  на основе совместимости обслуживающих  сеть программ.

При передаче сообщений участники  сетевого обмена должны принять множество  соглашений, чтобы понимать друг друга  на разных уровнях – от физического до прикладного. Например, на физическом уровне они должны согласовать значения и форму электрических сигналов, способ определения длины сообщений, договориться о методах контроля достоверности и т. п. А на прикладном – договориться об однозначном представлении переданной и полученной информации программами, с которыми работает пользователь.

Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются участники сетевого обмена, способы их передачи и интерпретации  называются протоколом.

Новые протоколы разрабатывают  компании, которые занимаются созданием  и внедрением устройств, программ и  сетевых услуг. Если протокол приобретает  популярность среди других производителей, то он может закрепиться в рекомендациях  одной из стандартизующих организаций: Международного союза электросвязи (ITU), Международного института стандартизации (ISO) или Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE). После этого протокол становится фактическим сетевым стандартом, на него начинают ориентироваться тысячи производителей.

 

Сетевая технология – это согласованный  набор стандартных протоколов и  реализующих их программно-аппаратных средств (например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный  для построения компьютерной сети. Ниже перечислены наиболее известные  сетевые технологии и их основные характеристики.

ARCnet

Логическая топология – шина.

Физическая топология – шина, звезда, смешанная.

Среда передачи сигнала – коаксиальный кабель (93 Ом), витая пара.

Скорость обмена информацией – 2,5 Мбит/сек.

Максимальная длина соединений – от 100 до 610 метров (в зависимости  от типа соединителя).

Максимальное количество узлов  в одной сети – 255.