Модделлирование сети

3 — внешнего проводника (экрана) в виде оплетки, фольги, покрытой слоем алюминия пленки и их комбинаций, а также гофрированной трубки, повива металлических лент и др. из меди, медного или алюминиевого сплава;

4 — оболочки (служит для изоляции и защиты от внешних воздействий) из светостабилизированного (то есть устойчивого к ультрафиолетовому излучению солнца) полиэтилена, поливинилхлорида, повива фторопластовой ленты или иного изоляционного материала;

Благодаря совпадению центров  обоих проводников, а также определенному  соотношению между диаметром  центральной жилы и экрана, внутри кабеля в радиальном направлении  образуется режим стоячей волны, позволяющий снизить потери электромагнитной энергии на излучение почти до нуля. В то же время экран обеспечивает защиту от внешних электромагнитных помех.

Основное назначение коаксиального кабеля — передача сигнала в различных областях техники:

*системы связи;

*вещательные сети;

*компьютерные сети;

*антенно-фидерные системы;

*АСУ и другие производственные и научно-исследовательские технические системы;

• системы дистанционного управления, измерения и контроля;
• системы сигнализации и автоматики;
• системы объективного контроля и видеонаблюдения;
• каналы связи различных радиоэлектронных устройств мобильных объектов (судов, летательных аппаратов и др.);
• внутриблочные и межблочные связи в составе радиоэлектронной аппаратуры;
• каналы связи в бытовой и любительской технике;
• военная техника и другие области специального применения.

Кроме канализации сигнала, отрезки кабеля могут использоваться и для других целей:

• кабельные линии задержки;
• четвертьволновые трансформаторы;
• симметрирующие и согласующие устройства;
• фильтры и формирователи импульса.

Категории

«Тонкий» Ethernet

Был наиболее распространённым кабелем для построения локальных  сетей. Диаметр примерно 6 мм и значительная гибкость позволяли ему быть проложенным  практически в любых местах. Кабели соединялись друг с другом и с  сетевой платой в компьютере при  помощи Т-коннектора BNC (Bayonet Neill-Concelman). Между собой кабели могли соединяться  с помощью I-коннектора BNC (прямое соединение). На обоих концах сегмента должны быть установлены терминаторы. Поддерживает передачу данных до 10 Мбит/с на расстояние до 185 м

«Толстый» Ethernet

Более толстый, по сравнению  с предыдущим, кабель — около 12 мм в диаметре, имел более толстый  центральный проводник. Плохо гнулся и имел значительную стоимость. Кроме  того, при присоединении к компьютеру были некоторые сложности — использовались трансиверы AUI (Attachment Unit Interface), присоединённые к сетевой карте с помощью  ответвления, пронизывающего кабель, т. н. «вампирчики». За счёт более толстого проводника передачу данных можно было осуществлять на расстояние до 500 м  со скоростью 10 Мбит/с. Однако сложность  и дороговизна установки не дали этому кабелю такого широкого распространения, как RG-58. Исторически фирменный кабель RG-8 имел жёлтую окраску, и поэтому  иногда можно встретить название «Жёлтый Ethernet» (англ. Yellow Ethernet)

2.2 Витая пара

 Вита́я па́ра (англ. twisted pair) — вид кабеля связи,  представляет собой одну или  несколько пар изолированных  проводников, скрученных между  собой (с небольшим числом витков  на единицу длины), покрытых пластиковой  оболочкой.

Свивание проводников  производится с целью повышения  степени связи между собой  проводников одной пары (электромагнитная помеха одинаково влияет на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов. Для снижения связи отдельных пар кабеля (периодического сближения проводников различных пар) в кабелях UTP категории 5 и выше провода пары свиваются с различным шагом. Витая пара — один из компонентов современных структурированных кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве физической среды передачи сигнала во многих технологиях, таких как Ethernet, Arcnet и Token ring. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в монтаже, является самым распространённым решением для построения проводных (кабельных) локальных сетей.

Конструкция витопарного  кабеля

Витопарный кабель состоит  из нескольких витых пар. Проводники в парах изготовлены из монолитной медной проволоки толщиной 0,4—0,6 мм. Кроме метрической, применяется  американская система AWG, в которой  эти величины составляют 26AWG или 22AWG соответственно. В стандартных 4-х  парных кабелях в основном используются проводники диаметром 0,51 мм (24AWG). Толщина  изоляции проводника — около 0,2 мм, материал обычно поливинилхлорид (английское сокращение PVC), для более качественных образцов 5 категории — полипропилен (PP), полиэтилен (PE). Особенно высококачественные кабели имеют изоляцию из вспененного (ячеистого) полиэтилена, который обеспечивает низкие диэлектрические потери, или  тефлона, обеспечивающего широкий  рабочий диапазон температур

Также внутри кабеля встречается  так называемая «разрывная нить» (обычно капрон), которая используется для  облегчения разделки внешней оболочки — при вытягивании она делает на оболочке продольный разрез, который  открывает доступ к кабельному сердечнику, гарантированно не повреждая изоляцию проводников. Также разрывная нить, ввиду своей высокой прочности  на разрыв, выполняет защитную функцию.

Внешняя оболочка 4-парных кабелей  имеет толщину 0,5—0,9 мм в зависимости  от категории кабеля и обычно изготавливается  из поливинилхлорида с добавлением  мела, который повышает хрупкость. Это  необходимо для точного облома по месту надреза лезвием отрезного  инструмента. Кроме этого, для изготовления оболочки используются полимеры, которые  не поддерживают горения и не выделяют при нагреве галогены (такие кабели маркируются как LSZH — Low Smoke Zero Halogen). Кабели, не поддерживающие горение  и не выделяющие дым, разрешается  прокладывать и использовать в закрытых областях, где могут проходить  воздушные потоки системы кондиционирования  и вентиляции (так называемых пленум-областях).

 

В общем случае, цвета  не обозначают особых свойств, но их применение позволяет легко отличать коммуникации c разным функциональным назначением, как при монтаже, так и обслуживании. Самый распространённый цвет оболочки кабелей — серый. У внешних  кабелей внешняя оболочка чёрного  цвета. Оранжевая окраска, как правило, указывает на негорючий материал оболочки.

Отдельно нужно отметить маркировку. Кроме данных о производителе  и типе кабеля, она обязательно  включает в себя метровые или футовые  метки.

Форма внешней оболочки кабеля витая пара может быть различной. Чаще других применяется круглая  форма. Для прокладки под ковровым покрытием может использоваться плоский кабель.

Кабели для наружной прокладки  обязательно имеют влагостойкую оболочку из полиэтилена, которая наносится (как правило) вторым слоем поверх обычной, поливинилхлоридной. Кроме  этого, возможно заполнение пустот в  кабеле водоотталкивающим гелем  и бронирование с помощью гофрированной  ленты или стальной проволоки.

2.3 Коннекторы

Т-конне́ктор, тройник —  один из типов разъёмов, предназначенный  для соединения трёх кабелей (или  двух кабелей с приборным разъёмом). Наибольшее распространение получили Т-коннекторы для соединения с коаксиальными  радиочастотными разъёмами (в форматах BNC, его советском варианте СР-50 и  СР-75, а также SMA, SMB и SSMB, SMC, TNC, LEMO и  т. п.). Название связано с типичной формой разъёма в виде буквы Т. Иногда используется для соединения двух кабелей (в качестве I-коннектора), при этом третий разъём коннектора остаётся свободным или к нему подключается согласующий терминатор. Выпускаются варианты Т-коннекторов  с различными комбинациями штыревых (male, «папа») и гнездовых (female, «мама») разъёмов.

В стандарте 10BASE-2 («тонкий Ethernet») T-коннектор BNC используется для соединения сетевого коаксиального кабеля с  сетевой платой компьютера.

2.4. Сетевые адаптеры

Сетевая плата, также известная  как сетевая карта, сетевой адаптер, Ethernet-адаптер, NIC (англ. network interface card) —  периферийное устройство, позволяющее  компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети. В настоящее время, особенно в персональных компьютерах, сетевые платы довольно часто интегрированы в материнские платы для удобства и удешевления всего компьютера в целом.

Параметры

При конфигурировании карты  сетевого адаптера могут быть доступны следующие параметры:

• номер линии запроса на аппаратное прерывание IRQ
• номер канала прямого доступа к памяти DMA (если поддерживается)
• базовый адрес ввода/вывода
• базовый адрес памяти ОЗУ (если используется)
• поддержка стандартов автосогласования дуплекса/полудуплекса, скорости
• поддержка тегированных пакетов VLAN (802.1q) с возможностью фильтрации пакетов заданного VLAN ID
• параметры WOL (Wake-on-LAN)
• функция Auto-MDI/MDI-X автоматический выбор режима работы по прямой либо перекрестной обжимке витой пары

В зависимости от мощности и сложности сетевой карты  она может реализовывать вычислительные функции (преимущественно подсчёт  и генерацию контрольных сумм кадров) аппаратно либо программно (драйвером сетевой карты с  использованием центрального процессора).

Серверные сетевые карты  могут поставляться с двумя (и  более) сетевыми разъёмами. Некоторые  сетевые карты (встроенные в материнскую  плату) также обеспечивают функции  межсетевого экрана (например, nforce).

Классификация сетевых  адаптеров

В качестве примера классификации  адаптеров используем подход фирмы 3Com. Фирма 3Com считает, что сетевые  адаптеры Ethernet прошли в своем развитии три поколения.

Первое поколение

Адаптеры первого поколения  были выполнены на дискретных логических микросхемах, в результате чего обладали низкой надежностью. Они имели буферную память только на один кадр, что приводило  к низкой производительности адаптера, так как все кадры передавались из компьютера в сеть или из сети в компьютер последовательно. Кроме  этого, задание конфигурации адаптера первого поколения происходило  вручную, с помощью перемычек. Для  каждого типа адаптеров использовался  свой драйвер, причем интерфейс между драйвером и сетевой операционной системой не был стандартизирован.

Второе поколение

В сетевых адаптерах второго  поколения для повышения производительности стали применять метод многокадровой  буферизации. При этом следующий  кадр загружается из памяти компьютера в буфер адаптера одновременно с  передачей предыдущего кадра  в сеть. В режиме приема, после  того как адаптер полностью принял один кадр, он может начать передавать этот кадр из буфера в память компьютера одновременно с приемом другого  кадра из сети.

В сетевых адаптерах второго  поколения широко используются микросхемы с высокой степенью интеграции, что  повышает надежность адаптеров. Кроме  того, драйверы этих адаптеров основаны на стандартных спецификациях. Адаптеры второго поколении обычно поставляются с драйверами, работающими как  в стандарте NDIS (спецификация интерфейса сетевого драйвера), разработанном  фирмами 3Com и Microsoft и одобренном IBM, так  и в стандарте ODI (интерфейс открытого  драйвера), разработанном фирмой Novell.

Третье поколение

В сетевых адаптерах третьего поколения (к ним фирма 3Com относит  свои адаптеры семейства EtherLink III) осуществляется конвейерная схема обработки  кадров. Она заключается в том, что процессы приема кадра из оперативной  памяти компьютера и передачи его  в сеть совмещаются во времени. Таким  образом, после приема нескольких первых байт кадра начинается их передача. Это существенно (на 25—55 %) повышает производительность цепочки «оперативная память — адаптер — физический канал — адаптер — оперативная  память». Такая схема очень чувствительна  к порогу начала передачи, то есть к  количеству байт кадра, которое загружается  в буфер адаптера перед началом  передачи в сеть. Сетевой адаптер  третьего поколения осуществляет самонастройку  этого параметра путем анализа  рабочей среды, а также методом  расчета, без участия администратора сети. Самонастройка обеспечивает максимально  возможную производительность для  конкретного сочетания производительности внутренней шины компьютера, его системы  прерываний и системы прямого  доступа к памяти.

Адаптеры третьего поколения  базируются на специализированных интегральных схемах (ASIC), что повышает производительность и надежность адаптера при одновременном  снижении его стоимости. Компания 3Com назвала свою технологию конвейерной  обработки кадров Parallel Tasking, другие компании также реализовали похожие  схемы в своих адаптерах. Повышение  производительности канала «адаптер-память» очень важно для повышения производительности сети в целом, так как производительность сложного маршрута обработки кадров, включающего, например, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, глобальные каналы связи и т. п., всегда определяется производительностью самого медленного элемента этого маршрута. Следовательно, если сетевой адаптер сервера или клиентского компьютера работает медленно, никакие быстрые коммутаторы не смогут повысить скорость работы сети.