Разработка локальной вычислительной сети

          Преимуществами являются низкая цена и сравнительная легкость установки. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экранированную витую пару. Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля.

           

    Коаксиальный  кабель

          Коаксиальный кабель имеет среднюю цену, хорошо помехозащищен  и применяется для связи на большие расстояния (несколько километров). Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, а в некоторых случаях  может достигать 50 Мбит/с. Коаксиальный кабель используется для основной и широкополосной передачи информации.

          Самый простой коаксиальный кабель состоит из медной жилы (core), изоляции, ее окружающей, экрана в виде металлической оплетки и внешней  оболочки. Электрические сигналы, кодирующие данные, передаются по жиле. Жила - это один провод (сплошная) или пучок проводов.

          Некоторые типы кабелей  изготавливаются с покрытием  металлической сеткой - экраном (shield). Он защищает передаваемые по кабелю данные, поглощая внешние электромагнитные сигналы, называемые  помехами.

    Широкополосный  коаксиальный кабель

          Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко наращивается, но цена его высокая. Скорость передачи информации равна 500 Мбит/с. При передаче информации в базисной полосе частот на расстояние более 1,5 км устанавливается усилитель, или так называемый повторитель (repeater). Поэтому суммарное расстояние при передаче информации увеличивается до 10 км. Для вычислительных сетей с топологией шина или иерархической топологией коаксиальный кабель должен иметь на конце согласующий резистор (terminator).

    Оптоволоконные  линии 

          Наиболее дорогими являются оптопроводники, называемые также стекловолоконным кабелем.

          Оптическое волокно - чрезвычайно тонкий стеклянный цилиндр, называемый жилой (core), покрытый слоем  стекла, называемого оболочкой, с  иным, чем у жилы, коэффициентом  преломления. Каждое стеклянное волокно  передает сигналы только в одном  направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон с отдельными коннекторами. Одно из них служит для передачи, другое - для приема.

    

          В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов. Скорость распространения информации по ним достигает нескольких гигабит в секунду, так как сигнал в них практически не затухает и не искажается. Допустимое удаление более 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 противоподслушивающими свойствами, так как техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна. Оптопроводники объединяются в ЛВС с помощью звездообразного соединения.

          Проводка и топология

          Проводка - один из наиболее важных компонентов сети. Неправильно спроектированная или плохо проложенная кабельная система может затруднить устранение неисправностей и привести к продолжительным простоям. В свою очередь, хорошая система проводки надежна, легко управляема и удобна в эксплуатации. В старых линейных кабельных системах, например в первоначальных стандартах Ethernet и Ethernet на тонком коаксиальном кабеле, необходимость диагностики и устранения возможных неисправностей не учитывалась. Современные кабельные системы топологии звезда - шина гораздо удобнее и в управлении, и в эксплуатации.

          Сравнительные данные по средам передачи данных, усредненные  по реализациям локальных сетей связи, представлены в таблице 1.

    Стандарты сети Ethernet.

    Одной  из первых среди ЛВС шинной структуры была создана сеть Ethernet, разработанная фирмой Xerox. Технология Ethernet наиболее распространена в ЛВС. На базе проекта сети Ethernet разрабатывается оборудование для ЛВС рядом фирм. В настоящее время унифицировано несколько вариантов сети Ethernet, различающихся топологией и особенностями физической среды передачи данных.

    1. Стандарт 10Base-5

    Вариант Thick Ethernet (шина "с толстым" кабелем, диаметр сечения - 12,5 мм); принятое обозначение - 10Base-5, где первый элемент "10" характеризует номинальную скорость передачи данных по линии 10 Мбит/с, последний элемент "5" - максимальную длину сегмента в сотнях метров, т.е. 500 м, Base означает, что передача данных осуществляется в базовой полосе частот.

    Кабель  используется как моноканал для  всех станций. Сегмент кабеля максимальной длины 500 м должен иметь на концах согласующие терминаторы, поглощающие распространяющиеся по кабелю сигналы и препятствующие возникновению отраженных сигналов. Станция должна подключаться к кабелю при помощи приемопередатчика – трансивера. Трансивер устанавливается непосредственно на кабеле и питается от сетевого адаптера компьютера. Трансивер соединяется с сетевым адаптером интерфейсным кабелем длиной до 50 м. Допускается подключение к одному сегменту не более 100 трансиверов, причем расстояние между подключаемыми трансиверами не должно быть меньше 2,5 м.

    Трансивер – это часть сетевого адаптера, которая выполняет следующие  функции:

• прием и передача данных с кабеля на кабель;
• определение коллизий на кабеле;
• электрическая развязка между кабелем и остальной частью адаптера;
• защита кабеля от некорректной работы адаптера (контроль «болтливости»). При возникновении неисправностей в адаптере может возникнуть ситуация, когда на кабель будет непрерывно выдаваться последовательность случайных сигналов. Так как кабель – это общая среда передачи данных, то работа сети будет заблокирована этим неисправным адаптером.

    Достоинства стандарта 10Base-5:

• хорошая защищенность кабеля от внешних воздействий;
• сравнительно большое расстояние между узлами;
• возможность свободного перемещения рабочей станции в пределах длины интерфейсного кабеля.

    Недостатки  стандарта 10Base-5:

• высокая стоимость кабеля;
• сложность прокладки кабеля из большой жесткости, наличие необходимых инструментов для прокладки;
• отсутствие оперативной информации о состоянии канала;
• останов работы всей сети при повреждении кабеля или при плохом соединении;
• необходимость заранее предусмотреть подводку кабеля ко всем возможным местам установки компьютеров.

    2. Стандарт 10Base-2.

    Этот  стандарт использует в качестве передающей среды тонкий коаксиальный кабель. Он дешевле толстого, но обладает худшими  характеристиками помехозащищенности, механической прочности и более узкой полосой пропускания. Станции подключаются к кабелю при помощи Т-коннектора. Минимальное расстояние между станциями – 1 м.

    Достоинства стандарта 10Base-2: более простое решение для кабельной сети, т.к. для соединения компьютеров требуются только сетевые адаптеры, Т-коннекторы и терминаторы.

    Недостатки  стандарта 10Base-2:

• худшие характеристики прочности и помехозащищенности;
• жесткое присоединение станций к кабелю;
• отсутствие оперативной информации о состоянии канала.

    3. Стандарт 10Base-T.

    Этот  стандарт использует в качестве передающей среды две неэкранированные витые  пары. Конечные узлы соединяются с  помощью двух витых пар по топологии  «точка – точка» с многопортовым  повторителем, называемым концентратором. Одна витая пара требуется для  передачи данных от станции-источника  к концентратору, а другая – для  передачи данных от концентратора к  станции-приемнику. Концентраторы могут  быть активными (AH) и пассивными (PH), различие между ними заключается в наличии или отсутствии усиления сигналов и в количестве портов.

    Физическая  организация линий связи в 10Base-T мало напоминает шину, хотя логическая топология соответствует шине, поскольку в сети происходит широковещательная передача.

    Общее количество станций в сети 10Base-T не превышает 1024. Для достижения этого предела достаточно создать двухуровневую иерархию концентраторов с общим количеством портов 1024.

    Преимущества  стандарта 10 Base-T:

    

• Разделение  общего физического кабеля на отдельные контролируемые кабельные отрезки (хотя логически эти отрезки по-прежнему образуют общую разделяемую среду);
• Более легкая эксплуатация сети, связанная с простотой локализации отказов.

    4. Оптоволоконная сеть Ethernet.

    В качестве среды передачи данных 10-мегабитная сеть Ethernet использует оптическое волокно – либо более дешевое многомодовое оптическое волокно, обладающие полосой пропускания 500-800 МГц при длине кабеля 1000 м, либо более дорогое одномодовое волокно с полосой пропуская в несколько гигагерц, но при условии использования специального трансивера. Функционально сеть на оптическом кабеле состоит из тех же компонентов, что и сеть на витой паре.  
 

    

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1.4 Серверы 

          Сетевые адаптеры + концентраторы + кабельная система – это тот  необходимый минимум оборудования, с помощью которого можно создать локальную сеть с разделяемой средой. Этот минимум позволяет строить небольшие базовые фрагменты, которые затем объединяются друг с другом с помощью мостов, коммутаторов и маршрутизаторов. 

          Для подключения  компьютеров к сети требуется  устройство сопряжения, которое называют сетевым адаптером или сетевым интерфейсом, платой, картой. Оно вставляется в свободное гнездо материнской платы. Соответствующий кабель соединяет друг с другом платы адаптеров вычислительных систем, например, тонкий коаксиальный кабель через стандартный разъем (BNC-connector) типа CP-50. 

          Сетевой адаптер  вместе со своим драйвером реализует  канальный уровень модели OSI. Точнее, пара адаптер + драйвер выполняет функции физического и MAC-подуровня, а LLC-подуровень реализуется модулем операционной системы, единым для всех драйверов и сетевых адаптеров. Сетевой адаптер вместе с драйвером выполняет две функции – прием и передачу кадра.

          Сетевые адаптеры определяют большую часть характеристик  аппаратных средств ЛВС. Сюда входят: тип кабеля, топология, система обращения  к кабелю, скорость передачи данных. В настоящее время большую  часть рынка сетевых адаптеров  занимают адаптеры Ethernet, использующие протокол IEEE 802.3.

          Плата адаптера сети имеет следующие основные характеристики, обычно используемые для оценки ее эффективности:

• скорость передачи информации;
• метод доступа;
• встроенный процессор;
• совместимость с сетевыми протоколами и ОС,
• разрядность передаваемой кодовой комбинации (8-, 16-, 32-разрядные);
• режим работы (обычно полудуплексный),
• тип поддерживаемой линии связи,
• стоимость.

          Обычно сетевые  адаптеры делятся на адаптеры для  клиентских компьютеров и адаптеры для серверов. В адаптерах для клиентских компьютеров большая часть работы по передаче и приему данных перекладывается на драйвер, из-за чего адаптер оказывается проще и дешевле. Недостаток такого подхода состоит в высокой степени загрузки центрального процессора рутинными работами по передаче и приему кадров. Адаптеры, предназначенные для серверов, снабжаются собственными процессорами, которые самостоятельно выполняют указанные рутинные операции.

          Каждый сетевой  адаптер должен быть подключен с  индивидуальным адресом, который известен файловому серверу и рабочим  станциям. Это конфигурирование происходит либо с помощью DIP-переключателя, либо с помощью программных средств.