Типы и характеристики сред передачи данных в информационных сетях. Понятие среды передачи данных Два основных типа среды передачи данных
Выбор и обоснование среды передачи данных
1. Общие характеристики среды передачи данных
Среды передачи данных разделяются на две категории. Кабельная среда передачи (носитель) - с центральным проводником, заключенным в пластиковую оболочку.
Кабели широко используются в небольших локальных сетях. Кабель обычно передает сигналы в нижней части электромагнитного спектра, что представляет собой обычный электрический ток и иногда радиоволны.
Беспроводная среда передачи данных предполагает использование более высоких частот электромагнитного спектра.
Это радиоволны, микроволны и инфракрасные лучи. Такая среда необходима для мобильных компьютеров или сетей, передающих данные на большие расстояния. Обычно она применяется в сетях предприятий и в глобальных сетях (в сотовом телефоне для передачи сигнала применяется микроволновый сигнал).
В сетях, охватывающих несколько географических пунктов, часто используется комбинация кабельной и беспроводной сред передачи данных.
При выборе оптимального типа носителя следует знать следующие характеристики среды передачи данных:
Стоимость;
Сложность установки;
Пропускную способность;
Затухание сигнала;
Подверженность электромагнитным помехам (EMI, Electro-MagneticInterference);
Возможность несанкционированного прослушивания.
Стоимость. Стоимость каждой среды передачи данных следует сравнить с ее производительностью и доступными ресурсами.
Сложность установки. Сложность установки зависит от конкретной ситуации, но можно провести некоторое обобщенное сопоставление сред передачи данных. Одни типы носителей устанавливаются с помощью простых инструментов и не требуют большой подготовки, другие нуждаются в длительном обучении сотрудников, и их установку лучше предоставить профессионалам.
Пропускная способность. Возможности среды передачи данных обычно оцениваются по полосе пропускания. В коммуникациях понятие "полоса пропускания" означает диапазон частот, пропускаемых средой передачи данных. В сетях она оценивается по числу бит, которые можно передать через данный носитель в секунду. На полосу частот кабеля влияют также методы передачи сигналов.
Число узлов. Важной характеристикой сети является число компьютеров, которые можно легко подключить к сетевым кабелям. Каждая сетевая кабельная система имеет естественное для нее число узлов, превышение которого требует применения специальных устройств: мостов, маршрутизаторов, повторителей и концентраторов, позволяющих расширить сеть.
Затухание сигналов. При передаче электромагнитные сигналы слабеют. Это явление называется затуханием.
Электромагнитные помехи. Электромагнитные помехи (EMI) влияют на передаваемый сигнал. Они вызываются внешними электромагнитными волнами, искажающими полезный сигнал, что затрудняет его декодирование принимающим компьютером. Некоторые среды передачи данных более подвержены электромагнитным помехам, чем другие. Помехи называют также шумами.
В качестве среды передачи данных в электронной связи можно использовать:
· коаксиальный кабель;
· витую пару проводов (twistedpair);
· волоконно оптический кабель;
· инфракрасное излучение;
· микроволновый диапазон радиоэфира;
· радиодиапазон эфира.
На сегодняшний день подавляющая часть компьютерных сетей в большинстве случаев для соединения использует провода или кабели.
Так, фирма Belden, ведущий производитель кабелей, публикует каталог, где предлагает более 2200 их типов. К счастью, в большинстве сетей применяются только три основные группы кабелей:
1. коаксиальный кабель (coaxialcable);
2. витая пара (twistedpair):
Неэкранированная (Unshielded Twisted Pair, UTP);
Экранированная (Shielded Twisted Pair, STP);
3. оптоволоконныйкабель (fiber optic).
2. Кабели на основе витых пар
Витые пары проводов используются в самых дешевых и на сегодняшний день, пожалуй, самых популярных кабелях.
Кабель на основе витых пар представляет собой несколько пар скрученных изолированных медных проводов в единой диэлектрической (пластиковой) оболочке. Он довольно гибкий и удобный для прокладки.
Обычно в кабель входят две или четыре витые пары. Неэкранированные витые пары характеризуются слабой защищенностью от внешних электромагнитных помех, а также слабой защищенностью от подслушивания с целью, например, промышленного шпионажа.
Перехват передаваемой информации возможен как с помощью контактного метода (посредством двух иголочек, воткнутых в кабель), так и с помощью бесконтактного метода, сводящегося к радиоперехвату излучаемых кабелем электромагнитных полей. Для устранения этих недостатков применяется экранирование.
В случае экранированной витой пары STPкаждая из витых пар помещается в металлическую оплетку-экран для уменьшения излучений кабеля, защиты от внешних электромагнитных помех и снижения взаимного влияния пар проводов друг на друга (crosstalk - перекрестные наводки). Естественно, экранированная витая пара гораздо дороже, чем неэкранированная, а при ее использовании необходимо применять и специальные экранированные разъемы, поэтому встречается она значительно реже, чем неэкранированная витая пара.
Основные достоинства неэкранированных витых пар - простота монтажа разъемов на концах кабеля, а также простота ремонта любых повреждений по сравнению с другими типами кабеля. Все остальные характеристики у них хуже, чем у других кабелей.
Согласно стандарту EIA/TIA568 существуют пять категорий кабелей на основе неэкранированной витой пары (UTP).
3. Коаксиальные кабели
Коаксиальный кабель представляет собой электрический кабель, состоящий из центрального провода и металлической оплетки, разделенных между собой слоем диэлектрика (внутренней изоляции) и помещенных в общую внешнюю оболочку.
Коаксиальный кабель до недавнего времени был распространен наиболее широко, что связано с его высокой помехозащищенностью (благодаря металлической оплетке), а также более высокими, чем в случае витой пары, допустимыми скоростями передачи данных (до 500 Мбит/с) и большими допустимыми расстояниями передачи (до 1 км и выше).
К нему труднее механически подключиться для несанкционированного прослушивания сети, он также дает заметно меньше электромагнитных излучений вовне.
Однако монтаж и ремонт коаксиального кабеля существенно сложнее, чем витой пары, а стоимость его выше (он дороже примерно в 1,5-3 раза по сравнению с кабелем на основе витых пар). Сложнее и установка разъемов на концах кабеля. Поэтому его сейчас применяют реже, чем витую пару.
Основное применение коаксиальный кабель находит в сетях с топологией типа "шина".
При заземлении оплетки в двух или более точках из строя может выйти не только сетевое оборудование, но и компьютеры, подключенные к сети. Терминаторы должны быть обязательно согласованы с кабелем, то есть их сопротивление должно быть равно волновому сопротивлению кабеля.
Например, если используется 50-омный кабель, для него подходят только 50-омные терминаторы.
Существует два основных типа коаксиального кабеля:
1)тонкий (thin) кабель, имеющий диаметр около 0,5 см, более гибкий;
2)толстый (thick) кабель, имеющий диаметр около 1 см, значительно более жесткий. Он представляет собой классический вариант коаксиального кабеля, который уже почти полностью вытеснен более современным тонким кабелем.
Тонкий кабель используется для передачи на меньшие расстояния, чем толстый, так как в нем сигнал затухает сильнее. Зато с тонким кабелем гораздо удобнее работать: его можно оперативно проложить к каждому компьютеру, а толстый требует жесткой фиксации на стене помещения.
Подключение к тонкому кабелю (с помощью разъемов BNCбайонетного типа) проще и не требует дополнительного оборудования, а для подключения к толстому кабелю надо использовать специальные довольно дорогие устройства, прокалывающие его оболочки и устанавливающие контакт - как с центральной жилой, так и с экраном.
Толстый кабель примерно вдвое дороже, чем тонкий. Поэтому тонкий кабель применяется гораздо чаще.
Стоимость в расчете на место. Тонкий коаксиальный кабель имеет более низкую цену в расчете на рабочую станцию - около $ 25. Можно приобрести эти кабели с уже подключенными разъемами.
Проложить такие кабели сможет любой - они просто соединяются цепочкой от компьютера к компьютеру.
Прокладка толстого коаксиального кабеля обычно стоит порядка $ 50 на станцию. Кроме того, для каждой станции потребуются трансиверы (около $ 100).
Ограничения по расстоянию. Общая длина шины на тонком коаксиальном кабеле ограничена 185 м. Толстый коаксиальный кабель имеет общее ограничение в 500 м (в структурах без повторителей).
4. Оптоволоконные кабели
Оптоволоконный (он же - волоконно-оптический) кабель - это принципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными двумя типами электрического или медного кабеля.
Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент - это прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением.
Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на структуру коаксиального электрического кабеля, только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром порядка 1-10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции - стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна.
Оптоволоконный кабель обладает исключительными характеристиками по помехозащищенности и секретности передаваемой информации.
Никакие внешние электромагнитные помехи в принципе не способны исказить световой сигнал, а сам этот сигнал принципиально не порождает внешних электромагнитных излучений.
Подключиться к этому типу кабеля для несанкционированного прослушивания сети практически невозможно, так как это требует нарушения целостности кабеля.
Средой передачи информации называются те линии связи (или каналы связи), по которым производится обмен информацией между компьютерами. В подавляющем большинстве компьютерных сетей (особенно локальных) используются проводные или кабельные каналы связи, хотя существуют и беспроводные сети, которые сейчас находят все более широкое применение, особенно в портативных компьютерах.
Существует 4 вида сред передачи данных:
· Кабели на основе витых пар
· Коаксиальные кабели
· Оптоволоконные кабели
· Бескабельные каналы связи
Витые пары проводов используются в дешевых и сегодня, пожалуй, самых популярных кабелях. Кабель на основе витых пар представляет собой несколько пар скрученных попарно изолированных медных проводов в единой диэлектрической (пластиковой) оболочке. Он довольно гибкий и удобный для прокладки. Скручивание проводов позволяет свести к минимуму индуктивные наводки кабелей друг на друга и снизить влияние переходных процессов.
Обычно в кабель входит две (рис. 4,1) или четыре витые пары.
Рис. 4,1.
Неэкранированные витые пары характеризуются слабой защищенностью от внешних электромагнитных помех, а также от подслушивания, которое может осуществляться с целью, например, промышленного шпионажа. Причем перехват передаваемой по сети информации возможен как с помощью контактного метода (например, посредством двух иголок, воткнутых в кабель), так и с помощью бесконтактного метода, сводящегося к радиоперехвату излучаемых кабелем электромагнитных полей. Причем действие помех и величина излучения во вне увеличивается с ростом длины кабеля. Для устранения этих недостатков применяется экранирование кабелей.
В случае экранированной витой пары STP каждая из витых пар помещается в металлическую оплетку-экран для уменьшения излучений кабеля, защиты от внешних электромагнитных помех и снижения взаимного влияния пар проводов друг на друга (crosstalk - перекрестные наводки). Для того чтобы экран защищал от помех, он должен быть обязательно заземлен. Естественно, экранированная витая пара заметно дороже, чем неэкранированная. Ее использование требует специальных экранированных разъемов. Поэтому встречается она значительно реже, чем неэкранированная витая пара.
Основные достоинства неэкранированных витых пар - простота монтажа разъемов на концах кабеля, а также ремонта любых повреждений по сравнению с другими типами кабеля. Все остальные характеристики у них хуже, чем у других кабелей. Например, при заданной скорости передачи затухание сигнала (уменьшение его уровня по мере прохождения по кабелю) у них больше, чем у коаксиальных кабелей. Если учесть еще низкую помехозащищенность, то понятно, почему линии связи на основе витых пар, как правило, довольно короткие (обычно в пределах 100 метров). В настоящее время витая пара используется для передачи информации на скоростях до 1000 Мбит/с, хотя технические проблемы, возникающие при таких скоростях, крайне сложны.
Коаксиальный кабель представляет собой электрический кабель, состоящий из центрального медного провода и металлической оплетки (экрана), разделенных между собой слоем диэлектрика (внутренней изоляции) и помещенных в общую внешнюю оболочку (рис. 4,2).
Рисунок 4,2
Коаксиальный кабель до недавнего времени был очень популярен, что связано с его высокой помехозащищенностью (благодаря металлической оплетке), более широкими, чем в случае витой пары, полосами пропускания (свыше 1ГГц), а также большими допустимыми расстояниями передачи (до километра). К нему труднее механически подключиться для несанкционированного прослушивания сети, он дает также заметно меньше электромагнитных излучений вовне. Однако монтаж и ремонт коаксиального кабеля существенно сложнее, чем витой пары, а стоимость его выше (он дороже примерно в 1,5 - 3 раза). Сложнее и установка разъемов на концах кабеля. Сейчас его применяют реже, чем витую пару. Стандарт EIA/TIA-568 включает в себя только один тип коаксиального кабеля, применяемый в сети Ethernet.
Основное применение коаксиальный кабель находит в сетях с топологией типа шина. При этом на концах кабеля обязательно должны устанавливаться терминаторы для предотвращения внутренних отражений сигнала, причем один (и только один!) из терминаторов должен быть заземлен. Без заземления металлическая оплетка не защищает сеть от внешних электромагнитных помех и не снижает излучение передаваемой по сети информации во внешнюю среду. Но при заземлении оплетки в двух или более точках из строя может выйти не только сетевое оборудование, но и компьютеры, подключенные к сети. Терминаторы должны быть обязательно согласованы с кабелем, необходимо, чтобы их сопротивление равнялось волновому сопротивлению кабеля. Например, если используется 50-омный кабель, для него подходят только 50-омные терминаторы.
Реже коаксиальные кабели применяются в сетях с топологией звезда (например, пассивная звезда в сети Arcnet). В этом случае проблема согласования существенно упрощается, так как внешних терминаторов на свободных концах не требуется.
Существует два основных типа коаксиального кабеля:
· тонкий (thin) кабель, имеющий диаметр около 0,5 см, более гибкий;
· толстый (thick) кабель, диаметром около 1 см, значительно более жесткий. Он представляет собой классический вариант коаксиального кабеля, который уже почти полностью вытеснен современным тонким кабелем.
Тонкий кабель используется для передачи на меньшие расстояния, чем толстый, поскольку сигнал в нем затухает сильнее. Зато с тонким кабелем гораздо удобнее работать: его можно оперативно проложить к каждому компьютеру, а толстый требует жесткой фиксации на стене помещения. Подключение к тонкому кабелю (с помощью разъемов BNC байонетного типа) проще и не требует дополнительного оборудования. А для подключения к толстому кабелю надо использовать специальные довольно дорогие устройства, прокалывающие его оболочки и устанавливающие контакт как с центральной жилой, так и с экраном. Толстый кабель примерно вдвое дороже, чем тонкий, поэтому тонкий кабель применяется гораздо чаще.
Как и в случае витых пар, важным параметром коаксиального кабеля является тип его внешней оболочки. Точно так же в данном случае применяются как non-plenum (PVC), так и plenum кабели. Естественно, тефлоновый кабель дороже поливинилхлоридного. Обычно тип оболочки можно отличить по окраске (например, для PVC кабеля фирма Belden использует желтый цвет, а для тефлонового - оранжевый).
Типичные величины задержки распространения сигнала в коаксиальном кабеле составляют для тонкого кабеля около 5 нс/м, а для толстого - около 4,5 нс/м.
Существуют варианты коаксиального кабеля с двойным экраном (один экран расположен внутри другого и отделен от него дополнительным слоем изоляции). Такие кабели имеют лучшую помехозащищенность и защиту от прослушивания, но они немного дороже обычных.
В настоящее время считается, что коаксиальный кабель устарел, в большинстве случаев его вполне может заменить витая пара или оптоволоконный кабель. И новые стандарты на кабельные системы уже не включают его в перечень типов кабелей.
Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель - это принципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными двумя типами электрического или медного кабеля. Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент - это прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением.
Рисунок. 4,3.
Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на структуру коаксиального электрического кабеля (рис 4,3). Только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром около 1 - 10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции - стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна. В данном случае речь идет о режиме так называемого полного внутреннего отражения света от границы двух веществ с разными коэффициентами преломления (у стеклянной оболочки коэффициент преломления значительно ниже, чем у центрального волокна). Металлическая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование от внешних электромагнитных помех здесь не требуется. Однако иногда ее все-таки применяют для механической защиты от окружающей среды (такой кабель иногда называют броневым, он может объединять под одной оболочкой несколько оптоволоконных кабелей).
Оптоволоконный кабель обладает исключительными характеристиками по помехозащищенности и секретности передаваемой информации. Никакие внешние электромагнитные помехи в принципе не способны исказить световой сигнал, а сам сигнал не порождает внешних электромагнитных излучений. Подключиться к этому типу кабеля для несанкционированного прослушивания сети практически невозможно, так как при этом нарушается целостность кабеля. Теоретически возможная полоса пропускания такого кабеля достигает величины 1012 Гц, то есть 1000 ГГц, что несравнимо выше, чем у электрических кабелей. Стоимость оптоволоконного кабеля постоянно снижается и сейчас примерно равна стоимости тонкого коаксиального кабеля.
Однако оптоволоконный кабель имеет и некоторые недостатки.
Самый главный из них - высокая сложность монтажа (при установке разъемов необходима микронная точность, от точности скола стекловолокна и степени его полировки сильно зависит затухание в разъеме). Для установки разъемов применяют сварку или склеивание с помощью специального геля, имеющего такой же коэффициент преломления света, что и стекловолокно. В любом случае для этого нужна высокая квалификация персонала и специальные инструменты. Поэтому чаще всего оптоволоконный кабель продается в виде заранее нарезанных кусков разной длины, на обоих концах которых уже установлены разъемы нужного типа. Следует помнить, что некачественная установка разъема резко снижает допустимую длину кабеля, определяемую затуханием.
Также надо помнить, что использование оптоволоконного кабеля требует специальных оптических приемников и передатчиков, преобразующих световые сигналы в электрические и обратно, что порой существенно увеличивает стоимость сети в целом.
Оптоволоконные кабели допускают разветвление сигналов (для этого производятся специальные пассивныеразветвители (couplers) на 2--8 каналов), но, как правило, их используют для передачи данных только в одном направлении между одним передатчиком и одним приемником. Ведь любое разветвление неизбежно сильно ослабляет световой сигнал, и если разветвлений будет много, то свет может просто не дойти до конца сети. Кроме того, в разветвителе есть и внутренние потери, так что суммарная мощность сигнала на выходе меньше входной мощности.
Оптоволоконный кабель менее прочен и гибок, чем электрический. Типичная величина допустимого радиуса изгиба составляет около 10 - 20 см, при меньших радиусах изгиба центральное волокно может сломаться. Плохо переносит кабель и механическое растяжение, а также раздавливающие воздействия.
Чувствителен оптоволоконный кабель и к ионизирующим излучениям, из-за которых снижается прозрачность стекловолокна, то есть увеличивается затухание сигнала. Резкие перепады температуры также негативно сказываются на нем, стекловолокно может треснуть.
Применяют оптоволоконный кабель только в сетях с топологией звезда и кольцо. Никаких проблем согласования и заземления в данном случае не существует. Кабель обеспечивает идеальную гальваническую развязку компьютеров сети. В будущем этот тип кабеля, вероятно, вытеснит электрические кабели или, во всяком случае, сильно потеснит их. Запасы меди на планете истощаются, а сырья для производства стекла более чем достаточно.
Кроме кабельных каналов в компьютерных сетях иногда используются также бескабельные каналы. Их главное преимущество состоит в том, что не требуется никакой прокладки проводов (не надо делать отверстий в стенах, закреплять кабель в трубах и желобах, прокладывать его под фальшполами, над подвесными потолками или в вентиляционных шахтах, искать и устранять повреждения). К тому же компьютеры сети можно легко перемещать в пределах комнаты или здания, так как они ни к чему не привязаны.
Радиоканал использует передачу информации по радиоволнам, поэтому теоретически он может обеспечить связь на многие десятки, сотни и даже тысячи километров. Скорость передачи достигает десятков мегабит в секунду (здесь многое зависит от выбранной длины волны и способа кодирования).
Особенность радиоканала состоит в том, что сигнал свободно излучается в эфир, он не замкнут в кабель, поэтому возникают проблемы совместимости с другими источниками радиоволн (радио- и телевещательными станциями, радарами, радиолюбительскими и профессиональными передатчиками и т.д.). В радиоканале используется передача в узком диапазоне частот и модуляция информационным сигналом сигнала несущей частоты.
Главным недостатком радиоканала является его плохая защита от прослушивания, так как радиоволны распространяются неконтролируемо. Другой большой недостаток радиоканала - слабая помехозащищенность.
Для локальных беспроводных сетей (WLAN - Wireless LAN) в настоящее время применяются подключения порадиоканалу на небольших расстояниях (обычно до 100 метров) и в пределах прямой видимости. Чаще всего используются два частотных диапазона - 2,4 ГГц и 5 ГГц. Скорость передачи - до 54 Мбит/с. Распространен вариант со скоростью 11 Мбит/с.
Сети WLAN позволяют устанавливать беспроводные сетевые соединения на ограниченной территории (обычно внутри офисного или университетского здания или в таких общественных местах, как аэропорты). Они могут использоваться во временных офисах или в других местах, где прокладка кабелей неосуществима, а также в качестве дополнения к имеющейся проводной локальной сети, призванного обеспечить пользователям возможность работать перемещаясь по зданию.
Популярная технология Wi-Fi (Wireless Fidelity) позволяет организовать связь между компьютерами числом от 2 до 15 с помощью концентратора (называемого точкой доступа, Access Point, AP), или нескольких концентраторов, если компьютеров от 10 до 50. Кроме того, эта технология дает возможность связать две локальные сети на расстоянии до 25 километров с помощью мощных беспроводных мостов. Для примера на рис. 4,4 показано объединение компьютеров с помощью одной точки доступа. Важно, что многие мобильные компьютеры (ноутбуки) уже имеют встроенный контроллер Wi-Fi, что существенно упрощает их подключение к беспроводной сети.
Рисунок 4,4
Радиоканал широко применяется в глобальных сетях как для наземной, так и для спутниковой связи. В этом применении у радиоканала нет конкурентов, так как радиоволны могут дойти до любой точки земного шара.
Если говорить о возможных топологиях, то наиболее естественно все беспроводные каналы связи подходят для топологии типа шина, в которой информация передается одновременно всем абонентам. Но при использовании узконаправленной передачи и/или частотного разделения по каналам можно реализовать любые топологии (кольцо, звезда, комбинированные топологии) как на радиоканале, так и на инфракрасном канале.
Линия связи состоит в общем случае из физической среды, по которой передаются электрические информационные сигналы, аппаратуры передачи данных и промежуточной аппаратуры. Синонимом термина линия связи (line) является термин канал связи(channel) .
Физическая среда передачи данных (medium) может представлять собой кабель, то есть набор проводов, изоляционных и защитных оболочек и соединительных разъемов, а также земную атмосферу или космическое пространство, через которые распространяются электромагнитные волны.
В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на следующие:
проводные (воздушные);
кабельные (медные и волоконно-оптические);
радиоканалы наземной и спутниковой связи.
Проводные (воздушные) линии связи представляют собой провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. По таким линиям связи традиционно передаются телефонные или телеграфные сигналы, но при отсутствии других возможностей эти линии используются и для передачи компьютерных данных. Скоростные качества и помехозащищенность этих линий оставляют желать много лучшего. Сегодня проводные линии связи быстро вытесняются кабельными.
Кабельные линии представляют собой достаточно сложную конструкцию. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции: электрической, электромагнитной, механической, а также, возможно, климатической. Кроме того, кабель может быть оснащен разъемами, позволяющими быстро выполнять присоединение к нему различного оборудования. В компьютерных сетях применяются три основных типа кабеля: кабели на основе скрученных пар медных проводов, коаксиальные кабели с медной жилой, а также волоконно-оптические кабели.
Скрученная пара проводов называется витой парой (twisted pair) . Витая пара существует в экранированном варианте (Shielded Twistedpair, STP), когда пара медных проводов обертывается в изоляционный экран, и неэкранированном (Unshielded Twistedpair, UTP) , когда изоляционная обертка отсутствует. Скручивание проводов снижает влияние внешних помех на полезные сигналы, передаваемые по кабелю. Коаксиальный кабель (coaxial) имеет несимметричную конструкцию и состоит из внутренней медной жилы и оплетки, отделенной от жилы слоем изоляции. Существует несколько типов коаксиального кабеля, отличающихся характеристиками и областями применения - для локальных сетей, для глобальных сетей, для кабельного телевидения и т. п. Волоконно-оптический кабель (optical fiber) состоит из тонких (5-60 микрон) волокон, по которым распространяются световые сигналы. Это наиболее качественный тип кабеля - он обеспечивает передачу данных с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/с и выше) и к тому же лучше других типов передающей среды обеспечивает защиту данных от внешних помех.
Радиоканалы наземной и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн. Существует большое количество различных типов радиоканалов, отличающихся как используемым частотным диапазоном, так и дальностью канала. Диапазоны коротких, средних и длинных волн (KB, СВ и ДВ), называемые также диапазонами амплитудной модуляции (Amplitude Modulation, AM) по типу используемого в них метода модуляции сигнала, обеспечивают дальнюю связь, но при невысокой скорости передачи данных. Более скоростными являются каналы, работающие на диапазонах ультракоротких волн (УКВ), для которых характерна частотная модуляция (Frequency Modulation, FM), а также диапазонах сверхвысоких частот (СВЧ или microwaves). В диапазоне СВЧ (свыше 4 ГГц) сигналы уже не отражаются ионосферой Земли и для устойчивой связи требуется наличие прямой видимости между передатчиком и приемником. Поэтому такие частоты используют либо спутниковые каналы, либо радиорелейные каналы, где это условие выполняется.
В компьютерных сетях сегодня применяются практически все описанные типы физических сред передачи данных, но наиболее перспективными являются волоконно-оптические. На них сегодня строятся как магистрали крупных территориальных сетей, так и высокоскоростные линии связи локальных сетей. Популярной средой является также витая пара, которая характеризуется отличным соотношением качества к стоимости, а также простотой монтажа. С помощью витой пары обычно подключают конечных абонентов сетей на расстояниях до 100 метров от концентратора. Спутниковые каналы и радиосвязь используются чаще всего в тех случаях, когда кабельные связи применить нельзя - например, при прохождении канала через малонаселенную местность или же для связи с мобильным пользователем сети, таким как шофер грузовика, врач, совершающий обход, и т. п.
Классификация сетей по типу среды для передачи данных
По типу среды для передачи данных сети делятся на проводные (медный коаксиальный кабель, витая пара, оптическое волокно и т.д.) и беспроводные (радиоканалы, передача данных в инфракрасном диапазоне и т.д.).
Классификация сетей по скорости передачи информации
По скорости передачи информации сети можно разделить на низко- (до 10 Мбит/с), средне- (до 100 Мбит/с) и высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с).
Классификация сетей по способу передачи
По способу передачи данных можно выделить:
сети коммутации каналов;
сети коммутации пакетов.
В сетях коммутации каналов предполагается, что между источником и приемником существует выделенный маршрут, типичным примером является телефонная сеть. Является неэффективной, так как канал резервируется на все время соединения, достоинством этой технологии служит ее прозрачность, так как канал устанавливается на все время соединения.
В сетях коммутации пакетов длинные сообщения разбиваются на короткие пакеты. Каждый пакет перемещается от отправителя к получателю через промежуточные узлы сети. Основным преимуществом является гибкость, совместное использование одних каналов связи, возможность менять приоритет передаваемой информации, недостатком - невозможность гарантировать своевременную доставку пакетов.
Классификация сетей по роли компьютеров в них
По роли компьютеров в сетях можно выделить следующие типы сетей:
peer-to-peer network (p2p) - одноранговая сеть;
client\server network (server-based network) - сеть с выделенным сервером;
смешанные сети.
Сервер - специально выделенный высокопроизводительный компьютер, управляющий работой сети и/или предоставляющий другим компьютерам сети свои ресурсы (программное обеспечение, сервисы, файлы, устройства), отвечающий на запросы клиентов.
Клиентский компьютер (клиент, рабочая станция) - компьютер рядового пользователя сети, получающий доступ к ресурсам сервера (серверов).
Администратор сети - человек, обладающий полномочиями для управления компьютерами, пользователями и ресурсами в сети.
Администрирование сети - управление сетью: настройка сетевого оборудования, обеспечение доступа к данным, безопасность, работа с пользователями.
Одноранговые сети
В одноранговой сети все компьютеры равноправны. Каждый из них может выступать как в роли сервера, так и клиента, каждый пользователь является администратором своего компьютера, как следствие в таких сетях хаос часто становится нормой.
Преимущества:
легкость в установке и настройке;
независимость отдельных компьютеров и их ресурсов друг от друга;
недороги при развертывании и поддержке;
не нужен администратор.
Недостатки:
пользователи должны помнить столько паролей, сколько сетевых ресурсов;
резервное копирование для каждого компьютера;
затруднен поиск информации;
низкая защищенность.
Число компьютеров в одноранговых сетях обычно не превышает 10. Примерами могут служить домашние сети и сети небольших офисов.
Сеть с выделенным сервером
Сети с выделенным сервером, как правило, создаются в крупных организациях.
Преимущества:
централизованное управление учетными записями пользователей, безопасностью и доступом;
пользователю нужен лишь один пароль.
Недостатки:
неисправность сервера может сделать всю сеть неработоспособной;
наличие квалифицированного персонала для обслуживания сети;
высокая стоимость.
Физическое устройство сетей
Физическое устройство сети определяется в первую очередь средой, которая будет использована для передачи данных. От среды зависит, какое сетевое оборудование будет выбрано для ее создания, и то какую топологию будет иметь полученная сеть.
27. Сетевое оборудование.
Оборудование (оконечное оборудование)
Для создания сетевой среды с использованием кабелей, обычно требуются специальные коннекторы , закрепляемые на их концах. Затем кабель одним концом вставляется в сетевой адаптер (сетевую плату), устанавливаемую в компьютер и позволяющую подключить его к сети, а другим - в какое-либо устройство связи (концентратор, мост, коммутатор, маршрутизатор, шлюз и т.д.) Если же используется беспроводной сетевой адаптер, то взаимодействие с сетью происходит за счет передачи сигнала между адаптером и точкой доступа , соединенной с локальной сетью.
Сетевые адаптеры (сетевые карты) требуются для подключения к сетевой среде. Современные компьютеры обычно оснащены адаптерами Ethernet и Wi-Fi. Сетевой адаптер должен иметь нужный разъем для подключения коннектора и уникальный физический адрес (MAC-адрес), используемый для однозначной идентификации компьютера в данном сегменте сети. Для определения MAC-адреса можно использовать, например, команду:
Найти информацию о «Физическом адресе» можно и в свойствах сетевого адаптера.
Повторители и усилители (на физическом уровне) выполняют усиление передаваемого сигнала.
Концентраторы (hub) организуют рабочую группу, представляет собой активный центральный элемент звезды. Работают на физическом уровне. Их основная задача - принять, усилить и ретранслировать сигнал, полученный от одного компьютера, во все остальные активные порты. Обработка сигнала не производится.
Мосты и коммутаторы (bridge и switch) соединяют два или несколько сегментов сети, разделяя трафик в них, служат для соединения однотипных сетей (использующие одинаковые протоколы). Помогают снизить количество коллизий в сети, так как поддерживают таблицу соответствия своих портов и MAC-адресов компьютеров. Эти устройства работают не только на физическом, но и сетевом уровне модели OSI. Различие между мостами и коммутаторами заключается в том, что мост в каждый момент времени может передавать только один кадр, а коммутатор работает сразу с несколькими портами параллельно. Большинство современных сетей строится на коммутаторах.
Маршрутизаторы (router) работают на сетевом уровне. Применяется в сетях со сложной конфигурацией, использующие разные способы передачи данных, для эффективной работы с трафиком. В их задачу входит анализ адресов, определение наилучшего маршрута доставки пакета данных. Конечно, маршрутизаторы работают и на более низких уровнях модели OSI - восстанавливают уровень и форму передаваемого сигнала, как мосты и коммутаторы - позволяют избежать столкновений. При этом маршрутизаторы изменяют передаваемые кадры, фильтруют сетевой трафик, ведут статистику о передаваемых данных, проводят авторизацию пользователя, позволяют строить виртуальные локальные сети и т.д. Шлюзы - устройства, позволяющие объединять разнородные системы, использующие разные сетевые архитектуры, работающие с разными протоколами.
Модемы (модулятор-демодулятор) осуществляют соединение передающего устройства с каналами связи, работает на канальном уровне, например, позволяет осуществлять передачу данных компьютерами по телефонным проводам.
28. Доступ к среде передачи.
С сетевой топологией тесно связано понятие способа доступа к среде передачи , определяющего как компьютеры должны отправлять и принимать данные по сети. Примером могут служить:
множественный доступ с контролем несущей и обнаружением столкновений; Если кабель свободен, любой компьютер может начать передачу данных, остальные ждут окончания передачи. При возникновении коллизии передача приостанавливается на случайное время, после чего проводится еще одна попытка передачи данных. Этот метод используется в сетях Ethernet.
множественный доступ с контролем несущей и предотвращением столкновений ; Этот метод отличается от предыдущего тем, что перед передачей данных компьютер посылает в сеть специальный пакет, сообщая остальным компьютерам о своем намерении начать трансляцию. Пропускная способность снижается. Используется в беспроводных сетях.
передача маркера . От одного компьютера к другому курсирует блок данных, называемый маркером .
Передачу данных осуществляет компьютер, который «захватил» маркер. Коллизии отсутствуют.
Обычно топология сети и доступ к среде передачи определяются сетевым оборудованием, на основе которого строится сеть.
29. Топология.
В контексте компьютерной сети понятие топология означает способ соединения друг с другом сетевых устройств (оконечных систем, станций, хостов) и кабельной инфраструктуры. Распространенными сетевыми топологиями являются общая шина, кольцо и звезда.
Общая шина - топология сети, при которой станции присоединяются к общей среде передачи, которая представляет собой линейный кабель. Передаваемый сигнал распространяется по всей длине кабеля и принимается всеми станциями, но обрабатывает их только тот компьютер, аппаратный MAC-адрес сетевого адаптера которого записан в кадре как адрес получателя.
Эта топология проста в реализации и дешева. К недостаткам можно отнести:
трудность масштабирования , сложно увеличить количество компьютеров в сегменте такой сети;
в каждый момент времени передачу может вести только один из компьютеров. Если передачу одновременно начинают два или больше компьютеров, то возникают коллизии , ведущие к тому, что данные приходится передавать вновь. Производительность такой сети при большом объеме передаваемой информации и числе компьютеров снижается;
при повреждении шины вся сеть перестает работать.
В настоящее время эта топология используется редко.
Кольцо (Ring)
Кольцо - топология сети, при которой станции соединены с повторителями, образующими замкнутый контур. Передаваемые сигналы распространяются по кольцу в одном направлении и могут приниматься всеми станциями.
На основе этой топологии можно строить сети большой протяженности, так как каждый компьютер выступает в роли повторителя. Из-за отсутствия коллизий сети обладает устойчивостью к перегрузкам. К недостаткам можно отнести:
увеличивается время передачи информации, так как она передается по кольцу;
добавление новых компьютеров требует остановки работы всей сети;
выход из строя хоты бы одного компьютера или сегмента кабеля нарушает работу всей сети;
поэтому прокладывают обычно два кольца, что удорожает сеть.
Звезда (Star)
Звезда - топология локальной сети, при которой все станции соединены с центральным коммутатором. В этом случае центральный узел называют хабом, или концентратором.
Хаб выполняет функции повторителя, восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их всем остальным подключенным к нему компьютерам и устройствам.
Такая организация сети является более надежной. Используется довольно часто. Если вместо концентратора установлены «интеллектуальных» сетевые устройства (мост, коммутатор, маршрутизатор), то это позволяет проводить не только ретрансляцию, но и управление передаваемыми сигналами.
Ячеистая (Mesh)
В таких сетях существует несколько маршрутов для доставки информации. Имеют высокую отказоустойчивость. Развертывание таких сетей на базе кабельных соединений достаточно дорого, так как требует увеличенного количества кабеля, более сложной настойки сетевого оборудования.
Чаще эта топология реализуется в беспроводных сетях.
Смешанные (гибридные) сети
Реальные сети постоянно расширяются и модернизируются, поэтому обычно топология сети представляет собой комбинацию нескольких базовых топологий.
Star-Bus (звезда на шине)
Star-Ring (звезда на кольце)
Hybrid Mesh (гибридная ячеистая структура)
Tree (дерево, звезда на звезде)
Выбор топологии зависит от ряда факторов, таких как надежность, расширяемость и производительность, стоимость, и обычно определяется средой, используемой для передачи данных.
30. Проводные технологии.
Провода переменного тока
Можно использовать при передаче данных на небольшие расстояния.
Телефонные провода
Модем, цифровая/аналоговая связь, бод.
телефонная коммутированная сеть общего пользования (PSTN);
цифровая сеть интегрированного обслуживания (ISDN - Integrated Services Digital Network);
цифровая связь (ADSL - Asymmetric Digital Subscriber Line).
«Витая пара» (twisted pair)
Витая пара состоит из двух изолированных медных проводов, свитых друг с другом, представляет собой один канал связи, несколько витых пар объединяются в кабель, обернутый в плотную защитную оболочку. Скручивание снижает перекрестные помехи от соседних проводов пары. Используется в телефонных сетях и для сетей внутри зданий. Подвержена помехам, поэтому чаще в сетях применяется экранирование с использованием металлической оплетки или оболочки, для телефонных линий - неэкранированная.
Скорость до 100 Гбит/сек, до 2 км без повторителей.
Самый распространенный тип кабеля для создания компьютерных сетей.
Коаксиальный кабель (coaxial cable)
Подобно витой пары состоит из двух проводников, но отличается по конструкции, может работать в более широком диапазоне частот. Коаксиальный кабель состоит из пустотелого внешнего цилиндрического проводника, внутри которого расположен внутренний провод. Внутренний проводник находится в изоляторе, внешний покрывается оболочкой или экраном. Диаметр от 1 до 2,5 см. Может использоваться для передачи данных на большие расстояния, в частности для передачи телесигналов, международной телефонии, компьютерных сетей.
Тонкий - скорость до 10 Мбит/сек на расстояние до 185 м.
Толстый - скорость до 10 Мбис/сек на расстояние до 500 м
В настоящее время используется достаточно редко для создания сетей.
Оптоволокно (fiber optic cable)
Оптическим волокном называют тонкую среду (от 2 до 125 мкм в диаметре), способную передавать световой луч. Для изготовления оптического волокна используют разного рода стекла и пластмассы. Наименьшие потери достигаются в волокне из сверхчистого плавленого кварца. Состоит из трех концентрических секций, две внутренние изготовлены из стекла с различными показателями преломления, сверху светопоглощающая оболочка. Волокна собирают в оптические кабели. Имеет большую пропускную способность, меньшее затухание, электромагнитная изоляция.
Скорость до 10 Гбит/сек, длина сегмента до 40 000 м, рабочая длина волны в диапазоне от 850 до 1300 нм.
К недостаткам можно отнести высокую стоимость кабеля, сложный монтаж, необходимость использования дополнительных трансиверов, преобразующих световые сигналы в электрические и обратно.
Преимущества кабельного соединения:
высокая пропускная способность;
помехоустойчивость.
Недостатки:
трудности при монтаже (доступ к системе канализации, прокладка внутри готовых зданий, привязка рабочих мест);
кабельное хозяйство требует обслуживания.
Архитектура Ethernet фактически объединяет набор стандартов, имеющих как общие черты, так и отличия. Скорость передачи данных до 10 Гбит/с. Технология Ethernet использует практически любой вид кабеля, позволяет проводить масштабирование, наращивать мощность сети. Поэтому сегодня архитектура Ethernet является самой распространенной в локальных сетях.
31. Беспроводные технологии.
Для телекоммуникации могут быть использованы электромагнитные волны, которые распространяются по атмосфере или в вакууме, а именно (в порядке повышения пропускной способности и увеличения частоты колебания волны):
радиосвязь (сотовая, спутниковая) (от 30 МГц до 1 ГГц). Обеспечивает высокую дальность передачи информации;
связь в микроволновом диапазоне (от 2 до 40 ГГц) (Bluetooth, WLAN);
инфракрасная связь (от 3 · 1011 до 2 · 1014 Гц). Используется для передачи данных на близких расстояниях, например, для взаимодействия с портативными (мобильными) устройствами. Источник и приемник должны быть в прямой видимости.;
световое излучение в видимом диапазоне. Используется редко.
Обычно сигналы низких частот распространяются от антенны во всех направлениях, сигналы более высоких частот можно сфокусировать в направленный луч.
Если не используется направленная антенна, и на пути нет препятствий, радиоволны распространяются по всем направлениям равномерно и мощность сигнала падает пропорционально квадрату расстояния между передатчиком и приемником. Они используются там, где не существует кабельных каналов или их создание по каким-то причинам невозможно или слишком дорого для передачи телевизионного, радио и других аналоговых сигналов.
Преимущества
возможность создания в труднодоступных местах;
не требуют поддержки и обслуживания.
Недостатки:
не являются помехоустойчивыми;
менее защищены от прослушивания, чем проводные сети (уровень защиты WEP и WPA).
Wi-Fi (Wireless Fidelity, беспроводная точность) - технология обеспечивающая подключение мобильных пользователей к Интернету. Объединяет несколько стандартов на основе спецификации IEEE 802.11 (a, b, g). Невысокая дальность передачи данных.
WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) - это коммерческое название стандарта беспроводной связи 802.16, принятого в январе 2003 года и поддержанного промышленной группой. В отличие от уже довольно популярного беспроводного доступа Wi-Fi, WiMAX меньше привязан к конкретным диапазонам - его варианты рассчитаны на частоту от 2 до 11 ГГц и от 10 до 66 ГГц. Ширина канала, занимаемого в эфире двумя устройствами, может выбираться в более широких, чем у Wi-Fi, пределах - от 1,5 до 28 МГц. «Изощренная» модуляция позволяет использовать радиоспектр с эффективностью 5 бит на каждый герц (у Wi-Fi 2,7 бит на герц), поэтому скорость достигает 134 Мбит/с (в канале шириной 28 МГц). Но главное преимущество WiMAX - в дальнобойности: максимальное расстояние между устройствами может достигать 50 км. К тому же между источником и приемником может отсутствовать прямая видимость. Мощность сигнала и большая устойчивость к отражениям позволяют WiMAX работать даже там, где Wi-Fi бессилен.
Технология Bluetooth (IEEE 802.15.1) использует радиосигнал с частотой 2,4 ГГц. Имеет низкое энергопотребление, позволяет устройствам устанавливать взаимодействие при минимальном участии пользователя, низкие показатели по дальности и пропускной способности.
32. Протоколы.
Протокол - это правила (соглашения, стандарты) передачи информации в сети. Протокол определяет формат и очередность сообщений, которыми обмениваются два и более устройства, а также действие, выполняемые при передаче и/или приеме сообщений либо при наступлении иных событий.
Так как в процесс взаимодействия вступают разные системы, то реализовывать сетевое соединение в виде одного, монолитного блока не имеет смысла, вводится понятие архитектуры протоколов, когда вместо одного модуля, обслуживающего взаимодействие компьютеров, имеется структурированный набор модулей, реализующих коммуникационные функции.
Можно провести следующую аналогию, когда директор одного предприятия пишет письмо директору другого предприятия, то, написав письмо и указав того, кому оно адресовано, он отдает его секретарю. Секретарь находит адрес получателя, вкладывает письмо в конверт, делает отметку об исходящих в своих документах, относит письмо на почту. Почта обеспечивает доставку письма, которое получает секретарь, делает отметку во входящих, то есть всегда можно проверить, не пропало ли письмо, распечатывает и кладет на стол директора. Каждый уровень взаимодействия не заботиться о том, что происходит ниже его, уверен в том, что он отработает правильно, но может и проверить правильность работы. На каждом уровне к письму добавляется дополнительная идентифицирующая информация, характерная для данного уровня.
Таким образом, можно рассмотреть упрощенную архитектуру протоколов сетевого взаимодействия. В процессе сетевого взаимодействия вовлечены: приложения, компьютеры и сети, с учетом этого естественно решать задачу взаимодействия на трех независимых уровнях:
уровень доступа к сети;
транспортный уровень;
прикладной уровень.
Уровень доступа к сети обеспечивает обмен данными между компьютером и сетью, компьютер, передающий данные, сообщает сети адрес компьютера, которому эти данные предназначены, причем тип сети может быть самый разный.
Все задачи, которые связаны с надежностью передачи, выполняет транспортный уровень, проверяет, чтобы все данные достигли адресата и были получены им в нужном порядке.
На прикладном уровне приложения выполняют необходимые им действия, осуществляют взаимодействие с пользователем, если необходимо запрашивают сетевую среду у транспортного уровня, например, для передачи файлов.
На каждом уровне добавляется служебная информация, необходимая для передачи данных (заголовки), на каждом уровне может быть свое деление на единицы обмена (пакеты).
На каждом уровне требуется информация для идентификации получателя, так на уровне приложений это будет точка доступа к службе (порт), транспортном уровне логическое имя компьютера, а на сетевом имя сетевого интерфейса (MAC-адрес).
Разные производители используют различные форматы данных и различные протоколы обмена данными, чтобы они могли взаимодействовать между собой, разрабатываются общие стандарты. Существуют несколько распространенных архитектур протоколов:
стек протоколов TCP/IP;
эталонная модель OSI;
сетевая архитектура IBM, привязанная к оборудованию этой фирмы.
33. Стек протоколов TCP/IP.
Хотя для этой модели отсутствует официальная модель, она является на настоящий момент времени самой распространенной, в ней можно выделить пять уровней протоколов, образующие стек протоколов:
прикладной уровень;
транспортный уровень;
сетевой уровень;
канальный уровень;
физический уровень.
Физический уровень отвечает за физический интерфейс между устройством и средой передачи данных, на нем идет работа с характеристиками передающей среды, природой сигналов, скоростью передачи данных и т.п. Поддерживает основные технологии локальных сетей - Ethernet, Wi-Fi, Token Ring, Bluetooth и т.д.
Канальный уровень организует передачу данных в имеющейся физической среде.
Сетевой уровень отвечает за маршрутизацию сообщений при прохождении по сети (Internet Protocol, IP).
Транспортный уровень отвечает за надежность передачи данных. Поддерживает два протокола:
1 финансовые функции в excel
Анализ1. Финансовые функции в Excel. Финансовые функции в Excel позволяют выполнить целый ряд финансовых вычислений без построения длинных и... сложных формул. Выделяют четыре группы функций : функции ...
«финансовое право » 2001 год оглавление
ДокументЗадач. Во-вторых, осуществление государством финансовых функций протекает (в зависимости от их содержания... страны, имеет непосредственное отношение к выполнению функций финансовой деятельности государства и муниципальных образований. По...
Финансовая математика
Пояснительная записка9. Расчеты на компьютере. Использование стандартных финансовых функций EXSEL. Условные обозначения основных параметров... в левом окне сделать выбор категории функции “финансовые ”. После чего в правом, прокручивая список...
Учебное пособие «Финансовая математика»
Учебное пособие6. Финансовые функции ЕХСЕL как основа практических расчетов в современных условиях 6.1. Сущность финансовых функций 6.2. Использование финансовых функций в финансовых операциях...
Transmission Control Protocol, TCP, протокол управления передачей. Обеспечивает гарантированную доставку пакетов в нужном порядке и без ошибок. Используется в тех приложениях, где важно обеспечить целостность передачи данных;
функции Финансовые функции финансовых вычислений без построения длинных и сложных... быть успешно использован и в задачах, содержащих финансовые функции . Рассмотрим подбор значения вклада для...
Вопрос Эволюция вычислительных систем
1) Системы пакетной обработки:
1950-ые годы – появление первых компьютеров.
Системы пакетной обработки, строились на базе мэйнфрейма - мощного и надежного компьютера универсального назначения. У пользователей перфокарты, содержащие данные и команды программ, операторы вводили эти карты в компьютер, а распечатанные результаты получали на следующий день.
Максимизация эффективности использования вычислительной мощности
Пренебрежение интересами пользователей
2) Многотерминальная система
Распределенный ввод-вывод данных.
Централизованная обработка.
1960-е годы появление многотерминальных систем разделения времени.
Прототип ЛВС.
Компьютер отдавался в распоряжение сразу нескольким пользователям, у каждого терминал, время реакции ВС достаточно мало.
Вычислительные сети
ВС– это совокупность компьютеров, соединенных линиями связи (кабели, сетевые адаптеры, телекоммуникационное оборудование).
Классификация сетей по территориальному признаку
LAN - MAN - WAN
Глобальные сети - Wide Area Networks (WAN).
Передача данных на сотни и тысячи километров
Хронологически появились первыми (50е-60е гг.)
Эволюционировали из телефонных сетей
Первоначально были медленными и ненадежными
Сегодня WAN:
Представляют собой кольца или backbone
Основная скорость 2.5 Gbit/s
Распространены решения 10-Gbit/s, 40-Gbit/s
Применяются сложные процедуры контроля и восстановления данных
Локальные сети - Local Area Networks (LAN).
Сосредоточены на территории 1-2 км.
Скорость до 10 Гбит/с
Широкий спектр услуг
Важнейший этап развития – становление стандартных технологий LAN: Ethernet, Token Ring, FDDI.
Городские сети - Metropolitan Area Networks (MAN)
Расстояния в несколько десятков километров
Более дешевые по сравнению с WAN
Скорости соединения 1-40 Gbit/s
Используются для объединения существующих LAN и выхода в WAN
Современные тенденции
Глобальные сети близко подбираются по качеству к локальным
2) В ЛС стали использоваться коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы => возможность построения сложных сетей
Вопрос. Семиуровневая модель OSI.
Физический уровень
Физический уровень определяет электротехнические, механические, процедурные и
функциональные характеристики активации, поддержания и дезактивации физического канала между конечными системами. Спецификации физического уровня определяют такие характеристики, как уровни напряжений, синхронизацию изменения напряжений, скорость передачи физической информации, максимальные расстояния передачи информации, физические соединители и другие аналогичные характеристики.Единица данных: Бит (bit)
Канальный уровень
Канальный уровень обеспечивает надежный транзит данных через физический канал. Выполняя эту задачу, канальный уровень решает вопросы физической адресации, топологии сети, линейной дисциплины (каким образом конечной системе использовать сетевой канал), уведомления о неисправностях, упорядоченной доставки блоков данных и управления потоком информации. Единица данных: Кадр (frame)
Сетевой уровень
Сетевой уровень - это комплексный уровень, который обеспечивает возможность соединения и выбор маршрута между двумя конечными системами, подключенными к разным "подсетям", которые могут находиться в разных географических пунктах.
В данном случае "подсеть" - это по сути независимый сетевой кабель (иногда называемый сегментом).
Т.к. две конечные системы, желающие организовать связь, может разделять значительное географическое расстояние и множество подсетей, сетевой уровень является доменом маршрутизации. Протоколы маршрутизации выбирают оптимальные маршруты через последовательность соединенных между собой подсетей. Традиционные протоколы сетевого уровня передают информацию вдоль этих
Маршрутов.Единица данных: Пакет (packet)
Транспортный уровень
Заботой транспортного уровня является решение таких вопросов, как выполнение надежной транспортировки данных через объединенную сеть. Предоставляя надежные услуги, транспортный уровень обеспечивает механизмы для установки, поддержания и упорядоченного завершения действия виртуальных каналов, систем обнаружения и устранения неисправностей транспортировки и управления информационным потоком (с целью предотвращения переполнения системы данными из другой системы).Единица данных: Дейтаграмма/Блок данных (datagramm)
Сеансовый уровень
Как указывает его название, сеансовый уровень устанавливает, управляет и завершает сеансы взаимодействия между прикладными задачами. Сеансы состоят из диалога между двумя или более объектами представления. Сеансовый уровень синхронизирует диалог между объектами представительного уровня и управляет обменом информации между ними. Сеансовый уровень предоставляет средства для отправки информации, класса услуг и уведомления в исключительных ситуациях о проблемах сеансового, представительного и прикладного уровней. Единица данных: Сообщение (message)
Представительный уровень
Представительный уровень отвечает за то, чтобы информация, посылаемая из прикладного уровня одной системы, была читаемой для прикладного уровня другой системы. При необходимости представительный уровень осуществляет трансляцию между множеством форматов представления информации путем использования общего формата представления информации.
Единица данных: Сообщение (message)
Прикладной уровень
Прикладной уровень - это самый близкий к пользователю уровень OSI. Он отличается от других уровней тем, что не обеспечивает услуг ни одному из других уровней OSI; однако он обеспечивает ими прикладные процессы, лежащие за пределами масштаба модели OSI. Примерами таких прикладных процессов могут служить программы обработки крупномасштабных таблиц, программы обработки слов, программы банковских терминалов и т.д.
Единица данных: Сообщение (message)
При продвижении пакета данных по уровням сверху вниз каждый новый уровень добавляет к пакету свою служебную информацию в виде заголовка и, возможно, трейлера (информации, помещаемой в конец сообщения). Эта операция называется инкапсуляцией данных верхнего уровня в пакете нижнего уровня
вопрос. Классификация сред передачи данных.
Под средой передачи данных понимают физическую субстанцию, по которой происходит передача электрических сигналов, использующихся для переноса той или иной информации, представленной в цифровой форме.
Естественная среда - это существующая в природе среда – Не естеств. – специально созданная(кабели и т.п)
Естественные среды
- Атмосфера Наибольшее распространение в качестве носителей данных в атмосфере получили электромагнитные волны.
- Радиоволны - электромагнитные волны с частотой меньше 6000 ГГц (с длиной волны больше 100 мкм).
- Инфракрасное излучение и видимый свет(лазер)
Искусственные среды Основные виды кабелей: волоконно-оптический (fiber), коаксиал (coaxial) и витая пара (twisted pair). При этом и коаксиал и витая пара для передачи сигналов используют металлический проводник, а волоконно-оптический кабель - световод, сделанный из стекла или пластмассы.
Коаксиальный кабель
Важное достоинство - его способность передавать в один и тот же момент множество сигналов. Каждый такой сигнал называется каналом. Все каналы организуются на разных частотах, поэтому они не мешают друг другу. Он обладает широкой полосой пропускания; это означает, что в ней можно организовать передачу трафика на высоких скоростях. Он также устойчив к электромагнитным помехам и способен передавать сигналы на большое расстояние.
Витая пара
Кабель, в котором изолированная пара проводников скручена с небольшим числом витков на единицу длины. Скручивание осуществляется для уменьшения внешних наводок.
Преимущества: более тонкий,более гибкий, проще устанавливать, недорог.
Недостатками: сильное воздействие внешних электромагнитных наводок, возможность утечки информации,
сильное затухание сигналов.
Неэкранированная витая пара (UTP)
САТ5(полоса частот 100 МГц) - 4пары, до 100 Мбит/с при использовании 2-х пар и до 1000 Мбит/с при использовании 4-х пар, является самым распространённым сетевым носителем, использующимся в компьютерных сетях до сих пор.
Экранированная витая пара (STP)
Фольгированная витая пара (FTP)
Фольгированная экранированная витая пара (SFTP)
Похожая информация.