Лекция "Введение. Классификация ЛВС"

Скачать: lk_2.zip [23,92 Kb] (cкачиваний: 1)

Введение.

Классификация ЛВС. Основные характеристики сетей. ТопологияЛВС (шина, кольцо, дерево, звезда). Комбинированные топологии. Выбор топологии. Среды передачи информации: коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель.

В настоящее время существует несколько признаков, используемых для классификации локальных сетей, это

·Скорость передачи в ЛВС;

·Методы передачи по моноканалу;

·Топология ЛВС;

·Физическая среда передачи;

·Методы доступа в ЛВС.

Для начала рассмотрим самую общую классификацию ЛВС, по их назначению.

Наиболее распространенными являются учрежденческие и пользовательские ЛВС. К основным услугам учрежденческих сетей относятся:

·Электронная почта;

·Обработка и передача текстов;

·Совместное пользование информационными и справочными системами.

Производственные ЛВС управляют технологическими процессами, например, роботы, станки с программным управлением. При разработке таких сетей необходимо учитывать высокий уровень производственных помех, высокие потенциалы, которые могут быть поданы, необходимость работы сети в реальном масштабе времени.

Дешевые микроЭВМ привели к возможности создания интеллектуальной бытовой техники, игр, бытовых приборов, средств охраны, сигнализации. Эти ЭВМ могут быть объединены домашней локальной сетью.

Недостатками существующих ЛВС является то, что большинство из них, обеспечивая услуги по передачи данных, не обеспечивают интеграцию услуг по передачи речи и TV-изображений.

Однако сейчас эти задачи решаются на базе создания интегрированных сетей, в которых циркулирующая информация имеет разнородную структуру, но общий формат. Для таких сетей должна быть создана универсальная технология, в настоящее время такой универсальной технологией является АТМ технология.

Характеристики сетей:

1. Протяженность и качество линий связи. Общая длина кабеля от нескольких метров до нескольких километров. Из-за коротких расстояний в локальных сетях имеется возможность использования относительно дорогих высококачественных линий связи (коаксиального кабеля, витой пары, оптоволоконного кабеля), кроме того, они прокладываются заново.

2. Сложность методов передачи. Качественные линии связи в локальных сетях позволили упростить процедуры передачи данных за счет применения немодулированных сигналов и отказа от обязательного подтверждения получения пакета. Локальным сетям свойственна широкополосность передачи.

3. Скорость обмена данными. Одним из отличий локальных сетей является наличие высокоскоростных каналов обмена данными между компьютерами, скорость которых (10, 16 и 100 Мбит/с) сравнима со скоростями работы устройств и узлов компьютера – дисков, внутренних шин обмена данными и т.п. За счет этого у пользователя локальной сети, подключенного к удаленному разделяемому ресурсу (например, диску сервера), складывается впечатление, что он пользуется этим диском, как «своим».

4. Разнообразие услуг. Локальные сети предоставляют, как правило, широкий набор услуг – это различные виды файловой службы, услуги печати, услуги службы передачи факсимильных сообщений, услуги баз данных, электронная почта и другие.

5. Оперативность выполнения запросов. Время прохождения пакета через локальную сеть обычно составляет несколько миллисекунд.

6. Разделение каналов. В локальных сетях каналы связи используются, как правило, совместно сразу несколькими узлами сети.

7. Использование метода коммутации пакетов. Важной особенностью локальных сетей является неравномерное распределение нагрузки. Отношение пиковой нагрузки к средней нагрузке может составлять 100:1 и даже выше. Такой трафик обычно называют пульсирующим. Из-за этой особенности трафика в локальных сетях для связи узлов применяется метод коммутации пакетов, который для пульсирующего трафика оказывается гораздо более эффективным. Эффективность метода коммутации пакетов состоит в том, что сеть в целом передает в единицу времени больше данных своих абонентов.

8. Масштабируемость. «Классические» локальные сети обладают плохой масштабируемостью из-за жесткости базовых технологий, определяющих способ подключения станций и длину линии. При использовании многих базовых топологий характеристики сети резко ухудшаются при достижении определенного предела по количеству узлов или протяженности линий связи.

Топология ЛВС.

Под топологией вычислительной сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют компьютеры сети (иногда и другое оборудование, например концентраторы), а ребра – физические связи между ними. Топология сети характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов.

Для проектирования локальных сетей подлежат рассмотрению следующие основные вопросы:

1. Топология: шинная, кольцевая, звездообразная, древовидная.

2. Физическая среда: радио, физический кабель, оптическая среда.

3. Методы доступа к среде: метод доступа опроса, маркерный, множественный.

4. Способы адресации: протоколы, их взаимодействие.

5. Территориальные характеристики.

Существуют три базовые топологии: это шина, звезда, кольцо.

Шинная топология.

Шина является наиболее простой топологией, в которой используется один кабель, который называется магистральным или сегментом и к нему подключаются все компьютеры.

Терминатор – это разъем, который создает нагрузку на конце кабеля, чтобы исключить отражение. Все станции подключаются к одной линии.

Данные в виде электрических сигналов передаются по шине всем компьютерам, однако, эти данные получает только тот компьютер, адрес которого соответствует адресу получателя. В каждый момент времени передачу может вести только один компьютер. Одновременная передача нескольких компьютеров приводит к столкновению сигналов и искажению данных, т.е. приводит к конфликту иликоллизии. Следовательно, пропускная способность сети зависит от числа пользователей и интенсивности трафика. Чем выше интенсивность, тем меньше пропускная способность. Шина является пассивной топологией, так как компьютеры только прослушивают среду, но не участвуют в передаче данных от источника к получателю. В шинной топологии, в основном, используется множественный доступ с контролем несущей.

Терминаторы, которые расположены на концах сегмента, обеспечивают поглощение электрических сигналов, в противном случае передача была бы невозможна, так как сигналы сталкивались бы с отраженными сигналами. В сети топологии шина не должно быть свободных концов. Физический разрыв кабеля или отсоединение приводит к падению сети.

Кабель можно удлинить 2 способами:

1. С помощью соединителя (коннектора), который осуществляет стыковку участков кабеля. При прохождении через коннектор сигнал ослабевает, поэтому лучше использовать единый сегмент, а не из кусков.

2. С помощью повторителя (репитера). Репитер, в отличие от коннектора, усиливает сигнал перед передачей его в следующий сегмент.

Преимущества: дешевизна, простота, возможность почти мгновенного широковещательного обращения ко всем станциям сети.

Недостатки: низкая надежность (любой дефект кабеля или разъемов полностью парализует всю сеть) и невысокая производительность.

Топология звезда.

В топологии «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту, называемому концентратором или хабом (Hub), через который осуществляется маршрутизация пакетов между пользовательскими компьютерами. Hubпоочередно опрашивает компьютеры и полученную информацию отправляет по назначению.

Использование концентраторов дает следующие преимущества:

1. Разрыв кабеля не нарушает работу сети, из строя выводится только один сегмент;

2. Сеть легко расширяется подключением новых компонентов или концентраторов;

3. Некоторые концентраторы позволяют подключать различные типы кабелей;

4. Концентратор обеспечивает централизованный контроль за работой сети – это позволяет быстро локализовать ошибки в сети.

Передача сигнала осуществляется от передающего компьютера через концентратор ко всем компьютерам сети.

Преимущества: отсутствие конфликтов (т.к. Hub эти конфликты разрешает), большая надежность, концентратор может играть роль интеллектуального фильтра информации, поступающей от узлов в сеть, и при необходимости блокировать запрещенные администратором передачи.

Недостатки: выход из строя концентратора или Hub нарушает работоспособность всей сети, неэкономное использование кабельной системы в больших сетях, высокая стоимость сетевого оборудования (из-за необходимости приобретения концентратора), ограниченные возможности по наращиванию количества узлов (ограничиваются количеством портов концентратора).

Кольцевая топология.

При топологии «кольцо» компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо.

Кольцо состоит из соединенных между собой повторителей, каждый из которых образует приемопередатчик (трансивер), которые соединены кабелями.

Эта топология является активной, каждый компьютер выступает в роли повторителя, он усиливает сигнал перед передачей следующему компьютеру. Передача сигналов осуществляется в одном направлении по кольцу. Используется маршрутный способ передачи.

В кольцевой топологии используется, в основном, маркерный метод доступа. Маркер имеет два состояния: свободный и занятый. Свободный маркер циркулирует по кольцу до тех пор, пока его не получит компьютер имеющий данные для передачи. Он изменяет состояние маркера на «занятый» и вместе с занятым маркером передает свои данные. Маркер с данными перемещается по кольцу. Компьютер, адрес которого соответствует адресу получателя, принимает эти данные и отмечает в маркере факт приема данных. Занятый маркер с данными передается по кольцу до компьютера-источника. Компьютер-источник, убедившись, что данные приняты правильно, меняют состояние маркера на «свободный».

Преимущества: кольцо представляет собой очень удобную конфигурацию для организации обратной связи, таким образом, узел источник может контролировать процесс доставки данных адресату. Часто это свойство кольца используется для тестирования связности сети и поиска узла, работающего не корректно.

Недостатки: необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями.

Древовидная топология.

«Дерево» образуется путем соединения нескольких шин активными повторителями или пассивными Hub (хабами), каждая ветвь дерева представляет собой сегмент. Отказ одного сегмента не приводит к выходу из строя остальных.

Комбинированные топологии.

Для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. Поэтому такие сети называются сетями со смешанной топологией.

1. «Звезда - шина». Несколько «звезд» объединены магистральной линией. Если выходит из строя концентратор, то сеть не работает.

2. «Звезда - кольцо». Концентраторы подключаются к главному концентратору, образуя звезду. Компьютеры подключаются к концентратору, каждый из которых внутри фактически располагается по кольцу.

По способу адресации и работы ЛВС делятся на:

·широковещательные, в которых в любой момент времени на передачу кадра может работать только одна рабочая станция (абонентская система). Основные типы: общая шина, дерево, звезда с пассивным центром;

·последовательные, которые характерны для сетей с маршрутизацией информации. Передача данных осуществляется последовательно от одной рабочей станции к соседней (1->2->3 и т.д.), причем на различных участках сети могут использоваться разные виды физической передающей среды.

Среды передачи.

В ЛВС используется 3 основных типа кабелей – это коаксиальный кабель (тонкий и толстый), кабели с витыми парами (не экранированные и экранированные) и оптоволоконный кабель (одномодовый и многомодовый). Кабели отличаются стоимостью, скоростью передачи и максимальной длиной. Самым дешевым типом является витая пара. Все типы кабелей состоят из аналогичных компонентов: проводник, по которому осуществляется передача сигналов, изоляционный слой, который защищает проводник от воздействия внешней среды и внешняя оболочка, которая объединяет компоненты кабеля в единые и защищает от механических воздействий.

Коаксиальный кабель.

Широко применяется в ЛВС Ethernet и ArcNet. Имеет несимметричную конструкцию и состоит из внутренней медной жилы и оплетки, отделенной от жилы слоем изоляции. Коаксиальный кабель делят на толстый и тонкий.

Тонкий коаксиальный кабель. Имеет диаметр 0,5 см. Это гибкий кабель, может использоваться в любых сетях, обеспечивает передачу сигналов без затухания на расстояния до 185 м. При реализации сети на тонком кабеле можно сделать максимум 5 сегментов по 185 м, т.е. максимальная длина может составить 925 м. Уменьшая длину сегмента, можно подключить больше компьютеров, но при этом общее число компьютеров не должно превышать 150. Для подключения тонкого кабеля используются разъемы BNC типа, – эти разъемы имеют штекерно-гнездовой способ стыковки с поворотом одной части. Эти разъемы бывают цилиндрические, L-образные, Т-образные и завершающие.

Тонкий Ethernet.

Т-образный разъем подключает куски тонкого коаксиального кабеля непосредственно к компьютеру, а точнее к сетевой плате без абонентского кабеля. В этом случае сетевая плата выполняет функции приемопередатчика.

Толстый коаксиальный кабель.

Имеет диаметр 1 см. Может передавать сигналы без заметного затухания на расстояния до 500 м. Для подключения толстого КК используются разъемы N типа. Эти разъемы выполняют стыковочный механизм с навинчивающей гайкой. Разъемы N бывают: бочоночный, L-образный и завершающий.

Толстый Ethernet.

Трансивер либо подключает куски толстого КК с помощью N разъемов, либо обеспечивает стыковку с помощью пронзающего ответвителя. Ответвитель прокалывает слой изоляции и вступает в контакт с проводящей жилой.

Обозначения КК, используемые в ЛВС:

·RG-8 – используется в толстом Ethernet, в этом случае абонентский кабель выполняется на витой паре;

·RG-58 – тонкий КК, который используется в тонком Ethernet;

·RG-62 – тонкий КК, используется в сетях ArcNet, отличается от предыдущего волновым сопротивлением.

Витая пара.

Простейшая витая пара – два перевитых друг относительно друга изолированных медных проводов. В ЛВС используются кабели с двумя и четырьмя витыми парами. Передача данных осуществляется по проводам в виде двух дифференцированных сигналов.

Различают витые пары неэкранированные и экранированные, т.е. с защитным экраном в виде медной оплетки.

Неэкранированные витые пары делятся на 5 категорий:

1. Телефонный кабель;

2. 4-е витые пары, скорость передачи данных до 4 Мбит/с;

3. 4-е витые пары, скорость передачи до 10 Мбит/с,

4. 4-е витые пары, скорость передачи до 16 Мбит/с (используется в Token Ring);

5. 4-е витые пары, скорость передачи до 100 Мбит/с (используется в Fast Ethernet).

Обозначения кабелей с витыми парами:

·RJ-11 – кабель с двумя витыми парами, которые используют разъем типа RJ-11.

·RJ-45 – кабель с четырьмя витыми парами, использует разъем RJ-45.

Оптоволоконный кабель.

Передача сигналов осуществляется в виде световых импульсов, без заметного искажения на расстояния до3 км.

Оптоволокно обеспечивает скорость передачи до 2,5 Гбит/с (теоретически). По оптоволоконному кабелю возможна передача световых импульсов только в одном направлении, поэтому кабель должен состоять из двух изолированных волокон.

Достоинства оптического кабеля:

1. Высокая защищенность сигналов;

2. Обеспечивается высокая скорость передачи на большие расстояния;

3. Не требуется решать проблему гальванической развязки (т.к. передаются световые импульсы).

Недостатки оптического кабеля:

1. Сложность монтажа, т.к. требуется высокая точность;

2. Хоть разветвления допускаются, но они приводят к затуханию сигналов;

3. Со временем снижается прозрачность волокна.

При обозначении волокна используется диаметр стержня и диаметр оболочки, например 62,5/125, где 62,5 мкм – диаметр стержня, а 125 мкм – диаметр оболочки. При соединении оптоволоконного кабеля используются разъемы типа SC,ST,SMA,MIC.

Передача сигналов.

Для передачи по кабелю кодированных сигналов используется две технологи:

1. Узкополосная передача;

2. Широкополосная передача.

При узкополосной передаче данные передаются в виде цифровых сигналов одной частоты, в этом случае цифровой сигнал занимает все полосу пропускания кабеля. Для восстановления сигналов, при передаче на большие расстояния, используются повторители.

При широкополосной передаче данные передаются в виде аналоговых сигналов, которые используют некоторый интервал частот. В этом случае используется модуляция.

В ЛВС, в основном, используется узкополосная передача.