Файл: Телекоммуникационные системы и сети - КНИГА.doc

Метод CSMA/CD означает, что все станции имеют равные права на использование канала. Большую часть времени каждая станция находится в состоянии «прослушивания» канала, определяя, не ей ли предназначены передаваемые по нему данные. Когда какой-то станции надо самой передать сообщение, она делает это, убедив-шись, что канал никем не занят. Несколько станций могут начать передачу сообщений одновременно. Обнаружив такую ситуацию (конфликт), конфликтующие станции прекращают передачу и во-зобновляют ее через интервал времени, определяемый случайным образом.

Структуры сетей. Способ соединения компьютеров называется структурой, или топологией сети. Сети Ethernet могут иметь тополо-гию «шина» и «звезда» (рис. 13.6). В первом случае все компьютеры подключены к одному общему кабелю (шине), во втором имеется специальное центральное устройство (хаб), от которого идут «лучи» к каждому компьютеру, т.е. каждый компьютер подключен к своему кабелю.

Рис. 13.6. Структуры локальных компьютерных сетей

Структура типа «шина» проще и экономичнее, так как для нее не требуется дополнительное устройство и расходуется меньше кабеля. Но она очень чувствительна к неисправностям кабельной системы. Если кабель поврежден хотя бы в одном месте, то возникают про-блемы для всей сети. Место неисправности трудно обнаружить.

В этом смысле «звезда» более устойчива. Поврежденный кабель -проблема для одного конкретного компьютера, на работе сети в це-лом это не сказывается. Не требуется усилий по локализации неис-правности.

В сети, имеющей структуру типа «кольцо», информация передает-ся между станциями по кольцу (рис. 13.6) с переприемом в каждом сетевом контроллере. Переприем производится через буферные на-копители, выполняемые на базе оперативных запоминающих уст-ройств, поэтому при выходе из строя одного сетевого контроллера может нарушиться работа всего кольца.

Достоинство кольцевой структуры - простота реализации уст-ройств, а недостаток - низкая надежность.

Все рассмотренные структуры неиерархические. Однако благода-ря использованию мостов, специальных устройств, объединяющих локальные сети с разной структурой, из вышеперечисленных типов структур могут быть построены сети со сложной иерархической струк-турой. Последнее может быть продиктовано, например, целями мо-дернизации уже существующих сетей.

Методы доступа к среде передачи в локальных сетях. Ключе-вым звеном, определяющим производительность, надежность и эф-фективность применения пропускной способности физической среды передачи, является используемый в сети метод доступа. Среда пере-дачи - общий ресурс в локальной сети. Этот ресурс разделяется множеством сетевых объектов, подключенных к нему. Для корректно-го разделения решается задача множественного доступа.

Множественный доступ - это механизм разделения во времени общего канала между коллективом рабочих станций и серверов, включенных в компьютерную сеть.

Цель использования одного высокоскоростного канала - дости-жение высоких технико-экономических показателей сети при мини-мизации затрат на средства связи и обеспечение требуемых характеристик по производительности сети и задержке передачи информации в ней.

Основная проблема систем с множественным доступом - возникновение одновременной передачи от двух и более станций, такое яв-ление называется конфликтом. На сегодняшний день разработано множество алгоритмов, снижающих или вообще устраняющих воз-можность возникновения конфликтов в локальных сетях. Алгоритмы, защищающие пользователей при работе в сети от конфликтов, назы-ваются методами доступа.

Случайные методы доступа допускают возможность возникнове-ния конфликтов. Пропорциональные методы, в которых заранее за-ложен бесконфликтный алгоритм доступа станции в канал, не допус-кают конфликтов.

Достоинства бесконфликтных методов:

1) дают возможность гарантированной доставки сообщения в ус-ловиях высокой загрузки каналов;

2) время задержки передачи пакетов в таких сетях имеет верхний предел.

Гибридные методы являются комбинацией двух первых.

Физическая среда передачи в локальных сетях. Весьма важ-ный момент - учет факторов, влияющих на выбор физической среды передачи (кабельной системы). Среди них можно перечислить сле-дующие:

1) требуемая пропускная способность, скорость передачи в сети;

2) размеры сети;

3) требуемый набор служб (передача данных, речи, мультимедиа и т.д.), который необходимо организовать;

4) требования к уровню шумов и помехозащищенности;

5) общая стоимость проекта, включающая покупку оборудования, монтаж и последующую эксплуатацию.

Для сетей Ethernet с топологией «шина» используется коаксиальный кабель, а с топологией «звезда» - витая пара. По степени распространия сейчас лидирует Ethernet на коаксиальном кабеле, по темпам распространения впереди витая пара. Рассмотрим сначала Ethernet на ко-аксиальном кабеле, а потом на витой паре [7].

Основная характеристика коаксиального кабеля - величина волно-вого сопротивления. Для Ethernet применяют кабель с волновым со-противлением 50 Ом. Для его измерения предназначены специаль-ные сетевые тестеры.

Существуют два варианта реализации Ethernet на коаксиальном кабеле: так называемые тонкий и толстый Ethernet (точнее Ethernet на тонком кабеле - 0,2 дюйма и Ethernet на толстом кабеле - 0,4 дюйма).

Для тонкого Ethernet рекомендуется использовать кабель RG-58A/U (именно он имеет диаметр 0,2 дюйма). Вообще, выбор марки кабеля -очень ответственный момент. Для маленькой сети подойдет любой кабель с сопротивлением 50 Ом. Но с ростом сети и увеличением общей протяженности кабеля значительная часть проблем будет свя-зана именно с кабельной системой. Нельзя использовать в одном се-тевом сегменте кабели разных марок, несмотря на, казалось бы, оди-наковое волновое сопротивление.

Коаксиальный кабель прокладывается от компьютера к компьюте-ру. У каждого компьютера оставляют небольшой запас кабеля на слу-чай возможности его перемещения.

После присоединения всех отрезков кабеля с ВМС-коннекторами (Bayonet-Neill-Concelnan) к Т-коннекторам (название обусловлено формой разъема, похожей на букву «Т») получится единый кабель-ный сегмент. На его обоих концах устанавливаются терминаторы («заглушки»). Терминатор конструктивно представляет из себя BNC-коннектор (он также надевается на Т-коннектор) с впаянным сопро-тивлением. Значение этого сопротивления должно соответствовать значению волнового сопротивления кабеля, т.е. для Ethernet нужны терминаторы с сопротивлением 50 Ом.

Сеть на толстом коаксиальном кабеле (толстый Ethernet), имею-щем диаметр 0,4 дюйма и волновое сопротивление 50 Ом, по основ-ным показателям, например связанным с защитой от электромагнит-ного излучения, значительно превосходит сеть на тонком кабеле. Максимальная длина кабельного сегмента 500 м.

Прокладка самого кабеля почти одинакова для всех типов коакси-ального кабеля. Однако соединение кабеля с компьютером произво-дится по-разному.

Для подключения компьютеров к толстому кабелю используется дополнительное устройство, называемое трансивером. Трансивер подсоединен непосредственно к сетевому кабелю. От него к компью-теру идет специальный трансиверный кабель, максимальная длина

которого 50 м. На обоих его концах находятся 15-контактные DIX-разъемы (Digital Intel и Xerox). С помощью одного разъема осуществ-ляется подключения к трансиверу, с помощью другого - к сетевой плате компьютера.

Трансиверы освобождают от необходимости подводить кабель к каждому компьютеру. Расстояние от компьютера до сетевого кабеля определяется длиной трансиверного кабеля. Получается меньше не-нужных кабельных петель.

Создание сети при помощи трансивера очень удобно. Он может в любом месте в буквальном смысле «прокусить» кабель. Эта про-стая процедура занимает мало времени, а получаемое соединение оказывается очень надежным. Если компьютер переносят в другое помещение, кабель «прокусывается» трансивером в новом месте (прежний «прокус» надо замотать изоляционной лентой).

Кабель не режется на куски, его можно прокладывать, не заботясь о точном месторасположении компьютеров, а затем устанавливать трансиверы в нужных местах. Крепятся трансиверы, как правило, на стенах, что предусмотрено их конструкцией.

При необходимости охватить локальной сетью площадь большую, чем это позволяют рассматриваемые кабельные системы, применя-ются дополнительные устройства -- репитеры (повторители). Для Ethernet на тонком кабеле максимальная длина сегмента составляет 185 м. К сегменту должно быть подключено не более 30 компьютеров. Традиционно репитер имеет 2-портовое исполнение, т.е. он может объединять 2 сегмента по 185 м. Сегмент подключается к репитеру через Т-коннектор. К одному концу Т-коннектора подключается сег-мент, а на другом ставится терминатор. Репитер может находиться в любом месте сегмента, не обязательно в конце.

В сети может быть не больше четырех репитеров. Это позволяет получить сеть максимальной протяженностью 925 м.

Существуют репитеры с числом портов больше 2, например, 4-портовые. К одному такому репитеру можно подключить сразу че-тыре сегмента.

При использовании многопортовых репитеров общее их число в сети может быть больше четырех, но надо подключать их по такой схеме, чтобы между любыми двумя станциями не оказывалось более четырех репитеров (т.е. максимальное расстояние между любыми двумя станциями не превышало 925 м).

Длина сегмента для Ethernet на толстом кабеле составляет 500м, к одному сегменту можно подключать до 100 станций. При наличии трансиверных кабелей до 50 м длиной, толстый Ethernet может одним сегментом охватить значительно большую площадь, чем тонкий. Тем не менее необходимость в репитерах существует и здесь. Эти репитеры имеют DIX-разъемы и могут подключаться трансиверами как к концу сегмента, так и в любом другом месте. Правила использования репитеров на толстом кабеле аналогичны правилам для тонкого кабеля.

Очень удобны совмещенные репитеры, т.е. подходящие и для тон-кого, и для толстого кабеля. Каждый порт имеет пару разъемов: DIX и BNC, но они не могут быть задействованы одновременно. Если вы хотите объединять сегменты на разном кабеле, то тонкий сегмент подключается к BNC-разъему одного порта репитера, а толстый -к DIX-разъему другого порта.

Репитеры очень полезны, но злоупотреблять ими не стоит, так как они приводят к замедлению работы в сети.

Ethernet на витой паре. Как явствует из названия, витая пара - это два изолированных провода, скрученных между собой. Реальный ка-бель состоит, как правило, не из одной, а из нескольких витых пар. Для Ethernet используется 8-жильный кабель, т.е. состоящий физиче-ски из четырех витых пар. Для защиты от воздействия окружающей среды кабель имеет внешнее изолирующее покрытие. Кабель на ви-той паре считается дешевле коаксиального. Это справедливо для его наиболее распространенной разновидности: неэкранированной витой пары DTP (Unshielded Twisted Pair).

Основной узел на витой паре - hub (который в переводе называет-ся накопителем, концентратором или просто хаб). Каждый компьютер должен быть подключен к нему с помощью своего сегмента кабеля. Длина каждого сегмента не должна превышать 100 м. На концах ка-бельных сегментов устанавливаются разъемы RJ-45. Одним разъе-мом кабель подключается к хабу, другим - к сетевой плате. Разъемы RJ-45 очень компактны, имеют пластмассовый корпус и 8 миниатюр-ных контактных площадок.

Хаб - центральное устройство в сети на витой паре, от него зави-сит ее работоспособность. Он подключается к сети электропитания и должен находиться вблизи электрической розетки. Обычно он уста-навливается на столах, вешается на стену или монтируется в специ-альные стойки. Располагать его надо в легкодоступном месте, чтобы легко можно было отключать (подключать) кабель и следить за инди-кацией портов.

Хабы выпускаются на разное количество портов - как правило, 8, 12, 16 или 24. Соответственно к нему можно подключить такое же ко-личество компьютеров.

Хабы можно объединять, подключая их друг к другу через порт RJ-45 и получая сложные каскадные структуры. При этом надо при-держиваться некоторых правил: во-первых, не должно получаться закольцованных путей, во-вторых, между любыми 2 станциями всегда должно оказываться не более 4 хабов.

Многие хабы имеют дополнительные выходы для тонкого или тол-стого кабеля Ethernet (соответственно, BNC и DIX-разъемы). Это по-зволяет объединять сеть на витой паре с коаксиальными сегментами. Задействован на одном хабе должен быть только один из двух коак-сиальных разъемов (или BNC, или DIX).