Оптоволоконний кабель

МАСШТАБУ БУДИНКУ

 

 

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до курсової роботи з дисципліни

“Комп’ютерні мережі”

для студентів базового напрямку 6.0915 «Комп’ютерна інженерія»

 

Затверджено на засіданні

кафедри комп’ютерних систем та технологій

Протокол № від 2004 р

ЗМІСТ

 

ВСТУП...................................................................................................…..........4

 

1 ОСНОВНІ ЕЛЕМЕНТИ LAN-ТЕХНОЛОГІЙ.......................................5

 

1.1 Мережні топології........................................................................….......5

 

1.2 Кабельні системи.............................................................................…...7

 

1.3 Комунікаційні мережні засоби..............................................................9

 

2 ОСОБЛИВОСТІ МЕРЕЖНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ ETHERNET............ 17

 

2.1 Етапи розвитку технології Ethernet ………………………………… 17

 

2.2 Метод доступу до середовища CSMA/CD ………………………… 20

 

2.3 Правила побудови мереж Ethernet стандарту 10 Base……………..23

 

2.4 Правила побудови мереж Fast Ethernet …………………………..29

 

3 ОЦІНКА ПРИНЦИПОВОЇ ПРАЦЕЗДАТНОСТІ КОМП’ЮТЕРНОЇ
МЕРЕЖІ.............................................................................................…..…. 36

3.1 Обрахунок мережі Ethernet............................................................…...36

 

3.2 Обрахунок мережі Fast Ethernet....................................................….40

 

4 ПРИКЛАД ВИКОНАННЯ КУРСОВОЇ РОБОТИ.......................….44

5 ВАРІАНТИ ЗАВДАНЬ......................................................................….....49

 

 

ВСТУП

 

З року в рік комп‘ютерна промисловість пропонує нові пристрої та нові технології, що сприяють подальшому ширшому впровадженню комп’ютерних та інформаційних засобів в наше життя, до яких відносяться і комп’ютерні мережі.

Зокрема, локальна комп’ютерна мережа - це комунікаційна система, яка дозволяє користувачам комп’ютерів (в даному випадку – мережних робочих станцій) обмінюватися інформацією, спільно використовувати прикладні програми, передавати файли між комп'ютерами, розділяти доступ і спільно використовувати ресурси комп'ютерів, а також таких пристроїв, підключених до мережі, як принтери, плотери, диски, модеми, приводи CD-ROM та ін..Постійне зростання можливостей і продуктивності комп'ютерів обумовило зростання вимог до ефективності функціонування мереж.

Для локальних мереж, як правило, прокладається спеціалізована кабельна система і положення можливих точок підключення абонентів визначається цією кабельною системою.

Локальні мережі – LAN (Local Area Network) – є елементами більш масштабних утворень: - CAN (Campus Area Network) – так звана кампусна, або корпоративна мережа, що поєднує локальні мережі порівняно недалеко розташованих будинків, - MAN (Metropolitan Area Network) – мережа міського масштабу, - WAN (Wide Area Network) – широкомасштабна мережа регіону, - GAN (Global Area Network)– глобальна мережа, наприклад, “мережа мереж” Internet.

Сьогодні локальні мережі - це складні системи, які вимагають кваліфікованого обслуговування і адміністрування.

Для побудови локальних зв'язків між комп'ютерами використовуються різні види кабельних систем, мережні адаптери, концентратори-повторювачі, мости, комутатори і маршрутизатори, а також пристрої передачі даних на значні відстані – модеми. Існують ряд стандартів мережних технологій, різні мережні операційні системи. Таким чином, при побудові конкретної локальної мережі дуже важливо зробити правильний вибір з огляду на усі вихідні умови та впливаючі фактори.

Запропоноване рішення повинно відповідати конкретним умовам застосування. Так вимоги висунуті невеликими фірмами, значно відрізняються від вимог з боку великих організацій. Вибір типу мережі залежить від багатьох факторів: масштабів підприємства, необхідного рівня безпеки, виду діяльності організації, рівня адміністративної підтримки, обсягу мережного трафіка, потреб мережних користувачів, фінансових витрат та ін. І навіть після розробки варіантів мереж, які відповідають конкретними вимогам, необхідно зробити вибір між ними, давши об'єктивну оцінку за багатьма критеріями.

В пропонуємих методичних вказівках розглядаються методики розробки та засоби побудови мереж масштабу будинку з орієнтацією на технологію Ethernet.

1. ОСНОВНІ ЕЛЕМЕНТИ LAN-ТЕХНОЛОГІЙ

1.1 Мережні топології

Топологія „загальна шина”

 

 

Усі комп'ютери підключаються до одного кабеля. На його кінцях повинні бути розташовані термінатори (“заглушки”). Їхня наявність для мереж Ethernet обов’язкова. За такою топологією будуються 10 Мегабітні мережі Ethernet (10Base-2 і 10Base-5). Як правило використовуються коаксіальні кабелі. Це пасивна топологія, яка грунтується на використанні одного загального каналу зв'язку і колективного використання його в режимі розподілу часу. Порушення кабеля між термінаторами, або кожного з двох термінаторів, приводить до виходу з ладу ділянки мережі між цими термінаторами (тобто сегмента мережі). Відключення кожного з підключених пристроїв на роботу мережі не впливає. Несправність каналу зв'язку виводить з ладу всю мережу.

Усі комп'ютери в мережі “слухають” несучий сигнал і не беруть участі в обміні даними між двома комп’ютерами, які спілкуються. Пропускна здатність такої мережі знижується із збільшенням інформаційного навантаження а також при збільшенні кількості підключених комп’ютерів.

Для об'єднання окремих сегментів шини можуть використовуватися активні пристрої - повторювачі (repeaters) з окремим джерелом живлення.

В 100 Мбітних мережах Ethernet така топологія не застосовується.

 

Топологія “зірка”

 

 

В цьому випадку кожний комп'ютер (або інший пристрій) підключається окремим кабелем до окремого порту спеціального мережного пристрою, що утворює центр “зірки”, яким може бути концентратор (Hub), повторювач (Repeater), комутатор (Switch) або міст (Bridge).

Центр “зірки” може бути як активними, так і пасивними. Якщо між підключеним до мережі пристроєм і, наприклад, концентратором відбувається розрив з'єднання, то вся інша мережа продовжує працювати. Правда, якщо цим пристроєм був єдиний сервер, то відновити роботу мережі буде досить важко. При виході з ладу концентратора (або іншого “центра”) мережа перестане працювати. Ця топологія має переваги при пошуку ушкоджень мережних елементів: кабеля, мережних адаптерів, з‘єднань та ін.. При підключенні нових пристроїв "зірка" також зручніша у порівнянні з топологією загальна шина. Як передаюче середовище використовуються скручена пара та оптоволоконні кабелі.

В теперішній час 100 і 1000 Мбітні мережі Ethernet будуються переважно за топологією "зірка".

Топологія “кільце”

 

 

 

Це активна топологія. Усі комп'ютери (робочі станції) в мережі зв'язані замкнутим фізичним кільцем. Прокладка кабелів між робочими станціями може виявитися досить складною і дорогою, якщо вони розташовані не по колу, а, наприклад, у лінію. В якості передаючого середовища в мережі можуть використовуватись всі існуючі види кабелів, але переважно скручена пара або оптоволокно. Повідомлення циркулюють по колу. Робоча станція може передавати інформацію іншій робочій станції тільки після того, як одержить право на передачу (тобто отримає “маркер”, спеціальний інформаційний кадр), тому колізії виключені. Інформація передається по фізичному кільцю від однієї робочої станції до іншої, тому при виході з ладу одного комп'ютера, якщо не приймати спеціальних заходів, вийде з ладу вся мережа. Час передачі повідомлень зростає пропорційно збільшенню кількості робочих станцій у мережі. Обмежень на діаметр кільця не існує, тому що він визначається тільки відстанню між станціями в мережі. В мережах Ethernet ця топологія не використовується.

 

Крім розглянутих вище, широко застосовуються так звані гибридні мережні топології: “зірка-шина”, “зірка-кільце”, “зірка-зірка”, “дерево”, які є розвитком “зірки”, та ін..

 

 

1.2 Кабельні системи

 

Таблиця 1.1. Категорії та класи кабелів

 

 

Частота, МГц	Швидкість передавання, Мбіт/с	Клас, категорія
Менше 1	До 20 Кбіт/с більше 1 Гбіт/с	1,А 2,В 3,С 5,Д 5+ 6,Е 7,F

 

 

 

Тип кабеля “скручена пара”

 

Цей тип кабелю є найдешевшим і найпоширенішим. Він містить дві або більше пари провідників. В кожній парі провідники скручені один з одним по всій довжині кабеля. Скручування дозволяє підвищити завадостійкість кабеля і зменшити вплив сигналу в кожній парі на всі інші. Максимальна відстань передавання при його використанні 1.5-2.0 км, а максимальна швидкість- 1.2 Гбіт/с. Тривалість поширення сигналу 8-12 нс/м. Загасання сигналу 12-28 Дб на 100 м на частоті 10 МГц.

Найбільш популярним видом середовища передачі даних на невеликі відстані (до 100 м) стає неекранована скручена пара (UTP), що включена практично в усі сучасні стандарти і технології локальних мереж і забезпечує пропускну здатність до 100 Мб/с (на кабелях категорії 5)

Екранована скручена пара суттєво дорожча неекранованої, але забезпечує кращу електромагнітну сумісність кабельної системи з джерелами і приймачами сигналів, та забезпечує менший рівень випромінювання в навколишнє середовище (показник ЕМІ- Electromagnetic Interference). Використовують фольговану (FTP), та екрановану (STP) скручені пари та їх комбінації.

Все ж таки всі види скручених пар мають гірший захист від завад, ніж у коаксіальному кабелі.

 

Таблиця 1.2. Порівняльні характеристики скручених пар

 

Показник	UTP	FTP	S/FTP	S/STP
Ціна в $ за 1 км   Максимальна частота, МГц   Товщина, мм   Встановлення   Заземлення	200-300       5.1   Легке   Легке	280-420       6.2   Легке   Важке	460-690       6.5   Легке   Легке	700-1050       7.3   Важке   Легке

 

 

Згідно європейського стандарту мережне обладнання в промислових умовах повинно мати випромінювання до 40 Дб на відстані 10 м, а для комерційних та непромислових умов експлуатації – до 30 Дб (показник ЕМІ).

 

Коаксіальний кабель

 

Коаксіальний кабель складається із центрального провідника (одно- або багатожильного), покритого шаром полімерного ізолятора, поверх якого розташований інший провідник - екран. Екран являє собою плетіння з мідного проводу або фольги, обгорнених навколо ізолятора. У високоякісних кабелях присутні і плетіння і фольга. Коаксіальний кабель забезпечує більш високу завадостійкість у порівнянні із скрученою парою, але він значно дорожчий. Існують різні види коаксіальних кабелів. При установці мережі необхідно вибирати кабель у точній відповідності із специфікацією на обладнання.

За техніко-експлуатаційними характеристиками розрізняють широко- та вузькосмугові коаксіальні кабелі. Широкосмугові коаксіальні кабелі мають швидкість передавання сигналу 300-500 Мбіт/с, загасання сигналу на частоті 100 МГц – до 7 Дб на 100 м. Погонна затримка поширення сигналів – 2-5 нс/м. Вузькосмугові коаксіальні кабелі мають швидкість передавання до 50 Мбіт/с, загасання сигналів на частоті 10 МГц - 4 Дб на 100м, а інші параметри аналогічні. Довжина коаксіального кабеля в мережі переважно визначається загасанням сигналу. Якщо сигнал загасає дуже сильно, то використовують повторювач, який його поновлює.

 

Оптоволоконний кабель

 

В оптоволоконних кабелях сигнали передаються у вигляді мо- дульованих світлових імпульсів. У якості світловода виступає тонкий скляний циліндр. Довкола нього – скляна оболонка з великим коефіцієнтом переломлення. Усе це знаходиться під зовнішньою полівінілхлоридною оболонкою. Зверху може знаходитися броньоване плетіння зі сталі, чи пластику. Чим кабель краще захищений, тим він товстіший, і з ним складніше працювати. Останнім часом все ширше використовують прозорі пластикові волокна.

Оптоволоконні кабелі поділяються на 2 види – одномодові і багатомодові.

В одномодовому кабелі товщина внутрішньої жили дорівнює довжині хвилі світлового сигналу (~10мкм), ослаблення сигналу незначне. Для генерації світла використовуються напівпровідникові лазери. Теоретично можлива максимальна швидкість передавання доходить до 200 Гбіт/с, а відстань передачі до 110 км.

У багатомодовому кабелі декілька жил, є можливість одночасно посилати кілька потоків даних. Відстань передачі до 2-3 км.

Сигнал в оптоволокні майже не загасає і не спотворюється. Немає залежності і від електромагнітних перешкод. Оптоволоконні кабелі в основному використовують при створенні магістральних ліній зв’язку комп’ютерних мереж.

 

1.3 Комунікаційні мережні засоби

 

Повторювачі (Repeaters)

Для побудови найпростішої односегментної мережі досить мати мережні адаптери і кабель відповідного типу. Але навіть у цьому простому випадку часто використовуються додаткові пристрої - повторювачі сигналів (repeaters), які дозволяють подолати обмеження на максимальну довжину кабельного сегмента.

Основна функція повторювача - одержавши дані на одному із своїх портів негайно перенаправляти (forward) їх на інші порти. У процесі передачі даних на інші порти дані формуються заново, щоб виключити будь-які відхилення, що могли виникнути під час руху сигналу від джерела.

Повторювачі також можуть виконувати функцію, названу "поділ". Якщо визначено велику кількість колізій, що відбуваються на одному з портів повторювача, останній робить висновок, що відбулася аварія на сегменті, підключеному до цього порту, і ізолює такий сегмент від іншої мережі. Функція “поділ”, таким чином, запобігає поширенню помилок в одному сегменті на всю мережу.