Типы кабелей и их характеристики

 

Необходимо помнить пять основных характеристик при выборе кабеля.

Какие же это характеристики?

- Пропускная способность и ширина полосы пропускания.

Пропускная способность – это количество информации, которое кабель может передать за определенный период времени. Ее измеряют обычно в мегагерцах (1 000 000 бит) в секунду, или Мб/сек. Потенциальная пропускная способность определяется физической природой кабеля.

Ширина полосы пропускания измеряется разностью между высокой и самой низкой частотами, которые среда может передать. Диапазон этих частот измеряется в герцах (Гц) и прямо связан с пропускной способностью. Чем шире полоса пропускания, тем выше пропускная способность, так как большой диапазон частот позволяет передавать больше информации за данный период времени.

 

- Стоимость. Из-за того, что цена на разные типы кабели различна и зависит от имеющегося в наличии оборудования, окончательный выбор цены кабеля зависит от нескольких факторов. Вы должны принимать во внимание стоимость монтажных работ, влияние скорости передачи на производительность и склонность среды к моральному старению. Вам также надо решить, нужна ли новая инфраструктура или достаточно уже существующей. На такое решение будет оказывать влияние стоимость эксплуатации и технической поддержки новой и существующей систем.

Допустимые размеры и расширяемость. Эти спецификации определяют размеры и масштабируемость (потенциальные возможности расширения системы): максимально возможное количество узлов в сегменте, максимальную длину сегмента и максимальную длину сети.

Каждая из этих спецификаций основана на физических характеристиках кабеля. Затухание, то есть величина потерь сигнала на определенной его длине, ограничивает максимальное количество узлов и максимальную длину сегмента. Максимальная длина сегмента определяется величиной задержки передачи, то есть интервалом между временем ввода команд в ваш компьютер и временем их приема сервером.

 

Типы разъемов. Разъемы – это устройства для подключения кабелей к сетевому оборудованию. Каждому типу кабеля требуется свой тип разъема.

Помехоустойчивость. Помехи могут искажать информационные сигналы. Двумя видами помех влияющих на передачу данных, являются электромагнитные помехи (EMI) и радиочастотные помехи (RFI).

EMI и RFI представляют собой волны, излучаемые токонесущими кабелями и электроприборами, к которым относятся двигатели, линии электропередачи, телевизоры, копировальные аппараты и люминесцентные лампы.

Рассмотренные пять характеристик относятся ко всем средствам передачи информации, в которых сигналы создаются электрическим напряжением, а затем посылаются по определенному пути. Эти сигналы могут быть аналоговыми или цифровыми.

• Аналоговые сигналы представляют собой меняющееся напряжение, которое преобразуется в непрерывные звуковые колебания и характеризуются неточностью передачи.

• Цифровые сигналы представлены определенными величинами напряжения, которые преобразуются в импульсы со своими значениями, называемые битами. Цифровые сигналы характеризуются более высокой точностью передачи.

• Провод содержит в себе центральный проводник из меди, которая переносит электромагнитный сигнал, а оплетка действует одновременно как экран от помех и как земля для сигнала. Изолирующий слой обычно состоит из керамического материала или пластика, например поливинилхлорида (ПВХ).

• Изолятор отделяет медную жилу от металлического экрана и предотвращает короткое замыкание между ними. Оболочка защищает кабель от механических повреждений и обычно изготавливается из эластичного огнестойкого пластика. Коаксиальный кабель оказывает большое противодействие помехам благодаря изоляции и защитной оплетке. Он также может передавать сигналы дальше, чем витая пара, без промежуточных усилителей, хотя не так далеко как волоконно-оптический кабель. Коаксиальный кабель дороже витой пары и обычно обеспечивает меньшую пропускную способность. Он требует на каждом конце своего сегмента установки 50-омного резистора для борьбы с отражением сигнала – явления, при котором информационные сигналы бесконечно возвращаются между двумя концами сети. Коаксиальный кабель также требует заземления на одном из своих концов.

 

Рис., 3.1. Коаксиальный кабель

 

Коаксиальные кабели поставляются различных типов и с разными специфика­циями. Тем не менее сегодня используются только два или три их типа. Для коак­сиальных кабелей, применяемых в телекоммуникационных системах, наиболее важной характеристикой является волновое сопротивление (импеданс, то есть = полное сопротивление) - величина, характеризующая противодействие, или сопротивление, проводника прохождению переменного тока. Единицей измерения такого сопротивления является ом.

Чтобы лучше понять, что такое сопротивление, представьте себе открытое окно. Ветер легко проникает через него, но если окно закрыть сеткой, то ветру будет создана преграда. Чем плотнее сетка, тем больше будет, оказываться сопро­тивление ветру. Закрыв окно стеклом, мы обеспечим максимальную преграду; ветру.

Каждый тип коаксиального кабеля определяется своими спецификациями, как показано в таблице 3.1.

Таблица 3.1. Типы коаксиального кабеля

 

Обозначение	Тип	Волновое сопротивление	Описание
RG-58/U	Thinwire (тонкий)	50 ом	Медный одножильный
RG-58A/U,	Thinwire (тонкий)	50 ом	Медный многожильный
RG-58 C/U	Thinwire (тонкий)	50 ом	Военный вариант RG-58 A/L)
RG-59	CATV (кабельное ТВ)	75 ом	Вещательный кабель для кабельного ТВ
Обозначение	Тип	Волновое сопротивление	Описание
RG-8	Thickwire (толстый)	50 ом	Одножильный, диаметром около 0,4 дюйма
RG-11	Thickwire (толстый)	50 ом	Многожильный, диаметром около 0,4 дюйма *
RG-62	Baseband (узкополосный)	90 ом.	Используется для ARC net и терминалов IBM 3270

Витая пара

Витая пара - это самый распространенный вид кабеля, используемого в ло­кальных вычислительных сетях. Он относительно недорог, эластичен и легко монтируется. Он не позволяет достичь такой же дальности, как коаксиальный ка­бель, но все же длина витой пары без применения репитеров для регенерации и усиления сигнала является значительной. Витая пара легко может быть приспо­соблена под многие сетевые схемы, или топологии, и позволяет обеспечивать более высокие скорости передачи, чем коаксиальный кабель. Из-за своей эла­стичности витая пара более подвержена механическому повреждению, чем коак­сиальный кабель. Тем не менее достоинства витой пары перевешивают этот не­достаток.

Витая пара применяется для телефонной проводки. Различные области приме­нения могут потребовать витых пар различных категорий; тем не менее независи­мо от категории или области применения все витые пары состоят из изолирован­ных медных проводов диаметром от 0,4 до 0,8 мм, скрученных попарно и помещенных в оболочку из пластика (рис. 3.2). В телефонии провода этой пары обозначаются как «tip» и «ring». Один из них - «tip» - подключается к положи­тельному выводу батареи, который в телефонии равносилен земле стандартной электрической цепи. Другой провод - «ring» - служит проводником для отрица­тельного вывода сигнала (48 вольт).

Витки в парах, называемых также симметричными двухпроводными лилия­ми, помогают уменьшить действие переходных помех (наводок), то есть влия­ние сигнала одной пары на сигнал другой пары. Величина переходных помех из­меряется в децибелах (дБ) - единицах измерения мощности сигнала или интенсивности звука. Полной тишине соответствует 0 дБ, в десять раз более мощ­ному звуку соответствует 10 дБ, а стократному увеличению соответствует 20 дБ (а не 100 дБ). Межкабельные наводки, возникающие, когда сигналы одного кабеля вмешиваются в процесс передачи информации по другому кабелю, являются еще одной формой переходных помех. Это часто происходит в пучке из многих кабелей, проложенном в слишком тесной кабельной трубе.

Рис. 3. 2. Защищенная, незащищенная и экранированная витые пары

Количество витков на дюйм в паре проводов определяет степень устойчивости пары к помехам. Лучшие и более дорогие витые пары имеют больше витков на фут это соотношение известно как коэффициент скрутки (twist ratio). Одним из недостатков больших коэффициентов скрутки является вероятность повышен­ного затухания.

Витые пары делятся на три вида: защищенная, незащищенная и экранированная витая пара.

• Защищенная витая пара (STP - shielded twisted-pair). Она состоит из изо­лированных витых пар, каждая из которых окружена экраном из метал­лического материала, например фольги или сетки, который должен иметь над­лежащее заземление. Экран действует как антенна и превращает помехи в ток, который наводит равный ему ток с противоположным знаком в окруженной экраном витой паре. Помеха на экране является зеркальной по отношению к помехе на паре, и они взаимно компенсируются. Эффективность экрана зависит от помех среды, в которой находится STP, заземляющего механизма и от материала, толщины, симметричности и согласованности экрана.

• Незащищенная витая пара (UTP - unshielded twisted-pair). Она состоит из одной и более пар проводов, заключенных в пластиковую оболочку. Из-за того, что она не имеет дополнительного экрана, незащищенная витая пара дешевле и менее устойчива к помехам, чем STP и экранированная витая пара (ScTP). Защита UTP от помех EMI и RFI обеспечивается электрической сим­метрией между двумя проводниками пары и равномерностью скрутки, поэтому пара называется также симметричной.

• Экранированная витая пара (ScTP - Screened twisted-pair). Она состоит из одной и более пар изолированных проводников, помещенных в цельный экран из ламинированной фольги (пленочный экран) с хотя бы одним луженым дренажным проводом и заключенных в пластиковую оболочку. Благодаря сво­ей конструкции ScTP более устойчива к радиочастотным помехам и переходным помехам. Защита ScTP от EMI и RFI обеспечивается электрической, симметрией двух проводников пары и равномерностью скрутки. Дренажный проводник и экран должны всегда обеспечивать непрерывность и общую точку заземления.

В 1991 году Американский национальный институт стандартов ANSI (American National Standards Institute), Ассоциация электронной промышленности EI A (Elec­tronic Industries Alliance) и Ассоциация телекоммуникационной промышленности TIA (Telecommunications Industry Association) выпустили свой первый совместный стандарт, названный Телекоммуникационным стандартом кабельных систем ком­мерческих зданий ANSI/EIA/TIA-568 (Commercial Building Wiring Standard). Известный также как стандарт для структурированных кабельных систем, он был призван обеспечить унификацию кабельного хозяйства в масштабах предприятия в условиях поставок от разных изготовителей. Стандарт выполнял две задачи: он разделил кабели «витая пара» на несколько категорий, как показано в таблице 3.2, и предложил методы

Категория Максимальная скорость передачи Рекомендуемое применение и информация CAT1 20 Кб/сек. Аналоговая проводка для передачи голосовых сигналов и сиг­нальной информации САТ2 4 Мб/сек В современных сетях не используется, но все еще применяется в кабельных системах IBM и сетях Token Ring САТЗ Обычно10 Мб/сек, но возможна и 16 Мб/сек Передача голосовых сигналов и данных в сетях Ethernet 10 Мб/сек и сетях Token Ring 4 Мб/сек САТ4 От 16 до 20 Мб/сек Token Ring 16 Мб/сек (больше не используется); гарантирует передачу сигнала до 20 МГц САТ5 100 Мб/сек Ethernet 100 Мб/сек и ATM (Asynchronous Transfer Mode - сеть с асинхронным режимом передачи данных); гарантирует передачу сигнала до 100 МГц - САТ5е (усовершенст­вованная САТ5) 1000 Мб/сек, или 1 Гб/сек (гигабит в секунду) / Fast Ethernet и другие технологии; частотный диапазон сигнала до 200 МГц и новейшие методы снижения переходных помех САТ6 1000 Мб/сек Fast Ethernet и другие технологии; такая же, как САТ5е, но с лучшими характеристиками. Гарантирует частоту сигнала 250 МГц CAT 7 В настоящее время неизвестна Такая же, как САТб, с частотой сигнала 600 МГц. Стандарт САТ7 в настоящее время проходит проверку

Таблица 3. 2. Категории витых пар, скорости передачи и области применения применения

оптимального создания сетевой среды с максимальной произво­дительностью и минимальными затратами на обслуживание.

Волоконно-оптический кабель

Волоконно-оптический (оптоволоконный) кабель содержит один или не­сколько световодов из стекловолокна в своем «ядре». Информация передается по­средством преобразования на передающем конце электрических сигналов в свето­вые, которые затем передаются по центральным световодам в виде световых импульсов. Эти импульсы вырабатываются лазером или светодиодом и на прием­ном конце снова преобразуются в электрические сигналы. Световоды окружены стеклянным слоем отражающей оболочки (cladding), имеющим более низкий коэффициент преломления, чем у центрального световода. Коэффициент пре­ломления служит мерой способности изменять путь света, и отражающая обо­лочка действует как зеркало, отражающее свет обратно к центральному световоду по схеме, зависящей от режима передачи (transmission mode - режим работы во­локонно-оптического кабеля). Такое явление называется полным внутренним отражением, и оно позволяет изгибать световод под углом без снижения целост­ности сигнала. Над отражающей оболочкой находится слой пластика и оплетка из кевлара (Kevlar - улучшенное полимерное волокно), называемая буфером и защи­щающая внутреннее ядро. Оплетку покрывает пластиковая оболочка. Различные слои типичного волоконно-оптического кабеля показаны на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Базовый тип оптического кабеля

Волоконно-оптический кабель имеет много типов, но все они делятся на две категории - одномодовые и многомодовые. Одномодовый кабель несет одновре­менно единственную световую волну для передачи данных от одного конца кабеля до другого. По одномодовому кабелю данные передаются быстрее и дальше, но с очень высокими затратами. Многомодовый кабель может нести одновременно много световых волн как по одному, так и по нескольким светово­дам. Он наиболее распространен в сетях передачи данных.

 

 

Сравнение кабелей и их характеристик

Познакомившись с различными типами кабелей и их характеристиками для различных применений, теперь вы сможете их сравнивать. Это поможет вам принять наилучшее решение при выборе кабеля для своих приложений. К обозначениям, определяющим тип среды, используемой сетью, относятся 10Base5, 10Base2, 10BaseT и 100 (или 1000) BaseT. Число «10» (100 или 1000) означает, что скорость передачи данных, или пропускная способность, равна 10 Мб/сек. «Base» означает узкополосную передачу (англ. - baseband), то есть для каждой передачи используется вся полоса пропускания кабеля. Цифра «5» является сокращением от 500 м, а «2» - от 185 м, что означает максимальную длину сегмента кабеля. Наконец, «Т» означает UTP, то есть витую пару. Запомнив эти обозначения, вы легко сможете определить тип кабеля.

 

 

Кабель ThickNet (10Base5)

Кабель ThickNet (10Base5) также известен как «толстый Ethernet)) (ThickWire Ethernet), «желтый Ethernet)) (Yello'wEthernet) и как «желтый поливочный шланг» (Yellow garden hose) из-за желтого цвета своей оболочки. Характеристики кабеля ThickNet перечислены в следующем списке:

• ThickNet имеет максимальную скорость передачи 10 Мб/сек и использует узкополосный режим передачи, при котором цифровые сигналы передаются по проводу при помощи импульсов постоянного тока. Такие импульсы требуют всей пропускной способности проводника, поэтому одновременно может передаваться только один сигнал.

• Хотя ThickNet дешевле волоконно-оптического кабеля, он все же значительно дороже, чем ThinNet или витая пара.

• ThickNet требует применения врезаемого в кабель разъема «вампир» (разъе­ма, прокалывающего в кабеле отверстие) для подключения к трансиверу и або­нентских отводов для соединения телекоммуникационных устройств. Разъем «вампир» показан на рис. 3.4.

• Вследствие своего большого диаметра и экрана ThickNet имеет самую высо­кую помехоустойчивость среди доступных для. выбора кабелей широкого применения.

• Высокая помехоустойчивость ThickNet позволяет передавать данные дальше, чем большинство других типов кабелей. Максимальная длина его сегмента равна 500 м. ThickNet допускает до 100 узлов на сегмент. Максимальная длина сети на этом кабеле равна 1500 м. Для минимального взаимного влияния стан­ций устройства должны быть разделены расстоянием 2,5 м.

 

ThinNet (10Base2)

Кабель ThinNet (10Base2) также называется «тонким Ethernet)) (thin Ethernet) или «черным Ethernet)) из-за черного цвета оболочки. Он был наиболее распространен­ной средой передачи в локальных вычислительных сетях Ethernet в 1980-х годах. Характеристики ThinNet описаны в следующем списке:

• ThinNet может передавать данные с максимальной скоростью 10 Мб/сек и использует узкополосный режим передачи.

• ThinNet дешевле, чем ThickNet и волоконно-оптический кабель, но дороже_; витой пары. Готовые кабели ThinNet поставляются по низкой цене, примерно по 1 доллару за фут, поэтому ThinNet иногда называют «cheapnet» (cheap по-английски - дешевый).

•Для ThinNet используются разъемы BIN С (British Naval Connector) и BNC/T

при подключении кабелей к устройствам (рис. 3.5). BNC-разъем устанавливает­ся на кабель, а разъем BNC/T является Т-образным адаптером, к одному выводу которого подключается сетевая интерфейсная карта станции (NIC - network interface card). К двум остальным его концам подключается шина.

• Благодаря своей изоляции и экрану ThinNet более помехоустойчив, чем витая пара, но не настолько, как ThickNet.

ThinNet имеет максимальную длину сегмента 185 ми допускает до 30 узлов в сегменте. Общая длина сети для ThinNet немногим больше 550 м. Для мини­мального взаимного влияния станций устройства должны быть разделены расстоянием не менее 0,5 м. Рис. 3.4. Разъем «вампир»

Рис. 3.5. Разъемы BNC и BNC/T

Витая пара: защищенная, незащищенная и экранированная (10BaseT)

Все виды витых пар, защищенная, незащищенная и экранированная, имеют много общих характеристик. В приведенном ниже списке содержатся характери­стики кабелей STP, UTP, ScTP и описывается их сходство иразличие.

• Как STP, так и UTP могут передавать данные со скоростью 10 Мб/сек. UTP кате­гории САТ5 может передавать данные со скоростью 100 Мб/сек, а кабели кате­горий СAT5e и САТ6 имеют скорость передачи 1000 Мб/сек (1 Гб/сек).

• Стоимость STP, ScTP и UTP различна и зависит от качества медных проводни­ков, категории кабеля и имеющихся в нем усовершенствований. Тем не менее STP и ScTP обычно дороже, чем UTP, САТ5е обычно на 20 процентов дороже, чем UTP, а САТ6 дороже, чем САТ5е.

• Для всех витых пар используются 8-контактные разъемы RJ-45, внешне похо ­ жие на стандартные телефонные разъемы, как показано на рис. 3.6.

• Благодаря своей защите или экранированию STP и ScTP более устойчивы к помехам, чем UTP. Кабель UTP имеет наименьшую помехоустойчивость среди основных типов кабелей. Для уменьшения действия помех при его использовании могут применяться методы фильтрации и балансировки.

• Максимальная длина сегмента для STP и UTP равна 100 м, для ScTP - 98 м. Это меньше, чем у коаксиального кабеля, и причиной является большая под­верженность витой пары воздействию помех. Витая пара допускает максимум 1024 узла в сегменте. Общая максимальная длина сети зависит от используе­мого метода передачи.

Волоконно-оптический кабель

Он называется также оптоволоконным кабелем. До недавнего времени воло­конно-оптический кабель применялся главным образом в качестве магистраль­ного кабеля. Такая магистраль соединяет одно телекоммуникационное помеще­ние (TR) с другим, помещения TR с аппаратными и одну аппаратную здания с другой аппаратной. В приведенном ниже списке описаны характеристики воло­конно-оптического кабеля.

Рис. 3.6. Разъем RJ-45

• Волоконно-оптический кабель всегда служил для надежной передачи данных со скоростями порядка 1 Гб/сек. Применяя метод DWDM (dense wave division multiplexing - мультиплексирование с разделением длины волны и уплотнением), в котором производится одновременная передача множества сигналов на различных длинах воли в одном кабеле, можно достичь скорости передачи до 40 Гб/сек. Такая высокая пропускная способность достигается отчасти благодаря физике проходящего в стекле света. Свет практически не встречает сопротивления и может продвигаться с высокой скоростью.

 

• Волоконно-оптический кабель является одним из самых дорогих типов кабе­лей. Прокладка такого кабеля к персональному компьютеру была запретной темой из-за своей цены, и только недавно о ней заговорили. Дорогим является не только сам кабель, но и совместно используемые с ним коммуникационные сетевые устройства - сетевые интерфейсные карты (NIC) и хабы. Они могут стоить в пять раз дороже, чем подобное им оборудование для сетей на витой паре.

• Волоконно-оптический кабель труднее монтировать и изменять его схему, чем большинство других типов кабеля. Монтаж и сращивание волоконно-оптическо­го кабеля являются крайне трудной работой, требующей большой точности. Ее выполняют монтажники с сертификатом на работу с волоконно-оптическими кабелями, и их труд оплачивается выше, чем работа монтажника витых пар. Многие изготовители волоконно-оптического кабеля и принадлежностей к нему начали разработку продукции, облегчающей его монтаж.

• Для волоконно-оптического кабеля применяются несколько типов разъемов. Стандартными промышленными разъемами являются ST и SC, показанные на рис. 3.7, и разъемы малого форм-фактора MT-RJ.

• Волоконно-оптический кабель невосприимчив к помехам ЕМТ и RFI и поэтому имеет наилучшую помехоустойчивость среди всех типов кабелей. Такая высокая помехоустойчивость является одной из Причин больших длин волоконно-оптических линий без применения репитеров для регенерации сигналов.

• Волоконно-оптический кабель может передавать сигналы дальше и на скоростях более высоких, чем коаксиальный кабель и витая пара. Максимальная длина сег­мента сети для волоконно-оптического кабеля равна 100 м. Максимальная общая длина сети зависит от типа используемого волоконно-оптического кабеля. Для многомодового кабеля максимальная длина сети равна 2 км, а для одномодового - 3 км. Тем не менее одномодовый кабель используется главным образом для сетевой передачи на дальние расстояния и почти никогда — для локальных вычислительных сетей, за исключением магистралей.

 

Разьем ST

в. 3.7. Разъемы для волоконно-оптического кабеля ST и SC

Беспроводные технологии

В беспроводных технологиях компьютеры обмениваются информацией, используястандартные сетевые правила, или протоколы, без применения кабельной системы для соединения компьютеров. Вместо этого компьютеры посылают и принимают информацию посредством беспроводных инфракрасных сигналов или радиоволн. Инфракрасные сигналы требуют установки приемо-передающего оборудования в зоне прямой видимости, радиоволнам же этого не требуется.

Беспроводные сети могут устанавливаться как закрытые сети организации (sole network) или же обеспечивать связь проводной сети с ее участками, куда про­кладывать кабель слишком трудно или дорого. Конфигурация беспроводных сетей может создаваться с теми же функциональными возможностями, как и в любой проводной сети.

Беспроводным сетям, так же как и проводным сетям, требуются сетевые карты (NIC), установленные в сетевых устройствах, но беспроводные карты содержат встроенные антенны. В беспроводных сетях используются точки доступа (access points), которые работают как хабы проводной сети. Точка доступа обменивается сигналами с окружающими ее компьютерами через NIC. Точки доступа также обеспечивают точку обмена между беспроводной и проводной сетью.

В настоящее время беспроводные сети могут передавать информацию со скоростью около 11 Мб/сек. Эта скорость зависит, в основном от количества пользователей сети и размеров передаваемых файлов. Скорость передачи зависит также от удаления компьютера от точки доступа и от материала объектов, находя­щихся на пути сигналов. Кроме того, из-за возможного выхода сигналов сети за стены здания необходимо принимать дополнительные меры безопасности по защите передаваемой информации.

 

 

Сетевые топологии

Они бывают двух типов. Первый тип, физическая топология, является физиче­ской схемой сети, в которую входит конфигурация кабелей и устройств. Второй тип, логическая топология, описывает метод, используемый для связи между устройст­вами. Физическую топологию необходимо составлять перед проектированием сети, так как она может повлиять на выбор логической топологии (например, Ethernet или Token Ring), на прокладку кабельной сети в вашем здании и на выбор используемых средств. Представления о физической топологии сети также нужны для устранения возникающих в ней проблем и изменений в ее инфраструктуре.

Физическая топология классифицируется на основании трех геометрических форм: «шина», «кольцо» и «звезда». Эти формы могут смешиваться и образовывать гибридные топологии. Четвертым типом топологии является отказоустойчивый граф (fault-tolerant mesh), часто применяемый для сетей с бесперебойной работой.

Шинная топология

В ней для соединения всех узлов сети применяется один кабель без вмешательства промежуточных устройств. Шинная топология требует применения 50-омного резистора терминатора на каждом конце. Большинство шинных топологий ос­новано на методе коммуникации Ethernet. Типичная шинная топология показана на рис. 3.8.

.8. Шинная топология '. ■

Общий кабель называется шиной, и она может поддерживать только один канал. В результате этого общая пропускная способность шины делится между узлами. Шинная топология может считаться одноранговой топологией, так как каждое сетевое устройство разделяет ответственность за передачу данных из однойточки в другую. Также каждый узел уведомляется о каждой передаче, и каждая передача проходит по каждому узлу, хотя только узел назначения читает и обрабатывает ее.

Достоинства шинной топологии заключаются в следующем:

Легкость монтажа и добавления устройств.

Меньшее количество кабеля, чем для других топологий.

Меньшая стоимость монтажа, чем у других топологий

К сожалению, у нее есть и недостатки:

Шине требуются 50-омные резисторы-терминаторы на каждом конце.

При обрыве кабеля выходит из строя вся сеть.

При выходе из строя сети трудно искать неисправность.

Шинная топология не предназначена для систем большого масштаба. Ее предел - 10 подключений.

 

Кольцевая топология

В ней каждый узел соединен с двумя ближайшими узлами, и вся сеть образует круг (рис. 3.9). Данные циркулируют по кольцу в одном направлении. Каждый узел принимает каждый информационный блок, и при его прохождении узел исполняет роль, репитера, то есть устройства регенерации сигнала. Кольцевая сеть не имеет концов, и передача данных останавливается в месте назначения. По этой причине здесь не нужны терминаторы. В кольцевой топологии в качестве метода коммуникации обычно используется передача маркера, что предотвращает сете­вые коллизии.

Метод передачи маркера заключается в управлении способностью узла передавать данные. Перед тем как узел сможет передавать данные, он должен сначала владеть маркером. На время, когда узел владеет маркером, ни один другой узел не может передавать данные, пока активный узел не закончит работу. Блок данных присоединен к маркеру и проходит вокруг кольца до узла назначения. Узел назначения после по­лучения данных посылает маркер обратно по кольцу к станции отправки, которая за­хватывает маркер, проверяет по нему, был ли получен блок данных, освобождает маркер, и тот идет по кольцу, чтобы быть использованным другим узлом.

Кольцевая топология применяется главным образом в сетях Token Ring и FDDI. Сеть FDDI (FiberDistributed Data Interface— распределенный интерфейс пере­дачи данных по волоконно-оптическим каналам) состоит из двух колец: первично­го ивторичного. Вторичное кольцо обеспечивает отказоустойчивость (за счет избы­точности) и резервное хранение данных на случай выхода из строя первичного кольца (рис. 3.9). Такая избыточность очень важна для современных реализаций и помогает исключить проблему разрыва сети однокольцевой топологии.

Кольцевая топология имеет следующие достоинства:

• Благодаря методу передачи данных в сети нет коллизий.

• Каждый узел работает как репитер, поэтому необходимость в дополнительном оборудовании отсутствует.

• Требуется меньше кабеля, чем в других топологиях. Вместе с тем у кольцевой топологии есть и недостатки:

• Выход из строя одной рабочей станции может парализовать всю сеть.

• Она недостаточно гибка и ухудшается при расширении, так как время отклика увеличивается с каждым добавленным узлом.

• При подключении новых станций, заменах и обслуживании необходимо выключать всю сеть, так как все узлы соединены воедино.

 

Топология «звезда»

 

|Рис. 3.9. Кольцевая топология и двойное кольцо FDDI

При такой топологии каждый узел подключен через центральное устройство (например, хаб). На рис. 3.10 показана типичная топология «звезда». Каждый фи­зический кабель в топологии «звезда» подключен только к двум устройствам, поэтому проблемы с кабелем будут затрагивать не более двух узлов. Из всех узлов данные передаются в хаб, который затем передает их в сегмент, содержащий узел назначения.

Топология «звезда» требует больше кабеля и более широкой конфигурации, чем другие топологии, но неисправность одной рабочей станции или одного кабеля не может приводить к выходу из строя всей сети. Неисправность в хабе сможет парализовать целый сегмент, но обычно не приводит к «обрушиванию» всей сети. Благодаря способу построения кабельной сети в топологии «звезда» в ней легко производить перемещения, отключения или взаимную связь с другими сетями. Добавление узлов, проведение обслуживания и других изменений не

Рис. 3.10. Топология «звезда»

влияют на сеть и, не ведут к ее выключению. Из-за того, что топология «звезда» обеспечивает больше гибкости и возможностей для расширения, чем другие топо­логии, она используется в большинстве современных сетей Ethernet. Топология «звезда» дает следующие преимущества:

• Повреждение одного кабеля не влияет на другие станции, так как в сегменте имеется только одна станция.

• Топология «звезда» более надежна, так как в сегменте имеется только одна станция.

• Устранение неисправностей в топологии «звезда» осуществляется легче, так как признаки обычно показывают на одну станцию в сегменте.

• Не нужны терминаторы, так как передающая среда имеет на концах станцию или хаб.

• Топология «звезда» более гибка и способна к наращиванию, чем большинство других топологий.

При наличии большого количества достоинств топология «звезда» имеет не­сколько недостатков:

• Для нее необходимо больше кабеля, чем для большинства других топологий.

• Хабы-стоят дороже, чем терминаторы.

• Неисправности в хабе выводят из строя целый сегмент локальной вычисли­тельной сети.

Топология «граф» (ячеистая сеть)

В такой топологии все устройства имеют множество избыточных связей с другими узлами, как показано на рис. 3.11. Топология «граф» имеет два типа: полный граф и частичный граф.

"Рис. 3 .11. Топология «граф»

В топологии «полный граф» (полносвязная сетка) каждый узел связан со всеми остальными узлами сети, что обеспечивает множество путей для прохождения данных от станции отправки до станции назначения в условиях высокой избы­точности. Если в одном из путей возникает проблема или он выходит из строя, то данные направляются по одному из других путей. Полный граф обычно применя­ется для построения сетевых магистралей.

В топологии «частичный граф» (частичносвязная сетка) некоторые узлы соединены с применением схемы полного графа, в то время как другие соединены только лишь с одним или двумя узлами. Такой подход также обеспечивает избыточность, но в меньшей степени, чем полный граф. Топология «частичный граф» обычно применяется в локальных вычислительных сетях, подключенных к магистрали с полным графом.

Топология «граф» имеет следующие достоинства:

• При неисправности одного соединения данные могут быть перенаправлены по множеству альтернативных путей.

• Топологая «граф» обеспечивает более высокий уровень безопасности, так как каждое устройство имеет свое соединение с каждым другим устройством.

• Снижается количество проблем поиска неисправностей.

• Граф обеспечивает более высокую стабильность и надежность.

Даже при таком количестве достоинств у топологии «граф» есть недостатки:

• В ней применяется больше кабеля, чем в любой другой топологии.

• Стоимость ее монтажа гораздо выше, чем у других топологий.

• Возможны затруднения при ее монтаже и настройке в очень больших сетях.

 

Проектирование эффективной сети

Перед тем как приступить к проектированию сети, вам нужно получить представление об ее относительных масштабах и о том, каких функций ожидает ваш клиент от этой сети. Предпосылками для проектирования сети являются оценка функциональных требований, определение размеров сети и обеспечение ее под­ключаемости внешним системам. Закончив предварительную оценку, можно начинать работу над проектом.

В этом разделе рассказывается о шагах по созданию гибкого и надежного про­екта, отвечающего запросам клиента. Приведенный ниже список поможет вам выработать нужные решения.

• Оценка функциональных требований. Составьте список задач, которые вы собираетесь автоматизировать или сделать более эффективными. Определите, какие бизнес-приложения нуждаются в поддержке, и будет ли сеть просто обеспечивать коллективный доступ к текстовым файлам для их дальнейшей обработки или же поддерживать многопользовательские базы данных. Также определите другие потребности (например, электронную почту, веб-сервер, операции с торговыми терминалами и доступ в Интернет).

• Определение размеров сети. Определите предполагаемые размеры сети, под­считав количество пользователей и интенсивность их работы в сети. Пла­нируйте дальнейший рост, предусматривая резерв пропускной способности с самого начала. Подсчитайте вероятную загрузку сети на два или три года путем оценки количества новых пользователей; также подсчитайте вероятный пиковый рост запросов среднего пользователя на объемы хранящихся данных, исходя из бизнес-стратегии вашего клиента. Планируйте в вашем проекте спо­собность к легкому наращиванию ресурсов при осуществлении дополнений к имеющимся технологиям.

• Подключаемость. Определите, какие типы внешних соединений вам нужны. Нужен ли вам доступ в Интернет, и нужны ли вашей сети коммутируемое подключение (dial-up) или постоянная выделенная линия (full-time, dedicated link), также определите ширину требуемой полосы пропускания и необходимость соединения с какой-либо частной (внешней) сетью.

выполнив предварительную оценку, вы можете приступить к работе над проектом. Проект сети включает в себя несколько уровней, и вам необходимо прини-р> решения о каждом из них.

Тип сети. Вы можете выбрать Ethernet, ATM или Token Ring. Относительная фина полосы пропускания, которую ваша сеть должна поддерживать, явля-гся существенным фактором при выборе типа сети.

Физическая сеть. Она включает в себя кабельную систему, лицевые панели (faceplates) и другие компоненты базовой инфраструктуры. Тип кабельной системы, которую вы будете устанавливать, зависит от типа сети, выбранного вашим клиентом.

Сетевое коммуникационное оборудование. Для того чтобы сеть заработала, ей потребуются устройства, такие, как хабы и маршрутизаторы.

Сетевая операционная система. Преобладающими системами сегодня являются Microsoft Windows NT Server, Windows2000 Advanced Server, Win­dows XP и Novell NetWare. Однако возможны и другие системы. Узнайте, не сделал ли уже ваш клиент такой выбор.

Рабочие станции клиента. Выясните, какая аппаратура нужна вашему клиенту. Это решение зависит от того, какую сетевую операционную систему и операционную систему рабочих станций выбрал клиент.