Применяемые кабельные системы

Модель OSI.

Международная организация стандартов ISO (International Standard Organization) предложила некоторую абстракцию – модель открытых систем OSI (Open System Interconnected). Согласно этой модели все сетевые технологии проецируется на 7 отдельных уровней, ее также называют семиуровневой моделью.

Каждый уровень данной модели не зависит от остальных и выполняет только свою собственную задачу. Любая сетевая технология может занимать 1 или несколько различных уровней модели.

Уровни нумеруются с 1 по 7 снизу вверх.

1 уровень - физический. Данный уровень отвечает за кодирование и передачу сигналов в физической среде. Сигналы передаются в виде 0 и 1.

2 уровень – канальный. Данный уровень отвечает за формирование единицы передачи данных и трансляцию сигнала из цифрового формата в формат среды передачи. Единица передачи - фрейм.

3 уровень – сетевой. Данный уровень отвечает за маршрутизацию (выбор оптимального пути) и организацию негарантированной доставки данных. Единица передачи – пакет.

4 уровень – транспортный. Преобразует входящий поток данных в логические единицы передачи (пакеты), а также отвечает за систему гарантированной доставки данных (существует 3 метода).

5 уровень – сеансный. Отвечает за организацию логического (виртуального) канала связи между отправителем и получателем информации. Устанавливается до передачи данных, закрывается после.

6 уровень – представлений. Отвечает за кодирование информации из формата используемой платформы в усредненный сетевой формат. Позволяет создавать так называемые гетерогенные сети, независящие от платформы.

7 уровень – приложений. Отвечает за интерфейс работы с пользователем, т.е. набор команд, которые может применять пользователь.

Уровни с 2 по 6 являются инкапсулирующими, т.е. каждый более низкий уровень инкапсулирует информацию более высокого уровня, добавляя к ней свои служебные данные.

Служебные данные каждого уровня обычно формируются отдельной группой, называемой заголовком. Исключение канальный уровень: кроме заголовка используется дополнительная группа, называемая трейлером. Трейлер, в отличие от заголовка находится после данных и используется, обычно, для контроля качества среды передачи данных. Обычно, это расчет контрольной суммы.

 

Сетевые карты.

Для присоединения рабочих станций к сети используют специальные устройства, называемые сетевые интерфейсные карты NIC.

NIC – бывают следующих типов в зависимости от технологии канального уровня:

1. По разрядности или типу данных:

8,16,32 – битные сетевые интерфейсы.

2. По типу подключения:

Сетевые интерфейсы с BNC (коаксиал), RJ-45 (витая), AUI -разъемами. AUI – универсальный сетевой разъем для подключения любой технологии, обычный разъем ТВ -15.

3. По типу системной шины

ISA(8-16 разряд.), PCI(32 разряд.), PCI-Express (последовательная)

Существуют сетевые интерфейсы с несколькими типами подключения. В один момент может работать один из типов подключения. Основным элементом сетевых интерфейсных карт является трансивер – специальное устройство для приема/передачи сигналов из/в среду передачи данных.

Для каждой технологии физического уровня существует собственный тип трансивера. Основные интерфейсы BNC, RJ-45 имеют встроенный трансивер. Внешний трансивер подключается к разъему AUI (AUI кабелем).

Трансивер и вся кабельная система относятся к физическому уровню модели.

 

Концентраторы.

Задача данных устройств получать сигнал из среды передачи по возможности усиливать его и передавать н все возможные выходы. Все рабочие станции, подключенные к данным устройствам, разделяют общую несущую или управляются одним маркером.

Устройства делятся на 2 категории: неинтеллектуальные и интеллектуальные.

Повторитель – неинтеллектуальный концентратор и служит только для усиления сигнала и передачи всех поступающих к нему фреймов на подключенные у нему узлы сети. Пользователи получают одинаковый трафик.

Концентратор (хаб)- интеллектуальный повторитель который выполняет дополнительные функции:

ü Позволяет отслеживать ошибки с сети

ü Объединяет сегменты одного протокола МАС-уровня

ü Осуществляет автосегментацию

ü Является управляемым по протоколу SNMP

ü Поддерживает резервные связи между повторителями

 

Мосты.

Обеспечивающим соединение двух или более сегментов возможно с различными протоколами канального уровня. Например:

Мост, в отличие от повторителей, не пропускает через себя фреймы, если получатель не находится в другом сегменте.

Производится за счет того, что мост знает все MAC -адреса всех подключенных к нему устройств во всех сегментах.

Мосты выпускаются двух видов:

1. Мосты с маршрутизацией от источника на канальном уровне. Источник фрейма размещает в нем информацию о пути его маршрутизации

2. Мосты с прозрачной передачей фреймов. Осуществляют передачув случае отсутствия получателя в сегменте

Отличие первых от вторых заключается в том, что мосты с возможностью маршрутизации могут найти оптимальное направление для передачи фреймов на основе информации о MAC -адресе получателя. Второй тип мостов передает фрейм во все соседние сегменты.

Мост, в отличие от хаба, работает на канальном уровне.

По принципу действия мосты делятся на два типа:

1. Транслирующие.

2. Инкапсулирующие.

Транслирующие мосты при прохождении фрейма производят пересборку структуры фрейма в необходимую технологию канального уровня. Таким образом, информация при прохождении транзитного сегмента полностью видна и обрабатывается в нем.

Инкапсулирующие мосты производят упаковку транзитного фрейма во фрейм технологии канального уровня транзитного сегмента. Таким образом, данные внутри транзитного сегмента не видны, и обрабатываться не могут.

 

Коммутаторы.

К оммутатор – это многопортовое устройство, в основе которого лежит высокоскоростная шина, осуществляющая соединение двух портов, участвующих в передаче данных. В отличие от моста, где все участки сети разделяют пропускную способность, коммутатор позволяет использовать каждому соединению полную пропускную способность сети.

Различают 4 способа коммутации:

1. статическая коммутация портов;

2. статическая коммутация сегментов;

3. динамическая коммутация портов;

4. динамическая коммутация сегментов.

Статическая коммутация. В один момент времени может осуществиться только одно соединение.

В отличие от статической коммутации динамическая позволяет одновременно организовать несколько независимых друг от друга соединений. Такой тип коммутации позволяет увеличить пропускную способность устройства в количество раз, равное половине имеющихся у него портов.

Коммутация портов осуществляется при установке соединения с портами, обслуживающими только 1 MAC-адрес, т.е. к данному порту присоединена только 1 рабочая станция.

Коммутация сегментов позволяет порту работать непосредственно с одним сегментом сети.

Порты с динамической коммутацией могут быть 2-х типов:

1). Порты, использующие коммутацию на лету;

При этом для установки соединения достаточно принятия только заголовка фрейма. После принятия заголовок анализируется и создается соединение с исходящим потоком. Оставшаяся часть фрейма проходит соединение без задержек. Такой тип коммутации является самым быстрым.

2). Порты, использующие коммутацию с буферизацией.

При коммутации с буферизацией изначально входящий фрейм полностью записывается в специальный буфер, далее происходит анализ фрейма и проверка на целостность. Поврежденные фреймы уничтожаются, соответственно остальные отправляются получателю. Данный способ является более медленным, но препятствует распространению поврежденных фреймов.

 

Основные виды топологий.

1. Шинная топология (шина) – наипростейшая топология при которой все участники среды передачи данных (СПД) подключаются к единому кабелю. Под СПД понимается ее физическая часть, т.е. участок кабеля. При построении используется коаксиальный кабель, концы которого закрываются специальными заглушками – терминаторы.

Преимущества: min количество затрат на приобретение и прокладку физической СПД.

Недостатки: при выходе из строя одного узла в сети.. сеть недееспособна;

2. Звезда – каждый компьютер соединен через кабель (луч) с центральным узлом, через который проходят все данные.

Преимущества: работа сети не прерывается при аварии на любом из участков кабеля;

Недостатки: увеличение расходов на прокладку сети;

На данный момент топология типа звезда является самой распространенной при построении ЛВС.

3. Кольцо – каждый компьютер соединен как с последующим, так и с предшествующим компьютерами по замкнутому кольцу. В сети на базе кольца данные проходят по кольцу через каждый компьютер, пока либо не достигнут компьютера-получателя, который их перехватит, либо не вернутся к отправителю, который их остановит. Наиболее старый тип топологии.

Преимущества – простота реализации; отсутствие необходимости в дополнительном оборудовании;

Недостатки – выход из строя одного участка сети приводит к полной или частичной потере работоспособности.

4. Смешанная – позволяет объединять между собой несколько видов топологий. Самая распространенная такак комбинация - «шина – звезда».

 

Возможность комбинации топологий появляется посредством установки дополнительного оборудования, которое ставится на границе этих технологий.

5. Полносвязная – все участки сети связываются со всеми отдельными участками кабелем сети или линиями передачи.

Преимущества – повышенная надежность за счет многократного резервирования, т.е. выход из строя любого или нескольких участков сети не приведет ни к какой потери функционирования. Так же не приведет к отказу сети, если откажет одно или несколько узлов сети. Недостатки – затратное мероприятие; (АТМ.)

 

Применяемые кабельные системы.

Коаксиальный кабель – состоит из центральной медной или алюминиевой жилы и внешнего экрана (оплетка), разделенных между собой диэлектриком. За счет обертывания центрального медного проводника плетеным проводом уменьшаются проблемы излучения. Эта защита уменьшает излучение, которое испускает или принимает медный проводник.

Все коаксиальные кабели отличаются между собой диаметром центральной жилы и удельным сопротивлением (сопротивление проводника на единицу длины). Медная жила большого диаметра уменьшает проблемы с электрическим сопротивлением. Так называемый ThickLAN кабель может передавать сигнал на расстояние до 500 метров. Медь дорога, поэтому там, где достаточно длины в 200 метров, применяется тип кабеля с более тонкой жилой, так называемый ThinLAN кабель.

Пример: телевизионный кабель.

Витая пара (ТР) – состоит из восьми попарно переплетенных проводников.

Экранированная витая пара (STP) была создана, чтобы уменьшить излучение там, где требуется решать вопросы интерференции и безопасности. STP выглядит как обычная витая пара, оплетенная экраном подобно коаксиальному кабелю. Неэкранированная витая пара (UTP) является самым распространенным и дешевым кабелем для построения локальной сети.

Пример: телефонный кабель.

Оптоволокно – состоит из одной или нескольких стеклянных или пластиковых жил высокой прозрачности, закрытых жесткой оплеткой. Оптоволоконный кабель все больше пользуется спросом там, где требуются более далекие расстояния, более высокая скорость и полное отсутствие проблем с излучением.

К волокну также трудно подключиться, что позволяет избежать несанкционированных соединений, а это еще больше повышает его привлекательные возможности по защите.

Стеклянное волокно имеет лучшую оптическую передачу по сравнению с известными синтетическими материалами. В узкополосных волоконных сетях свет передается только в одном направлении, поэтому требуется два кабеля или один кабель с двумя или более нитями. Такие кабели нельзя изгибать вокруг острых углов кроме того, не рекомендуется изгибать кабель более чем на 90°.

Кабель, имеющий несколько жил, называется многомодовым, одну – одномодовым.

 

Маркерный метод доступа.

Маркерный метод доступа предполагает нахождение в сети специального фрейма, называемого маркером. С помощью данного фрейма предоставляются все необходимые ресурсы в сети. При необходимости передачи данных они присоединяются к маркеру, а в сам маркер записываются адреса отправителя и получателя. Такой маркер называется занятым (захваченным).

При получении данных маркер освобождается от них и возвращается отправителю с данными о качестве передачи. При успешной передаче данных маркер освобождается отправителем и передается следующей станции в сети. Такой маркер называется свободным.

 

Технология ArcNet.

Технология ArcNet - бесприоритетная маркерная шина. Данная технология работает по стандарту IEEE - 802.4. Также данная технология называется логическим кольцом на физической шине.

Используемая топология при построении – шина. Используемый метод доступа – маркерный (точнее его разновидность – бесприоритетный маркерный доступ, т.е. все станции в сети имеют равные права на захват маркера).

В Arcnet’е используется, как правило, тонкий коаксиальный кабель с 93-омный волновым сопротивлением марки RG-62/U. Что касается отечественных марок кабеля (РК-75), то их допускается применять только при протяженностях линий, не приближающихся к предельным. Для подключения используются BNC-разъемы. Максимальная скорость в сети 2,5 Мбит/с.

Используемое оборудование:

· пассивный концентратор обеспечивает разветвление сигнала без его усиления;

· активный концентратор (HUB) обеспечивает разветвление сигнала с его усилением;

· сетевые карты ArcNet – используются специальные сетевые карты, на которых mac-адрес устанавливается администратором с помощью 8-ми двухпозиционных DIP-переключателей. Т.о. в одной сети ArcNet не может быть более 255 машин.

Расстояния в сети ArcNet:

· расстояние между двумя граничными станциями не более 6000 метров;

· между активным концентратором и рабочей станцией – не более 600 метров;

· между HUB-ами не более 600 метров;

· между HUB-ом и пассивным концентратором не более 30 метров;

· между пассивным концентратором и рабочей станцией – не более 30 метров.

При построении сети ArcNet необходимо рассматривать следующие моменты:

1 – HUB можно соединять с другим HUB-ом, рабочей станции и пассивным разветвителем;

2 – Рабочие станции, а также оборудование можно подключать к любому месту физической шины.

3 – Недопустимо использование петель в сети, может привести к зацикливанию.

4 – Пустые порты пассивного разветвителя, а также неиспользуемые участки кабеля должны закрываться терминаторами.

5 – Не рекомендуется прокладывать кабель ArcNet вблизи отопительных систем.

Принцип работы маркерной шины:

В сети ArcNet обеспечиваются доступ к каналу передачи таким образом, как если бы это было физическое кольцо.

С помощью специального механизма логической конфигурации может быть обеспечен любой порядок прохождения маркера по шине. Маркер сети может предоставить шину в исключительное пользование любой станции. Станция, получившая маркер удерживает его в течение всего времени, необходимого для передачи. После чего маркер передается логически следующей за ней станции. Таким образом маркер в сети ArcNet передается по шине циклически. При передаче все станции видят все проходящие фреймы в сети, но могут их обработать их только при условии совпадения с адресом получателя, либо при получении пустого маркера.

Маркерная шина ArcNet в общем случае является бесприоритетной, то есть все станции в сети имеют одинаковые права.

В случае необходимости приоритетного доступа существует дополнение к стандарту, определяющее классность устройств, работающих в сети. В соответствии с дополнением рабочие станции более высокого класса имеют больше прав на передачу данных, чем остальные. Распределением приоритетов в такой сети также занимается администратор.