Основные группы кабелей, используемые в локальных сетях

1. Коаксиальный кабель (рис.12).

Рис.12

 

Существует 2 типа коаксиальных кабелей: тонкий и толстый.

Тонкий – гибкий кабель, диаметром около 0.5 см, способен передавать сигнал на расстояние до 185 м без его заметного искажения, вызванного затуханием.

· RG-58 – «Тонкий Ethernet», 50 Ом. Стандарт 10BASE2.

· RG-58/U – сплошной центральный проводник

· RG-58A/U – многожильный центральный проводник

· RG-58С/U – военный кабель

Толстый относится к жесткому кабелю с диаметром около 1 см. Способен передавать сигналы на расстояние до 500 м. Используют в качестве основного кабеля (магистрали), соединяющий несколько небольших сетей, построенных на тонком коаксиальном кабеле.

· RG-8, RG-11 – «Толстый Ethernet», 50 Ом, стандарт 10BASE5.

 

Сравнение 2 типов коаксиальных кабелей:

- чем толще кабель, тем сложнее с ним работать. Толстый кабель трудно гнуть и сложнее устанавливать;

- толстый дороже тонкого, но он способен передавать сигналы на большие расстояния;

- тонкий гибок, прост в установке и относительно недорог.

2. Витая пара

Существуют 2 типа такого кабеля: неэкранированная (UTP) и экранированная (STP).

UTP используется в локальных вычислительных сетях, максимальная длина сегмента – 100 м.

Существуют следующие категории UTP:

1) (полоса частот – 0.1 МГц). Телефонный кабель, по которому можно передавать только речь, но не данные.

2) (1 МГц). 2 пары проводников, поддерживает передачу данных на скорости до 4 Мбит/с, использовался в сетях Token ring, Arcnet.

3) (16 МГц). 4-парный кабель, используется при построении телефонных и локальных сетей 100BASE-Т4. Расстояние – не более 100 м. Отвечают стандарту IEEE 802.3.

4) (20 МГц). Скорость не превышает 16 Мбит/с.

5) (100 МГц). 4-парный кабель, используется при построении локальных сетей 100BASE-ТХ и для прокладки телефонных линий; поддерживает скорость до 100 Мбит/с при использовании двух пар.

5е) (125 МГц). 4-парный кабель, скорость передачи данных – до 100 Мбит/с при использовании двух пар и 1000 Мбит/с при использовании 4-х пар. Самый распространенный, используется для построения компьютерных сетей.

6) (250 МГц). Применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, состоит из 4-х пар проводников, способен передавать данные на скорости до 1000 Мбит/с. Добавлен в стандарт в июне 2002 г.

6а) (500 МГц). Применяется в сетях Ethernet, состоит из 4-х пар проводников, способен передавать данные на скорости до 10 Гбит/с. Планируется использовать для приложений, работающих на скорости до 40 Гбит/с. Добавлен в стандарт в феврале 2008 г.

STP – кабель имеет медную оплетку, обеспечивающую большую защиту, чем UTP. STP обладает прекрасной изоляцией, защищающей передаваемые данные от внешних помех. Сигналы в таком кабеле передаются с более высокой скоростью и на большие расстояния. Экранированный кабель применяется только для передачи данных. Голос по нему не передают. В соответствии со стандартом, кабели делятся на типы.

3. Оптоволоконный кабель.

В нем цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов. Это надежный способ передачи, т.к. не передаются электрические сигналы. Оптоволокно нельзя вскрыть и перехватить данные. Оптоволоконные линии предназначены для перемещения больших объемов данных на очень высоких скоростях, т.к. сигнал в них практически не затухает. Данные передаются с помощью лазерного или светодиодного передатчика, который посылает однонаправленные световые импульсы через стеклянное центральное волокно. Стеклянное покрытие помогает поддерживать фокусировку света во внутреннем проводнике. Сигнал принимается на другом конце фотодиодным приемником, преобразующим световые импульсы в электрический сигнал, который может получать компьютер.

Существует 2 типа оптоволокна: многомодовый и одномодовый. Это зависит от количества типов волн (мод), которые распространяются по волокну. Каждое стеклянное оптоволокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из 2 волокон. Одно из них служит для передачи, а другое для приема.

Этот кабель обладает большой жесткостью и сложен в установке. Он требует специальных соединителей – коннекторов.

Оптоволокно – тонкий стеклянный цилиндр, называемый жилой, покрытый слоем стекла (оболочкой), с другим коэффициентом преломления, чем у жилы. Иногда оптоволокно производят из пластика, но такой кабель передает сигналы на меньшие расстояния.

 

 

Технология Ethernet (802.3)

Ethernet – самый распространенный стандарт локальных сетей (1975 г). В 1995 г был принят стандарт Fast Ethernet (802.3U). В 1998 г - Gigabit Ethernet (802.Z). Для передачи двойной информации по кабелю для технологии Ethernet используется манчестерский код и обеспечивается скорость 10 Мбит/с. Все виды стандарта Ethernet используют метод среды передачи данных – метод CSMA/CD.

Классическая технология Ethernet строится на топологии «шина» (рис.13).

Трансивер – приемо-передатчик в топологии «шина».

 

ПК

ПК

 

трансивер

трансивер

магистраль

 

терминатор

ПК

трансивер

ПК

трансивер

 

Рис.13 Технология «шина» для технологии Ethernet

 

Спецификация физического уровня для стандарта Ethernet

1) 10BASE5 – кабель толстый коаксиальный RG-8 или RG-11. Максимальная длина сегмента – 500 м. Максимальное расстояние между узлами сети (с использованием повторителей) – 2500 м. Максимальное число станций в сегменте – 100. Максимальное число повторений между любыми станциями сети – 4.

2) 10BASE2 –относится к семейству RG-58 (тонкий коаксиальный). Максимальная длина сегмента – 185 м. Максимальное расстояние между узлами сети – 925 м. Максимальное число станций в сегменте – 30. Максимальное число повторений между любыми станциями сети – 4.

3) 10BASE-Т –неэкранированная витая пара (3,4,5 категория). Максимальная длина сегмента – 100 м. Максимальное расстояние между узлами сети – 500 м. Максимальное число станций в сегменте – 1024. Максимальное число повторений между любыми станциями сети – 4.

4) 10BASE-F –многомодовое оптоволокно. Максимальная длина сегмента – 2000 м. Максимальное расстояние между узлами сети– 2500 м. Максимальное число станций в сегменте – 1024. Максимальное число повторений между любыми станциями сети – 4.

 

В сетях Ethernet используется метод доступ к среде передачи данных, называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD) (рис.14).

 

Технологическая пауза Случайная пауза

коллизия

передача

передача

передача

узел1

 

передача

ожидание

узел2

 

ожидание

узел3

Рис.14

 

Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальным адресом станции назначения. Чтобы получить возможность передавать кадр, станция должна убедиться, что разделяемая среда свободна. Признак незанятости среды – отсутствие на ней несущей частоты, которая равна 5-10 МГц.

Если среда свободна, то узел имеет право начать передачу кадра. Узел 1 обнаружил, что среда свободна и начал передавать свой кадр. Узел 2 во время передачи кадра узлом 1, также пытался начать передачу своего кадра. Обнаружив, что среда занята и на ней присутствует несущая частота, был вынужден ждать. После окончания передачи кадра все узлы сети обязаны выдержать технологическую паузу в 9,6 мкс. Эта пауза нужна для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние.

 

Возникновение коллизии (рис.15)

Рис.15

Когда две или более станций одновременно решают, что среда свободна и начинают передавать свои кадры, при этом может возникнуть ситуация коллизии, т.е. содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле и происходит искажение информации. Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется обнаружение коллизии. Для увеличения вероятности скорейшего обнаружения коллизий всеми станциями сети, станция, обнаружив ее, прерывает передачу своего кадра и усиливает ситуацию коллизий посылкой в сеть специальной последовательности из 32 бит, называемой jam-последовательностью. После этого, обнаружившая коллизию передающая станция обязана прекратить передачу и сделать паузу в течение короткого случайного интервала времени. Если 16 последовательных попыток передачи кадра вызывают коллизию, то передатчик должен прекратить попытки и отбросить этот кадр. Случайная пауза может принимать значения от 0 до 52,4 мс.

 

 

Домен коллизии

Домен коллизии – часть сети Ethernet, все узлы которой распознают коллизию независимо от того, в какой части сети она возникает. Сеть Ethernet, построенная на повторителях, всегда образует один домен коллизии. Мосты, коммутаторы и маршрутизаторы делят сеть на несколько доменов коллизии.

 

Рис.16

 

На рисунке 16 сеть – один домен коллизии. Если, например, столкновение кадров произошло в концентраторе 4, то сигнал коллизии распространяется по всем портам всех концентраторов. Если же вместо концентратора 3 поставить в сеть мост, то его порт с воспримет сигнал коллизии, но не передаст его на свои порты. Мост просто обработает ситуацию коллизии средствами порта с.

 

Концентратор (Hub)

Коммутатор (Switch)

Маршрутизатор (Router)

Повторитель (Repeater)

Мост (Bridge)