Физическая структуризация сетей

На уровне самого общего представления физическая структура информа- ционной сети состоит из совокупности узлов и объединяющих их средств со- единений.

Физические средства соединений – это совокупность физической среды, аппаратных и программных средств, обеспечивающая передачу сигналов меж-

 

ду узлами. Ее основой является используемая физическая среда: витая пара, ко- аксиальный и оптический кабели, эфир.

Узел сети (node) – это устройство, соединённое с другими устройствами как часть информационной сети. Узлы сети бывают двух типов: оконечный, расположенный в конце только одной ветви; промежуточный (ретрансляцион- ный), расположенный на концах более чем одной ветви.

В оконечных узлах размещаются оконечные системы информационной сети: отдельные компьютеры, терминальные системы, абонентские пункты и системы, информационные банки и мэйнфреймы, которые являются поставщи- ками основных информационных и вычислительных ресурсов сети, узлы до- ступа (access nodes), серверы доступа.

Первое устройство, которое входит в состав аппаратного обеспечения, – сетевой адаптер (network adapter). Существуют и другие его названия, например, сетевая карта (network card), карта сетевого интерфейса (Network Interface Card, NIC). Работа сетевой карты заключается в физическом подключении компьютера к сети, для того чтобы компьютер за счет получения и передачи данных мог участвовать в сетевом взаимодействии. Сетевая карта должна соответствовать сетевой среде (network medium), к которой подключен компьютер.

Применение ретрансляционных узлов обеспечивает сегментацию локаль- ных сетей и интеграцию разнородных сетей в единую интерсеть, т. е. физиче- скую структуризацию сети (рис. 1.5).

Простейшее из коммуникационных устройств – повторитель (repeater) – используется для физического соединения сегментов кабеля локальной сети с целью увеличения общей длины шины. Повторитель передает сигналы, прихо- дящие из одного сегмента сети, в другие ее сегменты (рис. 1.5) и позволяет преодолеть ограничения на длину линий связи за счет улучшения качества пе- редаваемого сигнала – восстановления его мощности, улучшения фронтов.

Рис. 1.5. Физическая структура и элементы интерсети

На физическом уровне пакет представляет собой счетную последователь- ность импульсов, распространяющихся по кабелю. За счет частичного отраже- ния от точек подключения и поглощения в среде импульсы в пакете «расплы- ваются» и искажаются (ухудшается отношение сигнал/шум), что является од- ной из причин ограничения длин кабельных сегментов. Для преодоления этих ограничений и вводятся сетевые повторители.

Передаваемые данные                    Ретранслируемые данные

Рис. 1.6. Усиление и ретрансляция сигналов повторителем

Повторитель принимает сигналы из одного сегмента кабеля и побитно синхронно повторяет их в другом сегменте, улучшая форму и мощность им- пульсов, а также синхронизируя импульсы. Редактирование или анализ посту- пающих данных не производится. Задержка сигнала повторителем не должна превышать 7,5 тактов (750 нс для Ethernet). Все входы/выходы повторителя с точки зрения пакетов эквивалентны.

Многопортовый повторитель называют концентратором (hub). Концен- траторы образуют из отдельных физических отрезков кабеля общую среду пе- редачи данных – логический сегмент. В концентраторе пакет, пришедший по любому из входов, будет ретранслирован на каждый компьютер в сети. Про- блема заключается в том, что любой компьютер может начать передачу в любое время.

Когда разные компьютеры, подключенные к концентратору, начинают передачу с небольшим сдвигом во времени, сигналы – переносчики пакетов, в общей физической среде «сталкиваются» и искажаются, возникает конфликт (коллизия – collision). Пакеты, участвующие в коллизии, уничтожаются. Ком- пьютеры должны подождать произвольное количество времени и заново пере- дать уничтоженные пакеты.

Повторители и концентраторы работают на физическом уровне.

По мере увеличения числа компьютеров, подключенных к концентратору, увеличивается и число столкновений, а по мере увеличения столкновений сни- жается эффективность сети. Именно по этой причине мосты и коммутаторы практически полностью вытеснили концентраторы.