Цель работы:ознакомиться с основными аппаратными средствами и оборудованием ЛВС.

Задание на лабораторную работу

1. Изучить теоретические пояснения к лабораторной работе.

Рассмотреть следующие аппаратные средства и оборудование ЛВС:

· виды кабелей для сетей (коаксиальный, витая пара, оптоволокно);

· Устройства соединения;

· элементы ЛВС: монтажные короба, патч-панели, патч-корды, абонентские шнуры. Разделение кабеля UTP по стандартам TIA/EIA -568 A/B.

2. Оформить отчет, включив в него информацию из теоретической части.

3. Защитить лабораторную работу, ответив на контрольные вопросы.

Теоретическая часть

Для объединения компьютеров в сеть необходимы следующие аппаратные средства:

1. Кабели (кабельные системы). Отличаются они физическим устройством, а, следовательно, и скоростью передачи информации (скорость передачи информации – это количество информации, передаваемое в единицу времени).

2. Сетевые карточки (передают информацию, поступающую через шину данных из процессора или оперативной памяти компьютера, в кабельную систему, отличаются способом передачи информации и типом поддерживаемых кабельных систем).

3. Для соединения машин, находящихся далеко друг от друга, часто используется телефонная сеть и модемы. Модем – это устройство, предназначенное для преобразования цифрового сигнала, используемого в компьютере, в аналоговый (на нем работает телефонная сеть) и обратно.

4. Может использоваться спутниковая связь – либо в режиме выделенного канала связи, либо в одностороннем режиме. В последнем случае абонент передает своему провайдеру запросы через модем, а данные в ответ приходят через спутниковую антенну с намного более высокой скоростью.

5. Радиосвязь:

o Выделенный канал связи. Два приемопередатчика, две параболические антенны, передающие и принимающие радиосигналы, направленные друг на друга; с помощью таких устройств вычислительные машины могут связываться так же, как они связались бы по кабельной линии, но требуется более дорогое и, вообще говоря, менее надежное оборудование; связь может осуществляться только в пределах прямой видимости или через ретрансляторы. Преимущества: связь не требует проведения строительных работ и прокладки кабеля.

o RadioEthernet. Имеется один центральный узел с мощным передатчиком и ненаправленной антенной, у клиентов передатчики небольшой мощности с направленными антеннами, устанавливающими связь с центральным узлом. Прием и передача данных одновременно невозможны, как и одновременная передача пакетов, несколькими клиентами.

  Коаксиальные кабели

  Коаксиальный кабель (coaxial cable) - это кабель, в котором в качестве проводников используются центральная медная жила и оплетка, разделенные слоем изоляции (диэлектриком); в качестве сигнала используется разность потенциалов между оплеткой и жилой (напряжение выше порогового значения – 1, ниже другого порогового значения – 0, иначе – шум, который игнорируется); оплетка коаксиального кабеля, которую положено заземлять, одновременно экранирует центральную жилу от электромагнитных помех и индукционных наводок; скорость передачи данных – 10 Мбит/с (в сети Ethernet).

В начале развития локальных сетей коаксиальный кабель как среда передачи был наиболее распространен. Он использовался и используется преимущественно в сетях Ethernet и отчасти ARCnet. Различают "толстый" и "тонкий" кабели (рис.1).

рис.1. Коаксиальный кабель

Толстый (thick) коаксиальный кабель - относительно жесткий кабель с диаметром около 1 см (около 0,5 дюймов). Как правило, он прокладывается по периметру помещения или здания, и на его концах устанавливаются терминаторы. Из-за своей толщины и жесткости кабель не может подключаться непосредственно к сетевой плате. Для подключения к толстому коаксиальному кабелю применяют специальное устройство – трансивер (transceiver).

Трансивер снабжен специальным коннектором, который назван весьма впечатляюще – “зуб вампира” (vampire tap) или “пронзающий ответвитель”(piercing tap). Этот зуб проникает через изоляционный слой и вступает в непосредственный физический контакт с проводящей жилой. И, наконец, к трансиверу подключается гибкий кабель с 15-контактными разъемами на обоих концах – вторым концом он подсоединяется к разъему AUI (attachment unit interface) на сетевой плате (рис.2).

Отрезки кабеля могут соединяться разъемами N-типа (для монтажа требуют специального обжимного инструмента). На концах сегмента устанавливаются разъемы и 50-Омные терминаторы, один из которых заземляется. Т-образные ответвления кабеля не допускаются.

Рис.2. Подключение сетевой карты к толстому коаксиальному кабелю

Допустимая максимальная длина "толстого" коаксиального кабеля составляет 500 метров. Недостатки коаксиального кабеля: высокая стоимость кабеля (порядка 2,5 долл. за метр), необходимость использования специальных устройств для монтажа (25-30 долл. за штуку), неудобство прокладки и т.п.

Тонкий (thin) коаксиальный кабель (диаметр около 0,5 см) способен передавать сигнал на расстояние до 180 м (около 607 футов) без его заметного искажения, вызванного затуханием. Производители оборудования выработали специальную маркировку для различных типов кабелей. Тонкий коаксиальный кабель относится к группе, которая называется семейством RG-58, его волновое сопротивление равно 50 Ом. Волновое сопротивление (impedance) – это электромагнитная характеристика, определяющая сопротивление кабеля переменному току рабочей частоты кабеля. Волновое сопротивление не зависит от длины коаксиального кабеля и полностью определяется его конструкцией. Основная отличительная особенность этого семейства - медная жила. Она может быть сплошной или состоять из нескольких переплетенных проводов. Благодаря гибкости кабеля он может присоединяться непосредственно к сетевой плате, для подключения кабеля используются разъемы BNC (bayonet nut connector), устанавливаемые собственно на кабель, и T-коннекторы (рис.3), служащие для отвода сигнала от кабеля в сетевую плату. Разъемы типа BNC бывают обжимные и разборные (пример разборного разъема - отечественный разъем СР-50-74Ф).

а)

б)

Рис.3. Коннекторы для коаксиального кабеля: а) BNC-коннектор;

б)Т-коннектор

Кабели на основе витой пары

Витая пара (UTP/STP, unshielded/shielded twisted pair) – восемь изолированных проводников, реально используются, как правило, только четыре, из которых одна пара используется для передачи сигнала, а вторая для приема; в качестве сигнала передаются импульсы электрического тока (сила тока выше определенного значения -1, ниже - 0); скорость передачи данных может быть 10 Мбит/с, 100 Мбит/с или 1 Гбит в сети Ethernet (зависит от использованного сетевого оборудования) или до 155 Мбит/с в ATM.

Витая пара (рис.4) в настоящее время является наиболее распространенной средой передачи сигналов в локальных сетях. Кабели UTP/STP используются в сетях Ethernet, Token Ring и ARCnet. Они различаются по категориям (в зависимости от полосы пропускания) и типу проводников (гибкие или одножильные).

а)

б)

Рис.4. Витая пара: а)UTP, б)STP

Неэкранированные витые пары (UTP) характеризуются слабой защищенностью от внешних электромагнитных помех, а также от подслушивания.

В случае экранированной витой пары (STP) каждая из витых пар помещается в металлическую оплетку – экран для уменьшения излучений кабеля, защиты от внешних элетромагнитных помех и снижения взаимного влияния пар проводников друг на друга (перекрестных наводок). Для того, чтобы экран защищал от помех, он должен быть обязательно заземлен.

Основные достоинства кабеля UTP – простота монтажа разъемов на концах кабеля, а также ремонта повреждений по сравнению с другими типами кабеля.

Согласно стандарту ETA/TIA 568 существуют пять основных и две дополнительные категории кабеля UTP:

· кабель категории 1 – это обычный телефонный кабель (пары проводов не витые), по которому можно передавать только речь;

· кабель категории 2 – кабель из витых пар для передачи данных в полосе частот до 1МГц. Кабель не тестируется на уровне перекрестных наводок;

· кабель категории 3 – это кабель для передачи данных в полосе частот до 16 МГц, состоящий из витых пар с девятью витками пар проводов на метр длины. Кабель тестируется на все параметры и имеет волновое сопротивление 100 Ом. Это самый простой кабель, рекомендованный стандартом для локальных сетей;

· кабель категории 4 – это кабель, передающий данные в полосе частот до 20 МГц. Используется редко, так как не слишком заметно отличается от категории 3;

· кабель категории 5 – в настоящее время самый совершенный кабель, рассчитанный на передачу данных, в полосе частот до 100МГц,. Состоит из витых пар, имеющих не менее 27 витков на метр длины. Кабель тестируется на все параметры и имеет волновое сопротивление 100 Ом. Рекомендуется применять его в современных высокоскоростных сетях;

· кабель категории 6 – перспективный тип кабеля для передачи данных в полосе частот до 200 МГц;

· кабель категории 7 – перспективный тип кабеля для передачи данных в полосе частот до 600 МГц.

Волновое сопротивление кабеля STP по стандарту должно быть равным 150 ОМ ±15%.

Максимальное затухание сигнала, передаваемое кабелем, растет с увеличением частоты.

Для присоединения витых пар используют разъемы (коннекторы) типа RJ-45 (рис.5).

Рис.5. Коннектор RJ-45

Контакты розеток стационарной разводки и вилок кабелей подключения соединяются "один-в-один" (прямые кабели). Кабели, соединяющие два концентратора (хаба) через обычные порты (два компьютера при двухточечном соединении) выполняются перекрестными (рис.6). Кабель, соединяющий специальный порт "Up-Link" хаба с нормальным портом другого хаба - прямой.

Рис. 6. Ethernet на витой паре

Оптоволоконный кабель

Оптоволоконный кабель (fiber optics) – световод (рис.7) или два световода, сигналом являются световые импульсы, скорость передачи информации – более 2 Гбит/с; кроме того, по оптоволоконному кабелю можно осуществлять параллельную передачу информации на различных световых частотах.

рис.7. Оптоволоконный кабель

Оптоволоконные линии предназначены для перемещения больших объемов данных на очень высоких скоростях, так как сигнал в них практически не затухает и не искажается. В качестве источников света используются полупроводниковые лазеры, а также светодиоды. Структура оптоволоконного кабеля похожа на структуру коаксиального электрического кабеля, только вместо центрального провода здесь используется тонкое (диаметром около 1-10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции – стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна. В данном случае речь идет о режиме так называемого полного внутреннего отражения света от границы двух веществ с разными коэффициентами преломления (у стеклянной оболочки коэффициент преломления значительно ниже, чем у центрального волокна). Теоретически возможная полоса пропускания достигает 1000 ГГц.

Недостатки оптоволоконного кабеля: высокая стоимость монтажа, необходимость использования специальных оптических приемников и передатчиков. Оптоволоконный кабель чувствителен к ионизирующим излучениям, из-за которого снижается прозрачность стекловолокна, то есть увеличивается затухание сигнала. Негативно также сказываются резкие перепады температуры.

Оптоволокно подразделяется на одно- и многомодовое.

Одномодовое волокно имеет диаметр центрального волокна около 1,3 мкм и передает сигналы только с такой же длиной волны. Благодаря этому световой импульс, проходя по волокну, реже отражается от его внутренней поверхности, что обеспечивает меньшее затухание (рис.8). Соответственно одномодовое волокно обеспечивает большую дальность без применения повторителей. Затухание сигнала составляет около 5 дБ/км.

Рис. 8. Распространение света в одномодовом кабеле

В многомодовом кабеле траектории световых лучей имеют значительный разброс, в результате форма сигнала на приемном конце кабеля искажается (рис.9). Центральное волокно имеет диаметр - 62,5 микрона, а внешней оболочки 125 мкм. Длина волны света равна 0,85 мкм. Допустимая длина кабеля составляет 2-5 км. Этот тип оптоволокна чаще всего применяется в компьютерных сетях. Большее затухание (5-20 дБ/км) в многомодовом волокне объясняется более высокой дисперсией света в нем, из-за которой его пропускная способность существенно ниже - теоретически она составляет 2,5 Гбит/с.

Рис. 9. Распространение света в многомодовом кабеле

Для соединения оптического кабеля с активным оборудованием применяются специальные разъемы. Наиболее распространены разъемы типа FC, SC, ST предназначены для установки на оптические соединительные и монтажные шнуры клеевым способом, т. е. путем вклейки оптического волокна в наконечник с последующей сушкой и шлифовкой (рис.10).

а)	б)
в)	г)

Рис.10. Коннекторы для оптоволоконного кабеля: a) FC; б) SC; в) SC дуплекс; г) Коннектор ST

Одномодовые и многомодовые коннекторы различаются требованиями к допускам на параметры капилляра керамического наконечника.

Контрольные вопросы

1. Кабель какой категории имеет наименьшее затухание?

2. В сетях каких топологий применяют коаксиальный кабель?

3. Какой кабель наилучшим образом обеспечивает гальвани-ческую развязку компьютеров в сети?

4. Перечислите достоинства оптоволоконного кабеля.

5. Как смонтировать сеть на витой паре (Twisted-Pair Ethernet)?

6. Когда необходим оптоволоконный Ethernet?

 

 

Лабораторная работа № 2