Физические среды в ЛВС. Основные параметры и характеристики

Физическая среда

Физическая среда представляет собой физический материал, на котором размещается и по которому передается информация:

• витая пара;
• многожильный кабель;
• коаксиальный кабель;
• волоконно-оптический кабель;
• радиоканал;
• инфракрасный канал;
• микроволновый канал.

При выборе типа физической среды учитывают следующие показатели:

• стоимость монтажа и обслуживания;
• скорость передачи информации;
• ограничения на величину расстояния передачи информации без дополнительных усилителей;
• безопасность передачи данных.

Главная проблема заключается в одновременном обеспечении этих показателей. Например, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально возможным расстоянием передачи данных, при котором еще обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращиваемость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость.

Характеристики наиболее распространенных типов физической среды ЛВС приводятся в следующей таблице:

		Тип физической среды
	Показатели	Витая пара	Многож. кабель	Коаксиал. кабель	ВО линия	Эфир
	Скорость передачи, Мбит/с	до 10	300 - 500	до 10	до 1000	до 20000
	Дальность передачи по одному сегменту, км	0,01-0,1	до 300	до 2,5	до 200	до 20
	Типичное число узлов в сети	10-100	сотни на канал	до 100	2 кольцевые точки	-
	Сложность соединения	низкая	высокая	средняя	очень высокая	низкая
	Помехозащищенность	средняя	высокая	очень высокая	высокая	высокая
	Относительная стоимость					-

Витая пара проводов и коаксиальные кабели как среда для передачи информации в ЛВС

Витая пара

Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двухжильное проводное соединение, называемое "витой парой" (twisted pair). Конструктивно такая среда представляет из себя оболочку, внутри которой содержится одна или несколько свитых в виде спирали пар проводников.

Витая пара позволяет передавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с, легко наращивается, однако является помехонезащищенной. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимуществами являются низкая цена и простота монтажа. Обычно применяются в кольцевых сетях с использованием усилителей, или повторителей (repeater).

Для повышения помехозащищенности информации часто используют экранированную витую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку, подобно экрану коаксиального кабеля. Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее по цене к коаксиальному кабелю.

Достоинства:

• надежность;
• простота конструкции и монтажа;
• низкая цена.

Недостатки:

• простота несанкционированного доступа;
• чувствительность к электромагнитным помехам.

Волоконно-оптические линии связи в глобальных и локальных сетях

Волоконно-оптический кабель

Проводящей средой кабеля является сверхпрозрачное стекловолокно. Такой тип среды называют также оптопроводником или стекловолоконным кабелем. Применяется в кольцевой и звездообразной конфигурациях ЛВС.

Скорость распространения информации по ним достигает нескольких гигабит в секунду. Допустимое удаление - более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. На данный момент это наиболее дорогостоящее соединение для ЛВС. Применяются там, где возникают электромагнитные поля помех или требуется передача информации на очень большие расстояния без использования повторителей. Конструкция кабелей предусматривает противоподслушивающую защиту, так как техника ответвлений в волоконно-оптических кабелях очень сложна.

Достоинства:

• высокая скорость передачи;
• высокая помехозащищенность;
• защита от несанкционированного доступа.

Недостатки:

• высокая стоимость;
• сложность подключения новых станций;
• невозможность передачи электроэнергии для питания повторителей;
• ослабление сигналов;
• однонаправленность передачи.

Методы случайного доступа. Пропускная способность. Преимущества и недостатки этих методов

Методы случайного доступа

При случайных методах (иногда их называют методы состязаний) станции не имеют приоритетов. При каждой попытке передачи данных станция использует протокол, который позволяет определить состояние среды (свободно или занято), чтобы принять решение, посылать информацию или нет.

Имеется две процедуры. Первая управляет временем предоставления станциям возможности передачи. Это расписание предоставляет время передачи по случайному закону. Поэтому эти методы называются методами случайного доступа;.

Вторая группа методов не определяет, какая станция будет передавать данные в следующий момент времени. Станции сами определяют доступ к сети. Эти методы называются методами состязания.

При методах случайного доступа станция не управляет другими станциями. Однако если две и более станции пытаются послать информацию, то возникает конфликт и передаваемый кадр может быть нарушен или искажена полезная информация. Чтобы избежать конфликта или выйти из него, когда это случится, каждая станция должна использовать процедуру, которая должна дать ответы на следующие вопросы:

• Когда станция имеет доступ к среде?
• Что должна делать станция, если среда занята?
• Как должна станция определить успешное прохождение информации или ошибку при передаче?
• Что должна делать станция, если возник конфликт?

Ниже приведены методы случайного многостанционного доступа (Multiple Access - MA).

ALOHA

ALOHA ¹⁾ - это протокол случайного многостанционного доступа, т.е. такого, когда ресурс каналов доступен каждой станции. Он имеет следующие свойства:

• Многостанционный доступ. Среда доступна любой станции.
• Отсутствие контроля состояния среды. Станции не проверяют состояние канала (свободен или занят), а передают информацию в любые случайные моменты времени.
• Отсутствие проверки конфликта. Станции не проверяют наличие конфликта, а при его возникновении, когда две или более станций передают пакет в одно и то же время (или перекрывающиеся интервалы), приемник неспособен правильно принять номер.
• Необходимость подтверждения правильного приема. Передатчик не получает подтверждение явного или неявного (например, ответного) сигнала и осуществляет повторную передачу информации через случайный интервал времени.

Различают два метода такого доступа: чистая (несегментированная) и сегментированная ALOHA.

Чистая ALOHA (Pure ALOHA)

Она работает по перечисленным выше принципам, но повторная передача информации осуществляется через случайное время , которое определяется по формуле (экспоненциальный закон)

Формула означает, что вероятность времени повторения превысит заранее заданную величину с вероятностью .

- расчетный параметр, определяющий среднюю задержку между повторными передачами.

Ожидание повторной передачи снижает пропускную способность общего ресурса среды передачи. Она не превышает 18,4 %

увеличить изображение
Рис. 1.4. Критическое время при использовании протокола "чистая ALOHA"

На рис. 1.4 показано критическое время, в течение которого может возникнуть конфликт.

На этом рисунке станция посылает кадр в момент времени . Представим, что станция уже послала кадр в момент времени между . Ясно, что возникнет конфликт между кадром станции и кадром станции . Конец кадра будет "состязаться" с началом кадра . С другой стороны, представим себе, что станция послала кадр в момент времени между и . Ясно, что здесь также имеет место конфликт между станцией и . Начало кадра будет конфликтовать с концом кадра . рис. 1.4 показывает, что критическое время, в которое может возникнуть конфликт, равно двум временам передачи:

Синхронная ALOHA

Синхронная ALOHA разделяет время передачи на временные отрезки (слоты), и каждая станция может начать передачу только в начале слота.

увеличить изображение
Рис. 1.5. Критическое время при использовании протокола "синхронная ALOHA"

Станция, пропустившая этот момент, должна ждать, пока не начнется следующий слот. Это означает, что станция, начавшая передачу в начале слота, закончит без конфликта свой кадр. Конечно, при этом все равно возможно состязание. Конфликт возникает, если две станции пытаются начать передачу в начале слота. Однакокритическое время уменьшается в два раза. Это повышает пропускную способность общего ресурса передающей среды до 36,5%.