22
Все данные, полученные с так называемого физического уровня, он
может упаковывать во фреймы, а также проверять на целостность, если надо
исправлять ошибки и отправлять на сетевой уровень.
Принцип работы канального уровня показан на рисунке 13:
Рисунок 13 – Принцип работы канального уровня
Стоит отметить, что канальный уровень может также
взаимодействовать с одним или же несколькими физическими уровнями, при
этом контролируя и управляя таким взаимодействием.
Стоит отметить, что спецификация IEEE 802 может разделять этот
уровень на такие подуровни:
– MAC (Media Access Control) регулирует доступ к так называемой
разделяемой физической среде передачи информации;
– LLC (Logical Link Control) обеспечивает рассмотрение сетевого
уровня.
Стоит отметить, что на этом уровне могут использоваться такие
устройства, как коммутаторы, мосты и другие.
В программировании указанный уровень представляется драйвером
сетевой платы, в ОС имеется программный интерфейс для взаимодействия
канального или сетевого уровней между несколькими протоколами.
23
Также заметим, что это не принципиально новый уровень, а только
реализация модели для определенной ОС. Примерами таких интерфейсов
являются NDIS (Network Driver Interface Specification), ODI (Open Data-Link
Interface).
Физический уровень – самый нижний уровень рассматриваемой
модели, предназначен для непосредственной передачи потока информации.
Осуществляет передачу оптических или электрических сигналов прямо в
кабель или же в радиоэфир, а также соответственно выполнение их приёма и
преобразования в биты информации в соответствии со способами
кодирования цифровых каналов. [38]
Иными словами, реализует интерфейс между носителем в сети и
сетевым устройством обработки информации. На этом уровне выполняется
работа концентраторов (хабов), повторителей (ретрансляторов) сигналов и
медиа-конверторов.
Функции для физического уровня могут быть реализованы на всех
устройствах, что подключены к сети. Со стороны компьютера все функции
физического уровня будут выполняться сетевым адаптером или же
последовательным портом.
При написании первого раздела ВКР подробно рассмотрены основные
понятия теории компьютерных сетей, приведены их положительные
стороны, описана краткая история их возникновения.
Также рассмотрена классификация КС по нескольким признакам (по
топологии, по масштабу), описаны уровни протоколов передачи данных.
После рассмотрения основные теоретических понятий о компьютерных
сетях, мы получили представление о возможностях построения локальной
сети. А теперь можем перейти к описанию самых популярных аппаратных и
программных средств, что используются в КС.
24
ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ТИПОВ
АППАРАТНОГО И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛВС
2.1. Линии и каналы передачи данных
Промышленностью выпускается большое число типов проводников, к
примеру, только одна большая кабельная компания Belden выпускает более
2000 наименований кабельной продукции.
Но практически все кабели можно квалифицировать на 3 большие
группы (рисунок 14).[34]
Рисунок 14 – Классификация кабелей
Каждый тип кабеля располагает своим преимуществом и недостатками,
так что при непосредственном выборе надо учитывать также особенности
решаемой задачи и особенности проектирования конкретной сети, в этом
числе и применяемую топологию.
Можно выделить такие основные параметры кабелей, которые
являются принципиально важными для применения в ЛВС:
Классификация кабельных
проводников
Электрические на
основании витой пары
Электрические на
основании коаксиального
кабеля
Оптоволоконные кабели
25
– Полоса пропускания кабеля и затухание сигнала при
определенной длине кабеля. Два таки параметра тесно повязаны между
собой, поскольку с ростом частоты распространения сигнала растет уровень
затухание.
Надо выбирать такой кабель, который на указанной частоте имеет
приемлемое затухание на соответственном расстоянии. Или же надо выбрать
частоту сигнала, где затухание еще приемлемо. Стоит отметить, что
затухание пропорционально длине кабеля, а также измеряется в децибелах.
– Помехозащищенность кабеля, а также обеспечиваемая им
секретность трансляции информации. Эти взаимосвязанные параметры
показывают, как именно кабель взаимодействует в окружающей среде, то
есть, как выполняется реакция на внешние помехи, а также насколько просто
можно прослушивать информацию, что передается по кабелю определенного
типа.
– Скорость распространения сигнала или, обратный к нему
параметр – задержка сигнала в соответствии метра длины кабеля.
Рассматриваемый параметр имеет принципиальное использование при
выборе общей длины сети. Все типичные величины скорости передачи
сигнала – от 0,5 до 0,9 от скорости света в вакууме. В результате типичные
величины для задержек – до 5 нс/м.[26]
Для разного рода электрических кабелей очень важной является
величина волнового сопротивления проводникового кабеля. Волновое
сопротивление надо учитывать при согласовании кабеля по предотвращению
отражения сигнала от краев кабеля.
Заметим, что волновое сопротивление может быть зависимым от
формы, а также взаиморасположения проводников, технологии изготовления
и применяемого материала диэлектрика. Типичные значения для волнового
сопротивления –до 150 Ом.
26
Витые пары проводов применяются в самых дешевых и сегодня, самых
популярных кабелях.[22]
Кабели на основании витых пар представляются несколькими парами
скрученных попарно изолированных проводов в единой пластиковой
оболочке (рисунок 15).
Рисунок 15 – Кабель «витая пара»
Он является довольно гибким и удобным для монтажа. Скручивание
проводов дает возможность минимизировать индуктивные наводки кабелей и
снизить влияние выполняемых переходных процессов.
Неэкранированные витые пары, как правило, характеризуются слабой
защищенностью от разного рода внешних электромагнитных помех,
подслушивания, которое осуществляется с целью промышленного
шпионажа.
Основные достоинства применения неэкранированных витых пар – это
простота монтажа для разъемов на концах проводника, а также ремонта
самых разных повреждений в сравнении с иными типами кабеля.
Стоит отметить, что все остальные характеристики для
рассматриваемого типа кабеля являются более худшими, чем у иных кабелей.
27
К примеру, при заданной скорости затухание сигнала у них больше, нежели у
коаксиальных кабелей. [14]
Чаще всего кабели витой пары используются только при передаче
данных в определенном направлении, то есть в топологии «звезда»,
«кольцо».
Коаксиальный кабель собой представляет электрический кабель, что
состоит из центрального провода (медь) и металлической оплетки (так
называемого, экрана), что разделены между собой слоем из диэлектрика и
помещенных во внешнюю оболочку (рисунок 16).
Рисунок 16 – Внешний вид коаксиального кабеля
Коаксиальный кабель был до недавнего времени очень популярным,
что связано с высокой его помехозащищенностью (благодаря использования
металлической оплетки), более широкими, нежели в случае применении
витой пары, полосами для пропускания, а также огромными допустимыми
расстояниями для выполнения передачи (до одного километра).
Также к нему намного труднее механически подключиться для
выполнения несанкционированного прослушивания, он дает намного меньше
электромагнитных излучений.[2]
28
При этом монтаж и непосредственный ремонт коаксиального кабеля
является существенно более сложным, чем для витой пары, а его стоимость
выше.
Сложнее, а также установка разъемов в концах кабеля. Стоит отметить,
что его применяют намного реже, нежели витую пару. При этом стандарт
EIA/TIA-563 в себя включает лишь один класс коаксиального кабеля, что
применяется в сетях технологии Ethernet.
Оптоволоконный кабель – это иной тип кабеля в сравнении с
рассмотренными ранее двумя типами кабеля. Информация по нему будет
предаваться не электрическим методом, а световым.
Стоит отметить, что главным его элементом является прозрачное
стекловолокно, где свет проходит на большие расстояния (до нескольких
десятков километров) с малым ослаблением (рисунок 17).
Рисунок 17 – Внешний вид оптоволоконного кабеля
Структура оптоволоконного кабеля является очень простой и похожа
на коаксиальный электрический кабель. [39]
29
Лишь вместо центрального провода здесь применяется тонкое
стекловолокно, а для внутренней изоляции – пластиковая или стеклянная
оболочка, что не позволяет свету выходить за рамки стекловолокна.
Стоит отметить, что в данном случае речь может идти о режиме
полного внутреннего отражения световых лучей от границы иных веществ с
различными коэффициентами преломления.
Беспроводные липни связи могут строится в соответствии с простой
схемой. Каждый из узлов оснащается антенной, что одновременно является
как передатчиком, так и приемником волн.
Электромагнитные волны могут распространятся в атмосфере для всех
направлений или же в рамках определенного сектора.
Направленность распространения волн зависит от вида антенны. На
рисунке 18 показаны изотропная и параболическая антенны.
Рисунок 18 – Типы антенн
Поскольку при ненаправленном распространении волн заполняется все
пространство, то это пространство служит разделяемой средой передачи
информации.[33]
Радиоволны излучаются, в основном, в пространство через антенну и
распространяются в качестве электромагнитного поля.
Спутниковая связь – это один из типов радиосвязи, что основан на
использовании ретрансляторов в качестве искусственных спутников. Он в
30
себя включает несколько транспондеров, где каждый из них настроен на
часть частотного спектра.
Спутниковая связь может осуществляться между разными земными
станциями, которые в свою очередь могут быть стационарными и
подвижными.
2.2. Аппаратное обеспечение ЛВС
Вне зависимости от применяемого кабеля для любой рабочей станции
необходимо установить сетевой адаптер.
Под сетевым адаптером понимается плата, которая может быть
вставлена в материнскую плату ПК. Она имеет 2 разъема для подключения
непосредственно к сетевому кабелю (рисунок 19).
Рисунок 19 – Сетевые адаптеры
Сетевые адаптеры рассчитаны на архитектуру типа ISA/EISA или же
Micro Channel. [27]
При этом первая архитектура применяется в серии компьютеров класса
IBM AT, а также совместимых с ними, а вторая – в станциях на основании
31
процессоров 8046. Конструктивно указанные типы адаптеров могут
отличаться друг от друга.
Также для ускорения работы с помощью платы сетевого адаптера
может применяться буфер.
Сетевые адаптеры для технологии Ethernet используют специальные
порты для ввода/вывода, а также один канал для реализации прерывания.
Некоторые адаптеры работают с каналами для прямого доступа.
На плате адаптера могут располагаться микросхемы для постоянного
запоминающего устройства для реализации создания бездисковых рабочих
станций. [21]
Перед тем как применить сетевой адаптер, а именно вставить его в
материнскую плату, необходимо при применении переключателей
(расположенных в адаптере) задать правильные значения портов для
ввода/вывода, базовый адрес запоминающегося устройства, канала
прерывания, а также дистанционной загрузки для бездисковой станции.
Если же общая длина ЛВС превышает максимальную длину
применяемого сегмента сети, надо разбить сеть сразу на несколько (до 5)
сегментов, при этом их соединив через репитер (рисунок 20).