32
3) Сложно определить текущую скорость передачи данных из-за
динамичности.
Сравнительный анализ сетей с коммутаций каналов, сообщений и
пакетов представлен в таблице 2.
Таблица 2 – Сравнение сетей с коммутацией каналов, сообщений и пакетов
Критерий
сравнения
Сети с коммутацией каналов
Сети с коммутацией
сообщений
Сеть с коммутацией
пакетов
1
2
3
4
Определение
Вид компьютерной сети, в
котором между двумя
сегментами на
первоначальном этапе
организовывается работа
канала, в котором затем
осуществляется обмен
различными данными
вид компьютерной сети, в
которой предусмотрен
обмен данными без
сквозных соединений, а
сформированные
сообщения поступают в
коммутационный узел и
распределяются по
сегментам сети
Вид сети, в которой
передаваемые данные
рабочим станциям в
исходном узле
разбиваются на
отдельные части,
представленные в виде
пакетов
Принципы
работы
Основные принципы работы
сети с коммутацией каналов
реализованы в методах
временного
мультиплексирования TDM
(Time Division Multiplexing) и
частотного
мультиплексирования FDM
(Frequency Division
Multiplexing)
Для того чтобы передавать
блоки информации
используются механизмы
временной буферизации. В
отличии от пакетов
передаваемые сообщение
могут быть произвольной
длины, но зависят от типа
информации входящей в
сообщения
Используется
внутренняя буферная
память для
организации
временного хранения
передаваемых пакетов
Достоинства
1) Возможность определения
скорости передачи данных в
общем канале.
2) Невысокие затраты на
организацию сети
3) Отсутствие задержек
времени, что позволяет
организовать онлайн
общение.
1) Возможность
использования временного
буфера памяти.
2) Реализация механизма
хранения передачи
данных.
3) Отсутствует сквозные
соединения при передаче
информации.
11) Высокая скорость
передачи данных за
счет реализации
механизма
динамического
распределения
пропускной
способности.
2) Устойчивость
возникающим сбоям и
ошибкам при передаче
данных; устойчивость
пульсирующим
трафиком.
Недостатки
1) Возможные задержки
времени во время
установления соединения и
создания общего канала.
2) При организации
непрерывного канала
передачи данных возможно
возникновение отказов в
обработке запросов.
3) Сложно реализовать
механизмы буферизации
данных, полученных от
пользователей
1) Низкий уровень
пропускной способности в
компьютерной сети.
2) Предусматривает
выделение существенных
затрат на эксплуатацию
сети
3) За счет снижения
количества транзитных
компьютеров имеют
сложность в расширении.
1) Возможна потеря
данных в случае
переполнения
временного буфера
хранения данных.
2) При передаче
данных возможны
задержки пакетов.
3) Сложно определить
текущую скорость
передачи данных из-за
динамичности.
33
На основании сравнительного анализа можно сказать, наиболее
эффективные способы коммутации предоставляет сеть с коммутацией
пакетов, которая позволяет обеспечить высокую скорость передачи данных
за счет реализации механизма динамического распределения пропускной
способности, обеспечивает устойчивость к возникающим сбоям и ошибкам
при передаче данных.
В первой главе выпускной квалификационной работы проведена
классификация и рассмотрены глобальные, региональные и локальные
вычислительные сети, отражены особенности построения шинной,
звездообразной и кольцевой структуры сети, выделены достоинтсва и
недостатки базовых топологий сети и сетей по способам построения.
На основе проведенного исследования в первой главе
сформулированы следующие авторские выводы:
- для проектирования сети предприятия необходимо использовать
локальную вычислительную сеть, имеющую высокую производительность,
защиту данных;
- наибольшие возможности в настоящее время создает
звездообразная структура сети, которая имеет простоту в проектировании,
создает возможность исключения установки дополнительного
оборудования, обеспечивает устойчивую работу продолжительный период
времени без потери производительности сети, даже в случае интенсивных
нагрузок;
- наиболее эффективные способы коммутации предоставляет сеть с
коммутацией пакетов, которая позволяет обеспечить высокую скорость
передачи данных за счет реализации механизма динамического
распределения пропускной способности.
Сформулированные выводы дают возможность перейти к
рассмотрению материала второй главы, посвященной аппаратно-
программному обеспечению компьютерных сетей.
34
ГЛАВА 2. АППАРАТНО-ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ
2.1. Среда передачи данных
Среда передачи данных представляет собой физическую
субстанцию, в которой происходят процессы передачи или переноса
какой-либо информации от источника к приемнику. Для того чтобы
организовать среду передачи используют коаксиальный кабель, кабель
витая пара и оптоволоконный кабель [23].
Коаксиальный кабель – электрический кабель, он включает в свой
состав центральный проводник, экран и изоляционный материал. В этом
кабеле сигнал распространяется по центральной медной жиле, а контур
тока замыкается через внешний экранирующий слой (рисунок 12).
Рисунок 12 - Структура коаксиального кабеля
Как видно из рисунка 12, в состав коаксиального кабеля входит
центральный проводник CCS, диэлектрическая прослойка из полиуретана,
35
экраны из алюминиевой фольги и алюминиевой проволоки, а также
оболочка из УФ-стабилизированного ПВХ.
Коаксиальные кабели бывают следующих видов:
- широкополосный коаксиальный кабель;
- «Толстый» Ethernet-кабель;
- «Тонкий» Ethernet-кабель.
Для прокладки коаксиального кабеля применяются следующие
принципы:
- прокладка кабеля выполняется в местах, которые позволяют
обеспечить максимальную защиту от внешних воздействий;
- при прокладке кабеля не допускается его натяжение, а также
контролируется соблюдение его цельной структуры, поэтому любое
натяжение негативно влияет на каждое из соединений.
Область применения коаксиального кабеля: различные виды связи,
компьютерные и вещательные сети, системы контроля и видеонаблюдения,
системы измерения, дистанционное управление и контроль [28].
Технические характеристики коаксиального кабеля рассмотрим на
примере коаксиального кабеля RG-6:
- внешний диаметр: 6,9 мм +/- 0,1 мм;
- диаметр проводника: 1,02 мм;
- волновое сопротивление: 75 Ом;
- проводник выполнен из стали планкированной медью и имеет
оболочку из ПХВ;
- экран включает в свой состав 32 алюминиевых нити, толщиной 0,12
мм и алюминиевую фольгу.
Достоинства коаксиального кабеля:
1) Относительно не высокая цена;
2) Помехозащищенность и возможность использования для
различных типов связей;
36
3) Позволяет организовать широкополосную передачу данных.
Недостатки коаксиального кабеля:
1) Легкость повреждения;
2) Сложности в прокладке «толстого» Ethernet-кабеля;
3) Ограниченная полоса пропускания сигнала в сравнение с другими
видами кабеля.
В настоящее время коаксиальный кабель не применяется для
проектирования компьютерных сетей. Его используют для построения
магистральных линий, где не предъявляются высокие требования к
скорости передачи данных, а требуется защита от радиоэлектронных
помех [36].
Кабель «витая пара» – это электрический кабель, включающий один
или несколько пар медных проводников, имеющих изоляцию и свитых
между собой. Набор проводников также скручен вокруг центрального
проводника и покрыт полимерной пленкой, а в некоторых случаях
выполняется покрытие металлической оплеткой, имеющей напыление из
полиэтилена (рисунок 13).
Рисунок 13 – Структура кабеля «витая пара»
Виды кабеля «витая пара» и их характеристики приведены в таблице
3.
37
Таблица 3 – Виды кабеля «витая пара» и их характеристики
Вид кабеля
Описание
Кабель U/UTP
Неэкранированный кабель «витая пара»
Кабель F/UTP
Кабель «витая пара», имеющий общий экран для всех пар
Кабель SF/UTP
Кабель «витая пара», имеющий двойной экран,
выполненный из сердечника и алюминиевой фольги
Кабель U/FTP
Кабель «витая пара», имеющий отдельный экран каждой
пары
Кабель F/FTP
Кабель «витая пара», имеющий отдельный экран для каждой
пары, а также общий экран для всех пар, выполнен из
алюминиевой фольги
Кабель S/FTP
Кабель «витая пара», имеющий отдельный экран для каждой
пары, а также общий экран для всех пар, выполнен из
медной проволоки
Для прокладки кабеля «витая пара» применяются следующие
принципы:
- протяженность кабеля «витая пара» должна быть как можно
меньше, поскольку это влияет на качество передачи данных;
- прокладка не экранированного кабеля «витая пара» должна
выполняться вдали от источников электромагнитного излучения;
- при укладке кабеля под землю, глубина не должна превышать 1 м;
- при воздушной прокладке кабеля «витая пара» необходимо
использовать несущий трос.
Область применения кабеля «витая пара» определяется его цветом:
- кабель «витая пара» черного цвета используется для прокладки за
границами помещения и его верхний слой покрыт полиэтиленовым слоем,
для того чтобы обеспечить защиту от внешних воздействий;
- кабель «витая пара» серого цвета применяется для прокладки
внутри помещений;
- кабель «витая пара» оранжевого цвета используется для прокладки
в закрытых зонах, где наблюдается интенсивность воздушных потоков и
кондиционирования воздуха.
38
Технические характеристики кабеля «витая пара» рассмотрим на
примере кабеля UTP 4 пары, категории 5е, включающем медный
проводник, а также изоляционный слой, выполненный из полиэтилена
повышенной плотности [38]:
- диаметр провода: 0,92 мм;
- состав: четыре пары, покрытые ПВХ оболочкой, диаметром 0,4 мм;
- вес кабеля с упаковкой 6,5 кг;
- стандарты: UL444/UL1581, TIA/EIA 568B.2.
Достоинства кабеля «витая пара»:
1) Простота проведения работ по монтажу;
2) Легкость ремонта и устранения повреждений в сравнении с
другими типами кабеля;
3) Возможность расширения и увеличения длины кабеля;
4) Устойчивость к внешним наводкам.
Недостатки кабеля «витая пара»:
1) Слабая помехоустойчивость;
2) Ограничение к длине кабеля, которая не может превышать 1000 м
при скорости передачи 1000 Mb/s;
3) Существует ограничение по количеству рабочих станций,
подключенных к кабелю «витая пара».
Волоконно-оптический кабель – это кабель, включающий в свой
состав волоконные светодиоды, позволяющие передавать оптические
сигналы в линиях связи в виде фотонов света.
Волоконно-оптический кабель включает в свой состав: сердечник
(1), отражающую оболочку (2), покрытие первичного буфера (3) и
покрытие вторичного буфера 900µ (4) (рисунок 14).
39
Рисунок 14 – Структура кабеля «витая пара»
Волоконно-оптический кабель бывает следующих видов:
одномодовый, многомодовый, для внутренних и наружных работ, также
различают многожильные, симплексные, подвесные, дуплексные
волоконно-оптические кабели, кабели для прокладки в грунт и для
прокладки под водой.
В зависимости от типа происхождения светового импульса,
волоконно-оптический кабель бывает:
- многомодовым или мультимодовым, который отличается
невысокой ценой, но и менее качественный, поскольку траектория
световых лучей имеет заметный разброс, что отражается на сигнале,
который подвергается искажению. Диаметр центрального волокна
составляет 62,5 мкм, а диаметр внешней оболочки составляет 125 мкм. Для
передачи применяются не лазерный светодиод, что снижает стоимость
кабеля, но позволяют увеличить его долговечность в сравнении с
одномодовым кабелем;
- одномодовый волоконно-оптический кабель, имеет лучшие
характеристики, но большую стоимость. В этом кабеле лучи проходят
один и тот же путь, что позволяет им достичь приемника одновременно,
при этом сигнал не искажается. Одномодовый волоконно-оптический
кабель имеет диаметр центрального волокна 1,3 мкм и передает цвет с
такой же длиной волны размером 1,3 мкм.
Для прокладки волоконно-оптического кабеля применяется
следующие принципы:
40
- при прокладке контролируется, чтобы угол между проводимой
средой составлял 120
0
;
- монтаж волоконно-оптического кабеля проводят в специально
подготовленной гофрированной трубе для того, чтобы решить проблемы с
его невысокой прочностью;
- прокладка производится в отдельном канале с использованием
операций по термированию оптоволокна.
Область применения волоконно-оптического кабеля: внешняя
прокладка в компьютерной сети, внутренняя прокладка в компьютерной
сети, кабели для шнуров.
Кабель внешней прокладки применяется для того чтобы создать
систему внешних магистралей и соединить между собой отдельные здания.
Прокладка кабеля во внутренней магистрали здания выполняется для того,
чтобы создать отдельный коммуникационный узел, имеющий высокую
скорость [40].
Технические характеристики волоконно-оптического кабеля
рассмотрим на примере кабеля ОКБ-Т:
- количество оптических волокон до 12;
- значение коэффициента затухания в одномодовом – 1550 нм, а в
многомодовом - 1300 нм.
Достоинства волоконно-оптического кабеля:
1) Обеспечение высокой скорости передачи данных от 10 Гбит/с.;
2) Высокая надежность и помехоустойчивость, поскольку
волоконно-оптический кабель не поддается воздействию внешней среды и
устойчив к электромагнитным воздействиям;
3) Высокий уровень пропускной способности, что позволяет
передавать большие объемы информации на длинные расстояния за
короткий промежуток времени.
Недостатки волоконно-оптического кабеля:
41
1) Высокая стоимость;
2) Для обеспечения защиты необходимо создать специальные
условия;
3) Монтаж кабелей и их обслуживание создает определенную
трудоемкость.
Область применения волоконно-оптического кабеля: компьютерная
сеть топологии «кольцо» и «звезда».
Беспроводные каналы связи – это каналы, которые позволяют
передавать данные между двумя или несколькими источниками на
расстоянии без использования проводной связи. Для передачи данных
используются радиоволны, которые могут быть представлены в виде
инфракрасного, оптического или лазерного излучения (рисунок 15).
Рисунок 15 – Организация беспроводного канала связи
Беспроводные каналы связи бывают следующих видов:
- радиосети, имеющие свободный радиочастотный диапазон. В этом
случае передача сигнала осуществляется одновременно по нескольким
частотам;
- микроволновый беспроводный канал – это канал, который
применяется при организации дальней и спутниковой связи;
- инфракрасный беспроводный канал - это канал, который
применяется в виде лазерных пучков света.