8.Среды передачи данных. Характеристика кабельных сред передачи. Устройства для подсоединения компьютеров к линиям связи.
В коммуникационных системах средой передачи называют путь, по которому сигнал распространяется от передатчика к приемнику. Среды передачи данных можно разделить на кабельные и беспроводные среды. При передаче данных по кабелю пропускная способность существенно зависит от того, на какое расстояние и в каком окружении:
- Витая пара Состоит из двух изолированных медных проводов, свитых друг с другом. Обычно несколько витых пар объединяются в кабель, обернутый в плотную защитную оболочку. Витые пары одного кабеля обычно скручены с разным шагом, это служит для снижения перекрестных помех. В каналах дальней связи шаг скрутки обычно лежит в пределах от 5 до 15 см. Толщина проводов пары лежит в пределах 0.4-0.9 мм. В настоящее время витая пара является наиболее распространенной средой передачи аналоговых и цифровых сигналов.
- коаксиальный кабель состоит из двух проводников, но их конструкция отличается от витой пары. Благодаря этому он может работать в более широком диапазоне частот. Коаксиальный кабель состоит из пустотелого внешнего цилиндрического проводника, внутри которого расположен внутренний провод. Внутренний проводник удерживается на месте благодаря либо изолирующим кольцам. Внешний проводник покрывается оболочкой или экранной. Диаметр коаксиального кабеля лежит в пределах от 1 до 2,5 см. Коаксиальный кабель можно использовать для передачи данных на большие, чем витую пару, расстояния. Основными областями его применения являются:-передача телесигналов, междугородняя и международная телефония, короткие компьютерные каналы связи, локальные сети.
-Оптическое волокно – это тонкая нить из стекла или иного прозрачного материала (от 2 до 125 мкм в диаметре), по которому распространяется сигнал, преобразованный в световой луч. Действие оптоволокна основано на принципе полного внутреннего отражения. Для изготовления оптического волокна используются разного рода стекла и пластмассы. Наименьшие потери достигаются в волокне из сверхчистого плавленого кварца. Изготовление сверхчистого волокна затруднено, а многокомпонентные стеклянные волокна, хотя и обладают большим затуханием, экономичнее и достаточно производительны. Пластиковое оптоволокно еще дешевле, его можно использовать для коротких каналов связи, в которых допустимы умеренные потери. Основные сферы применения: каналы междугородной и международной связи, городские каналы связи, Сельские каналы связи, абонентские шлейфы, локальные сети.
Выгодные отличия оптоволокна от витой пары и коаксиального кабеля – большая пропускная способность, меньшие размеры и вес, меньшее затухание сигнала, электромагнитная изоляция.
9. Топологии локальных сетей. Связь топологий с используемыми протоколами канального уровня.
При построении компьютерных сетей важным является выбор физической организации связей между отдельными компьютерами, т.е. топологии сети.
Полносвязная топология соответствует сети, в которой каждый компьютер связан со всеми остальными (Рис 1а).
Полносвязная
топология является громоздкой и
малоэффективной, т.к. для каждой пары
компьютеров выделяется отдельная
электрическая линия связи и требуется
большое количество коммутационных
портов. Чаще всего этот вид топологии
используется в глобальных сетях при
небольших количествах компьютеров.
Топология общая шина является достаточно распространенной топологией для локальных сетей (Рис. 1б). В этом случае компьютеры подключаются к одному общему кабелю (шине), по которому и происходит обмен информацией между компьютерами. Основными преимуществами общей шины являются дешевизна и простота разводки кабеля по отдельным помещениям. Серьезными недостатками такой топологии является низкая надежность, т.к любой дефект общего кабеля полностью парализует всю сеть, а так же невысокая производительность, поскольку в любой момент только один компьютер может передавать данные в сеть.
Топология звезда (Рис. 1в) предусматривает подключение каждого компьютера отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором, который находится в центре сети. Концентратор служит для перенаправления передаваемой информации к одному или всем остальным компьютерам сети. По сравнению с общей шиной эта топология имеет более высокую надежность, т.к. неполадки с кабелем касаются лишь одного компьютера и только неисправность концентратора выводит из строя всю сеть. К недостатком топологии звезда можно отнести ее высокую стоимость ввиду необходимости установки дополнительного оборудования (концентратора). Кроме этого концентратор имеет ограниченное количество портов для подключения компьютеров. В настоящее время иерархическая звезда является самой распространенной топологией как в локальных, так и в глобальных компьютерных сетях.
В сетях с кольцевой топологией (Рис.1г) данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении. Если компьютер распознает данные как «свои», то он их принимает. В сетях с кольцевой топологией всегда принимаются меры для обеспечения работоспособности сети при выходе из строя одного из компьютеров. Такие сети строятся всегда, если требуется контроль предаваемой информации, т.к. данные сделав полный оборот возвращаются к компьютеру- источнику.
Отметим, что по описанным типовым топологиям строятся, как правило, небольшие сети. Для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами, где можно, однако, выделить описанные выше топологии. Такие сети называются сетями со смешанной топологией.
В локальных сетях канальный уровень должен обеспечивать доставку кадра между любыми узлами сети. При этом предполагается, что сеть имеет типовую топологию, например общую шину, кольцо, звезду или дерево (иерархическую звезду). Примерами технологий локальных сетей, применение которых ограничено типовыми топологиями, являются Ethernet, FDDI, Token Ring.
В глобальных сетях канальный уровень должен обеспечивать доставку кадра только между двумя соседними узлами, соединенными индивидуальной линией связи. Примерами двухточечных протоколов (как часто называют такие протоколы) могут служить широко распространенные протоколы PPP и HDLC. На основе двухточечных связей могут быть построены сети произвольной топологии.
10. Модель OSI. Протоколы. Инкапсуляция пакетов.
В начале 80-х годов двадцатого столетия ряд международных организаций (ISO (International Organization of Standardization) и др.), разработали стандартную модель сетевого взаимодействия, которую назвали моделью взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection). В соответствии с которой существует семь уровней протоколов:
1. Физический уровень - побитовая передача сигналов в кабелях: типы кодирования и физические характеристики сигналов, скорость передачи сигналов и т.д.
2. Канальный уровень - передача кадров данных между сетевыми картами компьютеров. В самом общем виде кадр данных – это группа битов, состоящая из заголовка кадра и поля данных. В заголовке указывается адрес отправителя, адрес получателя, контрольная сумма и т.п. Канальный уровень обеспечивает получение доступа к общей среде передачи данных, обнаружение ошибок в кадрах данных, их повторную передачу и др. Канальный уровень – это аппаратное взаимодействие сетевая карта – сетевая карта.
3. Сетевой уровень - сетевая логическая адресация сетевая карта – сетевая карта. Протоколы сетевого уровня позволяют использовать в одной сети сегменты, построенные на различных протоколах канального уровня. Кроме того, сетевой уровень отвечает за маршрутизацию (доставку) пакетов данных вне зависимости от сложности топологии сети.
4. Транспортный уровень. Обеспечивает надежность доставки пакетов данных: установка виртуального канала передачи данных между сетевыми картами, контроль искажения или утери пакетов данных, повторная передача пакетов данных при необходимости.
5. Сеансовый уровень. Управляет диалогом между двумя компьютерами. На этом уровне устанавливаются правила начала и завершения взаимодействия. На сеансовом уровне определяется, какая из сторон является активной в данный момент, а какая принимает данные.
6. Представительный уровень выполняет преобразование данных между устройствами с различными форматами данных, не меняя при этом содержания. Благодаря этому уровню информация, передаваемая прикладным уровнемодного компьютера всегда понятна прикладному уровню другого компьютера. На этом уровне, как правило, происходит шифрование и дешифрование данных, благодаря которому обеспечивается секретность предаваемого сообщения.
7. Прикладной уровень - набор разнообразных протоколов, при помощи которых взаимодействуют между собой прикладные программы. Каждая программа по желанию программиста может иметь свой собственный протокол или использовать один из широко известных прикладных протоколов.
При продвижении пакета данных по уровням сверху вниз каждый новый уровень добавляет к пакету свою служебную информацию в виде заголовка и, возможно, трейлера (информации, помещаемой в конец сообщения). Эта операция называется инкапсуляцией данных верхнего уровня в пакете нижнего уровня. Служебная информация предназначается для объекта того же уровня на удаленном компьютере, ее формат и интерпретация определяются протоколом данного уровня.