МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО АНАЛИЗА И ОПЕРАТОРНЫХ УРАВНЕНИЙ

Отчет по лабораторной работе №1 по теме: «Локальные сети. Определения и понятия»

Выполнила: студентка 3 курса

математического факультета

группы КФА Потимко С. А.

Проверил: Завгородний М.Г.

Воронеж

2013

1. Какие кабели используют для объединения компьютеров в локальную сеть? Укажите виды кабелей и их характеристики (максимальная длина распространения сигнала по кабелю, длина сегмента, количество сегментов в сети, длина сети, количество станций, подключенных к одному сегменту).

1. Коаксиальный кабель.

Не так давно коаксиальный кабель был самым распространенным типом кабеля. Это объяснялось двумя причинами. Во-первых, он был относительно недорогим, легким, гибким и удобным в применении. А во-вторых, широкая популярность коаксиального кабеля привела к тому, что он стал безопасным и простым в установке.

Самый простой коаксиальный кабель состоит из медной жилы (core), изоляции, ее окружающей, экрана в виде металлической оплетки и внешней оболочки. Если кабель, кроме металлической оплетки, имеет и слой фольги, он называется кабелем с двойной экранизацией. При наличии сильных помех можно воспользоваться кабелем с учетверенной экранизацией. Он состоит из двойного слоя фольги и двойного слоем металлической оплетки. Некоторые типы коаксиальных кабелей покрывает металлическая сетка - экран (shield). Он защишает передаваемые по кабелю данные, поглощая внешние электромагнитные сигналы, называемые помехами или шумом. Таким образом, экран не позволяет помехам исказить данные. Электрические сигналы, кодирующие данные, передаются по жиле. Жила-это один провод (сплошная) или пучок проводов. Сплошная жила изготавливается, как правило, из меди. Жила окружена изоляционным слоем, который отделяет ее от металлической оплетки. Оплетка играет роль заземления и защищает жилу от электрических шумов (noise) и перекрестных помех (crosstalk). Перекрестные помехи - это электрические наводки, вызванные сигналами в соседних проводах. Проводящая жила и металлическая оплетка не должны соприкасаться, иначе произойдет короткое замыкание, помехи проникнут в жилу, и данные разрушатся. Снаружи кабель покрыт непроводящим слоем - из резины, тефлона или пластика. 

Существует два типа коаксиальных кабелей: 1) тонкий коаксиальный кабель; 2) толстый коаксиальный кабель. Выбор того или иного типа кабеля зависит от потребностей конкретной сети.

Толстый (thick) коаксиальный кабель - относительно жесткий кабель с диаметром около 1 см (около 0,5 дюймов). Иногда его называют «стандартный Ethernet», поскольку он был первым типом кабеля, применяемым в Ethernet - популярной сетевой архитектуре. 

Медная жила толстого коаксиального кабеля больше в сечении, чем тонкого. Чем толще жила у кабеля, тем большее расстояние способен преодолеть сигнал. Следовательно, толстый коаксиальный кабель передает сигналы дальше, чем тонкий, - до 500 м (около 1 640 футов). Поэтому толстый коаксиальный кабель иногда используют в качестве основного кабеля [магистрали (backbone)], который соединяет несколько небольших сетей, построенных на тонком коаксиальном кабеле.

Для подключения к толстому коаксиальному кабелю применяют специальное устройство - трансивер (transceiver). 

Максимальная длина сегмента	500 м
Максимальное количество сегментов в сети	5
Максимальная длина сети	2,5 км
Максимальное количество станций, подключенных к одному сегменту (если в сети есть репитеры, они тоже считаются как станции)	100

Тонкий коаксиальный кабель - гибкий кабель диаметром около 0,5 см (около 0.25 дюймов). Он прост в применении и годится практически для любого типа сети. Подключается непосредственно к платам сетевого адаптера компьютеров.Тонкий (thin) коаксиальный кабель способен передавать сигнал на расстояние до 185 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 0м. Волновое сопротивление (impedance) - это сопротивление переменному току, выраженное в омах. Основная отличительная особенность этого семейства - медная жила. Она может быть сплошной или состоять из нескольких переплетенных проводов. 

Максимальная длина сегмента	185 м
Максимальное количество сегментов в сети	5
Максимальная длина сети	925 м
Максимальное количество станций, подключенных к одному сегменту (если в сети есть репитеры, они тоже считаются как станции)	30

2. Витая пара.

«Витая пара» - это кабель, в котором изолированная пара проводников скручена с небольшим числом витков на единицу длины.

Этот вид среды передачи данных очень популярен и составляет основу большого количества как внутренних, так и внешних кабелей. Кабель может состоять из нескольких скрученных пар (внешние кабели иногда содержат до нескольких десятков таких пар). Скручивание проводов снижает влияние внешних и взаимных помех на полезные сигналы, передаваемые по кабелю.

Кабели на основе витой пары являются симметричными, то есть они состоят из двух одинаковых в конструктивном отношении проводников. Симметричный кабель на основе витой пары может быть как экранированным, так и неэкранированным.

Нужно отличать электрическую изоляцию проводящих жил, которая имеется в любом кабеле, от электромагнитной изоляции. Первая состоит из непроводящего диэлектрического слоя - бумаги или полимера. Во втором случае помимо электрической изоляции проводящие жилы помещаются также внутрь электромагнитного экрана, в качестве которого чаще всего применяется проводящая медная оплетка. Кабель на основе неэкранированной витой пары, используемый для проводки внутри здания, разделяется в международных стандартах на категории (от 1 до 7).

Кабели категории 1 применяются, где требования к скорости передачи минимальны. Обычно это кабель для цифровой и аналоговой передачи голоса и низкоскоростной (до 20 Кбит/с) передачи данных. До 1983 года это был основной тип кабеля для телефонной разводки.

Кабели категории 2 впервые были применены фирмой IBM при построении собственной кабельной системы. Главное требование к кабелям этой категории — способность передавать сигналы со спектром до 1 МГц.

Кабели категории 3 были стандартизированы в 1991г. Стандарт EIA-568 определил электрические характеристики кабелей для частот в диапазоне до 16 МГц. Кабели категории 3, предназначенные как для передачи данных, так и для передачи голоса, составляют сейчас основу многих кабельных систем зданий.

Кабели категории 4 представляют собой несколько улучшенный вариант кабелей категории 3. Кабели категории 4 обязаны выдерживать тесты на частоте передачи сигнала 20 МГц и обеспечивать повышенную помехоустойчивость и низкие потери сигнала. На практике используются редко.

Кабели категории 5 были специально разработаны для поддержки высокоскоростных протоколов. Их характеристики определяются в диапазоне до 100 МГц.

Особое место занимают кабели категорий 6 и 7, которые промышленность начала выпускать сравнительно недавно. Для кабеля категории 6 характеристики определяются до частоты 250 МГц, а для кабелей категории 7 — до 600 МГц, Кабели категории 7 обязательно экранируются, причем как каждая пара, так и весь кабель в целом. Кабель категории 6 может быть как экранированным, так и неэкранированным.

Основное назначение этих кабелей - поддержка высокоскоростных протоколов на отрезках кабеля большей длины, чем кабель UTP категории 5.

Все кабели UTP независимо от их категории выпускаются в 4-парном исполнении. Каждая из четырех пар кабеля имеет определенный цвет и шаг скрутки. Обычно две пары предназначены для передачи данных, две — для передачи голоса.

Экранированная витая пара хорошо защищает передаваемые сигналы от внешних помех, а также меньше излучает электромагнитные колебания вовне, что, в свою очередь, защищает пользователей сетей от вредного для здоровья излучения. Наличие заземляемого экрана удорожает кабель и усложняет его прокладку.

Для неэкранированной «витой пары» (кабеля типа UTP) максимальное расстояние для передачи информации составляет 30 метров, а для экранированной (FTP) – 100 метров.

Максимальная длина сегмента	100 м
Максимальное количество сегментов в сети	5
Максимальная длина сети	500 м
Максимальное количество станций, подключенных к одному сегменту (если в сети есть репитеры, они тоже считаются как станции)	1024

3. Оптоволоконный кабель.

Это наиболее качественный тип кабеля — он обеспечивает передачу данных с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/с и выше) и, к тому же, лучше других типов передающей среды обеспечивает защиту данных от внешних помех (в силу особенностей распространения света такие сигналы легко экранировать).

Каждый световод состоит из центрального проводника света (сердцевины) — стеклянного волокна, и стеклянной оболочки, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки.

В зависимости от распределения показателя преломления и величины диаметра сердечника различают:

В одномодовом кабеле (Single Mode Fiber, SMF) используется центральный проводник очень малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света — от 5 до 10 мкм. При этом практически все лучи света распространяются вдоль оптической оси световода, не отражаясь от внешнего проводника. Изготовление сверхтонких качественных волокон для одномодового кабеля представляет собой сложный технологический процесс, что делает одномодовый кабель достаточно дорогим. Кроме того, в волокно такого маленького диаметра достаточно сложно направить пучок света, не потеряв при этом значительную часть его энергии.

В многомодовых кабелях (Multi Mode Fiber, MMF) используются более широкие внутренние сердечники, которые легче изготовить технологически. В многомодовых кабелях во внутреннем проводнике одновременно существует несколько световых лучей, отражающихся от внешнего проводника под разными углами. Угол отражения луча называется модой луча. В многомодовых кабелях с плавным изменением коэффициента преломления режим отражения лучей имеет сложный характер. Возникающая при этом интерференция ухудшает качество передаваемого сигнала, что приводит к искажениям передаваемых импульсов в многомодовом оптическом волокне. По этой причине технические характеристики многомодовых кабелей хуже, чем одномодовых.

Многомодовые кабели применяют в основном для передачи данных на скоростях не более 1 Гбит/с на небольшие расстояния (до 300-2000 м), а одномодовые — для передачи данных со сверхвысокими скоростями в несколько десятков гигабитов в секунду на расстояния до нескольких десятков и даже сотен километров (дальняя связь).

Максимальная длина сегмента	2000 м
Максимальное количество сегментов в сети	5
Максимальная длина сети	2740
Максимальное количество станций, подключенных к одному сегменту (если в сети есть репитеры, они тоже считаются как станции)	1024

2. Для чего служат сетевые адаптеры?

Сетевой адаптер – это устройство, которое служит для подключения компьютера к локальной сети. Сетевой адаптер контролирует доступ к среде передачи данных и обмен данными между единицами сети. Он представляет собой периферийное устройство компьютера, непосредственно взаимодействующее со средой передачи данных, которая прямо или через другое оборудование связывает его с другими компьютерами. Сетевая карта решает задачи надёжного обмена двоичными данными, которые представляются в виде соответствующих электромагнитных сигналов по внешним линиям связи. Сетевой адаптер работает под управлением драйвера операционной системы.

3. Укажите спецификации разъемов для подключения различных видов кабелей к сетевым адаптерам.

8Р8С (8 Position 8 Contact), часто ошибочно называемый RJ45 или RJ-45 - унифицированный разъём, используемый в телекоммуникациях, имеет 8 контактов и защёлку. Используется для создания ЛВС по технологиям 10-Base-T, 100-Base-T и 1000-Base-TX с использованием 4-парных кабелей витой пары. Используется во многих других областях и для построения иных сетей.

BNC-коннектор (BNC сокр. от Bayonet Neill Concelman) служит для подключения тонкого коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом и диаметром 0,5 см. Кабели с BNC-разъёмами применяются для соединения радиоэлектронных устройств (генераторов сигналов, осциллографов и пр.), а также для построения сетей Ethernet стандарта 10-Base-2. По форме BNC-разъемы бывают прямыми и угловыми. Центральная жила и оплетка коаксиального кабеля могут фиксироваться в BNC-разъемах тремя разными способами: пайкой, накруткой, либо обжимом деталей на кабеле.

AUI, интерфейс модуля присоединения (от англ. attachment unit interface) — 15-ти штырьковый разъём для соединения между портом сетевой платы устройства и контроллером Ethernet с помощью толстого коаксиального кабеля. Стандарт IEEE 802.3 определяет физический уровень 15-ти штырькового интерфейса AUI. Используется стандартный разъём DA-15 с несколько изменённым креплением.

4. Дайте определение понятия «топология локальной компьютерной сети».

Под топологией сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети (например, компьютеры) и коммуникационное оборудование (например, маршрутизаторы), а ребрам – электрические и информационные связи между ними. Число возможных вариантов конфигурации резко возрастает при увеличении числа связываемых устройств. Так, если три компьютера можно связать двумя способами, то четыре – уже шестью. Среди всех способов соединения сетевых устройств можно выделить пять основных: полносвязная топология, шинная, «звезда», «кольцо» и ячеистая топология. Остальные способы являются комбинациями базовых, некоторые из них имеют названия, например, «дерево».

5. К какому типу топологии можно отнести структуру, образованную:

а) тремя связанными друг с другом узлами (в виде треугольника)?

б) тремя последовательно соединенными друг с другом узлами (последний не связан с первым)?

а) Такую структуру можно отнести как к полносвязной топологии (ввиду того что каждый компьютер непосредственно связан со всеми остальными), так и к неполносвязной топологии типа «кольцо» (компьютеры связаны «по кругу», передача информации происходит от одного компьютера к другому).

б) Такую структуру можно отнести как к шинной топологии, поскольку компьютеры подключены последовательно.