Глава 6. Широкополосные лкс
В отличие от узкополосных линий, предоставляемых аналоговыми коммутируемыми телефонными сетями, полезная полоса пропускания физических сред, используемых в ЛКС, может достигать сотни МГц (например, коаксиальный кабель и ВОК). Эту высокую полосу пропускания в ЛКС можно использовать в одном из двух режимов.
Однополосный режим (baseband), при котором вся доступная полоса пропускания используется для получения одного высокоскоростного (10 Мбит/с и выше) канала передачи—моноканала.
Широкополосный режим (broadband), при котором вся доступная полоса пропускания делится на части для получения в одном кабеле нескольких узкополосных подканалов для передачи данных–поликанала.
Стандарт IEEE 802.4 делит широкополосные ЛКС на два типа.
ЛКС с двунаправленной шиной, предназначены для построения небольших по территории сетей, использующих, как правило, отдельную секцию кабеля без усилителей.
ЛКС с однонаправленной шиной, предназначены для построения больших по территории сетей с применением технологии кабельного телевидения CATV12.
6.1. Использование поликаналов в широкополосных лкс с двунаправленной шиной
При использовании широкополосного режима в ЛКС в одном коаксиальном кабеле (возьмем для конкретности именно его в силу распространенности) создаются несколько независимых и параллельно работающих каналов передачи со своими несущими частотами. При этом используется метод частотного уплотнения FDM и между каждым узлом ЛКС и кабелем необходимо устанавливать радиочастотный модем13.
Рис.6.1. Логическая организация системы управления и опроса
Рис.6.2. Реализация системы управления и опроса в виде широкополосной ЛКС
В этом случае, хотя используется одна и та же физическая ЛКС, логически она представляется как совокупность нескольких отдельных сетей. Это порождает следующую проблему.
Узел, подключенный к сети, имеет определенный частотный диапазон для передачи. Другой узел сети, которому адресуются передаваемые данные, должен быть настроен на ту же частоту. Для передачи в противоположном направлении потребуется иная частота. Т.е., передающий канал одного из применяемых модемов является одновременно приемным каналом второго. Подобный подход приемлем в случае необходимости двухточечного соединения пары узлов ЛКС. При большом количестве требуемых соединений в ЛКС компьютеры узлов будут перегружены модемами, т.к. каждая пара каналов нуждается в отдельном модеме.
Рис.6.3. Широкополосная ЛКС с использованием РЧМ с перестраиваемой частотой
На рис. 6.1 показана логическая организация некоторой требуемой для построения централизованной системы управления и опроса со связями “точка–точка” между хост–компьютером HC и территориально–разнесенными рабочими станциями WS. На рис. 6.2 показана ее практическая реализация в виде широкополосной ЛКС. При этом хост–компьютер использует свои порты ввода–вывода для связи с модемами, которые настроены на отдельные каналы A,B,C,D для связи с соответствующими рабочими станциями.
Решением данной проблемы является использование радиочастотных модемов (РЧМ) с перестраиваемой частотой. Если такому модему сообщить, на какой частоте следует работать, он переходит на требуемую частоту. При этом в ЛКС удобно ввести специальный узел–контроллер (компьютер–контроллер CC), хранящий таблицы распределения и занятости частотного пространства. Если некоторый узел требует передачи данных другому узлу, то он сначала передает сообщение “Запрос вызова” на зарезервированной для этих целей частоте. Контроллер просматривает таблицы и выясняет, какие частоты свободны. После этого он посылает отправителю и получателю сообщение с указанием их рабочей частоты. Модемы узлов перестраиваются на соответствующие частоты до завершения сеанса связи. На рис. 6.3 показана организация такой ЛКС. При этом возможно использование следующих методов доступа к физической среде: маркерный, CSMA/CD, CSMA/CA.
Попытки внедрения в широкополосные ЛКС методов, используемых в CATV, привели к оригинальной структуре и для сети с двунаправленной шиной, которая показана на рис. 6.4. На одном конце шины вместо традиционного терминатора размещается специальный блок головного окончания14 (Head–End).
Рис.6.4. Широкополосная ЛКС с двунаправленной шиной и использованием раздела диапазона частот кабеля
Последний содержит в своем составе специальный ретранслятор (Р), преобразующий весь спектр частот, использующийся для передачи, в спектр частот, предназначенный для приема. При этом используется раздел общего диапазона частот кабеля на два частотных канала15: прямой (для приема) и обратный (для передачи). Если ширина полосы пропускания кабеля составляет 300 МГц (например, от 100 до 400 МГц), то под обратный канал можно отвести спектр частот от 100 до 250 МГц, а под прямой канал - спектр частот от 250 до 400 МГц.
Ретранслятор с помощью частотного преобразователя (ЧП) преобразует частоты обратного канала (передаваемые сигналы) в частоты прямого канала (принимаемые сигналы). На рис. 6.5 показана организация ретранслятора, состоящего из полосовых фильтров ПФ1 (выделяет полосу 100–250 МГц обратного канала), ПФ2 (выделяет полосу 250–400 МГц прямого канала), смесителя (приемопередатчика) СМ, частотного преобразователя ЧП. С помощью ответвителей ОТВ к шине (поликаналу) подключаются сетевые
Рис.6.5. Организация ретранслятора головного окончания с использованием раздела диапазона частот на прямой и обратный каналы
адаптеры рабочих станций, основными элементами которых являются РЧМ и MAC–блок. Если, например, передача сигналов ведется в обратном канале на частоте 150 МГц, то ЧП ретранслятора преобразовывает эту частоту в 150+150 = 300 МГц, переводя тем самым сигнал в прямой канал.
При таком подходе прием и передача у всех модемов осуществляется на частотах, соответствующих прямому и обратному каналам.