Отчёты по практике / RYMO / 3299

в многомодовом кабеле распространяется по своему пути, время получения их адресатом различно. В результате этого увеличивается длительность импульса и, соответственно, снижается возможная скорость передачи сигнала.

Оптоволоконные кабели различаются по диаметру световода/оболочки и способу передачи сигнала (одно- и многомодовые). Наиболее распространены следующие типы кабеля:

-с 8,3мк сердечником/ 125мк оболочкой, одномодовый;

-с 50мк сердечником/ 125мк оболочкой, многомодовый;

-с 62,5мк сердечником/ 125мк оболочкой, многомодовый;

-с 100мк сердечником/ 125мк оболочкой, многомодовый.

Основным стандартным соотношением номинальных диаметров сердцевины и окружающего ее слоя считается соотношение 62,5/125мк.

Следует заметить, что прозрачность оптического волокна на несколько порядков выше прозрачности обычного стекла, что позволяет передавать световой сигнал на десятки километров без существенного снижения уровня сигнала.

Оптическое волокно достаточно гибкое, это дает возможность прокладывать оптоволоконный кабель практически по тем же каналам, что и коаксиальный кабель. При соответствующей технологии изготовления оптоволоконного кабеля можно добиться того, что свет будет распространяться вдоль световода и не излучаться наружу, даже при скручивании кабеля. Наряду с высокой скоростью передачи, оптоволоконный кабель значительно тоньше и легче обычного кабеля. К преимуществам кабеля оптоволоконной средой передачи следует отнести

невосприимчивость к электрическим помехам, что позволяет использовать его вблизи источников сильных электромагнитных полей, например электросварочных аппаратов.

Для подключения сетевых устройств к оптоволоконному кабелю используются разъемы типа MIC, ST или SC (рис. 32).

Сегодня многие производители коммутационного оборудования предлагают версии видео-удлинителей (экстендеров) для работы с оптическими линиями. ATEN International, TRENDnet, Rextron, Gefen и другие выпускают различные модели для целого ряда видео- и компьютерных форматов. При этом служебные данные — HDCP** и EDID*** — могут передаваться с помощью дополнительной оптический линии, а в некоторых случаях — по отдельному медному кабелю, связывающему передатчик и приемник. В результате того, что формат HD стал стандартом для рынка вещания, на других рынках — инсталляционном, например — тоже стали применять защиту от несанкционированного копирования контента в форматах DVI и HDMI. С помощью выпускаемого устройства HDMI-ONE пользователи могут отправить видеосигнал с DVDили Blu-Ray плеера на монитор или дисплей, расположенный на расстоянии до 1000 метров. Ранее ни одно устройство, работающее с многомодовыми линиями, не поддерживало систему защиты от копирования HDCP». Те, кто работает с ВОЛС, не должны забывать и о специфических инсталляционных проблемах – концевой заделке кабелей. В этом плане многие производители выпускают как собственно разъемы, так и монтажные наборы, включающие в себя специализированный инструмент, а также химические препараты. Между тем, любой элемент ВОЛС, будь то удлинитель, разъем или место состыковки кабелей, должен с помощью оптического измерителя быть проверен на предмет ослабления сигнала – это необходимо для оценки общего бюджета мощности (power budget, основной расчѐтный показатель ВОЛС). Естественно, собрать разъемы волоконных кабелей можно и вручную, «на коленке», но действительно высокое качество и надежность гарантируется только при использо-

41

вании готовых, произведенных на заводе «разделанных» кабелей, подвергнутых тщательному многоступенчатому тестированию.

Несмотря на огромную пропускную способность ВОЛС, у многих всѐ еще остаѐтся желание «впихнуть» в один кабель побольше информации.Здесь развитие идет в двух направлениях — спектрального уплотнения (optical WDM), когда в один световод направляется несколько световых лучей с разными длинами волн, а другое – сериализация / десериализация данных (англ. SerDes), когда параллельный код преобразуется в последовательный и обратно. При этом оборудование для спектрального уплотнения стоит дорого из-за сложного проектирования и применения миниатюрных оптических компонентов, но не увеличивает скорость передачи. Применяемые в оборудовании SerDes высокоскоростные логические устройства также увеличивают расходную часть проекта. Кроме того, сегодня выпускается оборудование, позволяющее мультиплексировать и демультиплексировать из общего светового потока управляющие данные – USB или RS232/485. При этом световые потоки можно отправлять по одному кабелю в противоположных направлениях, хотя цена выполняющих эти «трюки» приборов обычно превышает стоимость дополнительного световода для возврата данных.

Оптика открывает широкие возможности там, где требуются высокоскоростные коммуникации с высокой пропускной способностью. Это хорошо себя зарекомендовавшая, понятная и удобная технология. В АудиоВизуальной области она открывает новые перспективы и предоставляет решения, недоступные с помощью других методов. По крайней мере, без значительных рабочих усилий и денежных затрат.

В зависимости от основной области применения волоконно-оптические кабели подразделяются на два основных вида:

Кабель внутренней прокладки. При монтаже ВОЛС в закрытых помещениях обычно применяется Волоконно-оптический кабель с плотным буфером (для защиты от грызунов). Используется для построения СКС в качестве магистрального или горизонтального кабеля. Поддерживает передачу данных на короткие и средние расстояния. Идеально подходит для горизонтального каблирования.

Кабель внешней прокладки. Волоконно-оптический кабель с плотным буфером, бронированный стальной лентой, влагостойкий. Применяется для внешней прокладки при создании подсистемы внешних магистралей и связывают между собой отдельные здания. Может прокладываться в кабельные каналы. Подходит для непосредственной укладки в грунт.

Внешний самонесущий оптоволоконный кабель. Волоконно-оптический кабель са-

монесущий, со стальным тросиком. Применяется для внешннй прокладки на большие расстояния в рамках телефонных сетей. Поддерживает передачу сигналов кабельного телевидения, а также передачу данных. Подходит для прокладки в кабельной канализации и воздушной прокладки.

Преимущества ВОЛС.

Передача информации по ВОЛС имеет целый ряд достоинств перед передачей по медному кабелю. Стремительное внедрение в информационные сети Волс является следствием преимуществ, вытекающих из особенностей распространения сигнала в оптическом волокне.

Широкая полоса пропускания - обусловлена чрезвычайно высокой частотой несущей 1014Гц. Это дает потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько терабит в секунду. Большая полоса пропускания - это одно из наиболее важных преимуществ оптического волокна над медной или любой другой средой передачи информации.

Малое затухание светового сигнала в волокне. Выпускаемое в настоящее время отечественными и зарубежными производителями промышленное оптическое волокно имеет затухание 0,2-0,3 дБ на длине волны 1,55 мкм в расчете на один километр. Малое затухание и небольшая дисперсия позволяют строить участки линий без ретрансляции протяженностью до 100 км и более.

Низкий уровень шумов в волоконно-оптическом кабеле позволяет увеличить полосу пропускания, путем передачи различной модуляции сигналов с малой ибыточностью кода.

42

Высокая помехозащищенность. Поскольку волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем и электрического оборудования, способного индуцировать электромагнитное излучение (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.). В многоволоконных кабелях также не возникает проблемы перекрестного влияния электромагнитного излучения, присущей многопарным медным кабелям.

Малый вес и объем. Волоконно-оптические кабели (ВОК) имеют меньший вес и объем по сравнению с медными кабелями в расчете на одну и ту же пропускную способность. Например, 900-парный телефонный кабель диаметром 7,5 см, может быть заменен одним волокном с диаметром 0,1 см. Если волокно ―одеть‖ в множество защитных оболочек и покрыть стальной ленточной броней, диаметр такого ВОК будет 1,5 см, что в несколько раз меньше рассматриваемого телефонного кабеля.

Высокая защищенность от несанкционированного доступа. Поскольку ВОК практически не излучает в радиодиапазоне, то передаваемую по нему информацию трудно подслушать, не нарушая приема-передачи. Системы мониторинга (непрерывного контроля) целостности оптической линии связи, используя свойства высокой чувствительности волокна, могут мгновенно отключить ―взламываемый‖ канал связи и подать сигнал тревоги. Сенсорные системы, использующие интерференционные эффекты распространяемых световых сигналов (как по разным волокнам, так и разной поляризации) имеют очень высокую чувствительность к колебаниям, к небольшим перепадам давления. Такие системы особенно необходимы при создании линий связи в правительственных, банковских и некоторых других специальных службах, предъявляющих повышенные требования к защите данных.

Гальваническая развязка элементов сети. Данное преимущество оптического волокна заключается в его изолирующем свойстве. Волокно помогает избежать электрических ―земельных‖ петель, которые могут возникать, когда два сетевых устройства неизолированной вычислительной сети, связанные медным кабелем, имеют заземления в разных точках здания, например на разных этажах. При этом может возникнуть большая разность потенциалов, что способно повредить сетевое оборудование. Для волокна этой проблемы просто нет.

Взрыво- и пожаробезопасность. Из-за отсутствия искрообразования оптическое волокно повышает безопасность сети на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях, при обслуживании технологических процессов повышенного риска.

Экономичность ВОЛС. Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличии от меди. В настоящее время стоимость волокна по отношению к медной паре соотносится как 2:5. При этом ВОК позволяет передавать сигналы на значительно большие расстояния без ретрансляции. Количество повторителей на протяженных линиях сокращается при использовании ВОК. При использовании солитонных систем передачи достигнуты дальности в 4000 км без регенерации (то есть только с использованием оптических усилителей на промежуточных узлах) при скорости передачи выше 10 Гбит/с.

Длительный срок эксплуатации. Со временем волокно испытывает деградацию. Это означает, что затухание в проложенном кабеле постепенно возрастает. Однако, благодаря совершенству современных технологий производства оптических волокон, этот процесс значительно замедлен, и срок службы ВОК составляет примерно 25 лет. За это время может смениться несколько поколений/стандартов приемо-передающих систем.

Удаленное электропитание. В некоторых случаях требуется удаленное электропитание узла информационной сети. Оптическое волокно не способно выполнять функции силового кабеля. Однако, в этих случаях можно использовать смешанный кабель, когда наряду с оптическими волокнами кабель оснащается медным проводящим элементом. Такой кабель широко используется как в России, так и за рубежом.

Однако оптоволоконный кабель имеет и некоторые недостатки:

Самый главный из них – высокая сложность монтажа (при установке разъемов необходима микронная точность, от точности скола стекловолокна и степени его полировки сильно

43

зависит затухание в разъеме). Для установки разъемов применяют сварку или склеивание с помощью специального геля, имеющего такой же коэффициент преломления света, что и стекловолокно. В любом случае для этого нужна высокая квалификация персонала и специальные инструменты. Поэтому чаще всего оптоволоконный кабель продается в виде заранее нарезанных кусков разной длины, на обоих концах которых уже установлены разъемы нужного типа. Следует помнить, что некачественная установка разъема резко снижает допустимую длину кабеля, определяемую затуханием.

Также надо помнить, что использование оптоволоконного кабеля требует специальных оптических приемников и передатчиков, преобразующих световые сигналы в электрические и обратно, что порой существенно увеличивает стоимость сети в целом.

Оптоволоконные кабели допускают разветвление сигналов (для этого производятся специальные пассивные разветвители (couplers) на 2—8 каналов), но, как правило, их используют для передачи данных только в одном направлении между одним передатчиком и одним приемником. Ведь любое разветвление неизбежно сильно ослабляет световой сигнал, и если разветвлений будет много, то свет может просто не дойти до конца сети. Кроме того, в разветвителе есть и внутренние потери, так что суммарная мощность сигнала на выходе меньше входной мощности.

Оптоволоконный кабель менее прочен и гибок, чем электрический. Типичная величина допустимого радиуса изгиба составляет около 10 – 20 см, при меньших радиусах изгиба центральное волокно может сломаться. Плохо переносит кабель и механическое растяжение, а также раздавливающие воздействия.

Чувствителен оптоволоконный кабель и к ионизирующим излучениям, из-за которых снижается прозрачность стекловолокна, то есть увеличивается затухание сигнала. Резкие перепады температуры также негативно сказываются на нем, стекловолокно может треснуть.

Применяют оптоволоконный кабель только в сетях с топологией звезда и кольцо. Никаких проблем согласования и заземления в данном случае не существует. Кабель обеспечивает идеальную гальваническую развязку компьютеров сети. В будущем этот тип кабеля, вероятно, вытеснит электрические кабели или, во всяком случае, сильно потеснит их.

Перспективы развития ВОЛС.

В связи с ростом требований, предъявляемых новыми сетевыми приложениями, становится все более актуальным применение оптоволоконных технологий в структурированных кабельных системах. Каковы же преимущества и особенности использования оптических технологий в горизонтальной кабельной подсистеме, а также на рабочих местах пользователей?

Проанализировав изменения сетевых технологий за последние 5 лет, легко заметить, что медные стандарты СКС отставали от гонки "сетевых вооружений". Не успев инсталлировать СКС третьей категории, предприятиям приходилось переходить на пятую, сейчас уже и на шестую, а не за горами использование седьмой категории.

Очевидно, развитие сетевых технологий не остановится на достигнутом: гигабит на рабочее место вскоре станет стандартом де-факто, а впоследствии и де-юре, и для ЛВС (локальных вычислительных сетей) крупного или даже среднего предприятия 10 Гбит/с Etnernet не будет редкостью.

Поэтому очень важно использовать такую кабельную систему, которая позволила бы легко справляться с возрастающими скоростями сетевых приложений на протяжении как минимум 10 лет - именно такой минимальный срок службы СКС определен международными стандартами.

Более того, при изменении стандартов на протоколы ЛВС необходимо избегать повторной прокладки новых кабелей, которая раньше была причиной значительных расходов на эксплуатацию СКС и просто не допустима в будущем.

Только одна среда передачи в СКС удовлетворяет данным требованиям - оптика. Оптические кабели используются в телекоммуникационных сетях уже более 25 лет, в последнее время они также находят широкое применение в кабельном телевидении и ЛВС.

44

В ЛВС они в основном используются для построения магистральных кабельных каналов между зданиями и в самих зданиях, обеспечивая при этом высокую скорость передачи данных между сегментами этих сетей. Однако развитие современных сетевых технологий актуализирует использование оптоволокна как основной среды для подключения непосредственно пользователей.

Новые стандарты и технологии ВОЛС.

За последние годы на рынке появилось несколько технологий и продуктов, позволяющих значительно облегчить и удешевить использование оптоволокна в горизонтальной кабельной системе и подключение его к рабочим местам пользователей.

Среди этих новых решений прежде всего хочется выделить оптические разъемы с малым форм-фактором - SFFC (small-form-factor connectors), плоскостные лазерные диоды с вертикальным резонатором - VCSEL (vertical cavity surface-emitting lasers) и оптические многомодовые волокна нового поколения.

Следует отметить, что недавно утвержденный тип многомодового оптического волокна ОМ-3 обладает полосой пропускания более 2000 МГц/км на длине лазерного излучения 850 нм. Данный тип волокна обеспечивает последовательную передачу потоков данных протокола 10 Gigabit Ethernet на расстояние 300 м. Использование новых типов многомодового оптоволокна и 850-нанометровых VCSEL-лазеров обеспечивает наименьшую стоимость реализации 10

Gigabit Ethernet-решений.

Разработка новых стандартов оптоволоконных разъемов позволила сделать оптоволоконные системы серьезным конкурентом медным решениям. Традиционно оптоволоконные системы требовали в два раза большего числа разъемов и коммутационных шнуров, чем медные - в телекоммуникационных пунктах требовалась гораздо большая площадь для размещения оптического оборудования, как пассивного, так и активного.

Оптические разъемы с малым форм-фактором, представленные недавно целым рядом производителей, обеспечивают в два раза большую плотность портов, чем предыдущие решения, поскольку каждый такой разъем содержит в себе сразу два оптических волокна, а не одно, как ранее.

При этом уменьшаются размеры и оптических пассивных элементов - кроссов и т.д., и активного сетевого оборудования, что позволяет снизить в четыре раза расходы на установку (по сравнению с традиционными оптическими решениями).

Следует отметить, что американские органы стандартизации EIA и TIA в 1998 году приняли решение не регламентировать использование какого-либо определенного типа оптических разъемов с малым форм-фактором, что привело к появлению на рынке сразу шести типов конкурирующих решений в данной области: MT-RJ, LC, VF-45, Opti-Jack, LX.5 и SCDC. Также сегодня есть и новые разработки.

Наиболее популярным миниатюрным разъемом является разъем типа MT-RJ, который имеет один полимерный наконечник с двумя оптическими волокнами внутри. Его конструкция была спроектирована консорциумом компаний во главе с AMP Netconnect на основе разработанного в Японии многоволоконного разъема MT. AMP Netconnect на сегодня представила уже более 30 лицензий на производство данного типа разъема MT-RJ.

Своему успеху разъем MT-RJ во многом обязан внешней конструкции, которая схожа с конструкцией 8-контактного модульного медного разъема RJ-45. За последнее время характеристики разъема MT-RJ заметно улучшились - AMP Netconnect предлагает разъемы MT-RJ с ключами, предотвращающими ошибочное или несанкционированное подключение к кабельной системе. Кроме того, ряд компаний разрабатывает одномодовые варианты разъема MT-RJ.

Достаточно высоким спросом на рынке оптических кабельных решений пользуются разъемы LC компании Avaya(http://www.avaya.com). Конструкция этого разъема основана на использовании керамического наконечника с уменьшенным до 1,25 мм диаметром и пластмассового корпуса с внешней защелкой рычажного типа для фиксации в гнезде соединительной розетки.

45

Разъем выпускается как в симплексном, так и в дуплексном варианте. Основным преимуществом разъема LC являются низкие средние потери и их среднеквадратичное отклонение, которое составляет всего 0,1 дБ. Такое значение обеспечивает стабильную работу кабельной системы в целом. Для установки вилки LC применяются стандартная процедура вклеивания на эпоксидной смо ле и полировки. Сегодня разъемы нашли свое применение у производителей 10 Гбит/с-трансиверов.

Компания Corning Cable Systems (http://www.corning.com/cablesystems) производит од-

новременно как разъемы типа LC, так и MT-RJ. По ее мнению, индустрия СКС сделала свой выбор в пользу разъемов MT-RJ и LC. Недавно компания выпустила первый одномодовый разъем MT-RJ и UniCam-версии разъемов MT-RJ и LC, особенностью которых является малое время монтажа. При этом для установки разъемов типа UniCam нет необходимости использовать эпоксидный клей и полировать наконечники, необходимо только очистить и сколоть волокно, а затем установить его в разъем.

Для использования в горизонтальных кабельных системах существует ряд фирменных решений, среди которых можно отметить, например, систему Volition Network Solutions компании 3M (http://www.3M.com). В ней используются разъемы типа VF-45.

Разъем VF-45 по своим размерам примерно в два раза меньше дуплексного разъема SC и не имеет центрирующего наконечника. Для совмещения оптических волокон в нем используются V-образные канавки, также сам разъем и вилка оснащены защитной шторкой, которая сдвигается в горизонтальном направлении при их совмещении.

Помимо гибридных оптических шнуров, имеющих с одной стороны разъемы VF-45, а с другой -ST, SC или другие, компания ЗМ недавно выпустила вилку VF-45, предназначенную для монтажа в полевых условиях и позволяющую быстро окон-цовывать кабели в точках консолидации. Кроме того, для создания оптических сетей повышенной безопасности компания предлагает шесть разновидностей VF-45 с цветовой кодировкой и защитными ключами.

Хотя разъемы VF-45 изначально разрабатывались для горизонтальных оптоволоконных кабельных систем, их можно использовать и в магистральных сетях. Компания ЗМ также считает одним из своих крупных достижений то, что в настоящее время цена сетевого адаптера, оснащенного разъемом VF-45, не превышает $100.

Еще одним разъемом, предназначенным для реализации кабельных решений типа "оптоволокно к рабочему месту", является соединитель Opti-Jack FJ фирмы Panduit (http://www.panduit.com). Он имеет два отдельных керамических наконечника диаметром 2,5 мм, а по форм-фактору соответствует 8-контактному медному разъему RJ-45. Модули Opti-Jack FJ могут использоваться вместе с розетками и коммутационными панелями типа Mini-Corn производства Panduit.

Наиболее сложной и трудоемкой частью работы по установке локальной сети является выбор и монтаж кабельной системы. Дело в том, что передающая среда является одной из важнейших составляющих локальных компьютерных сетей. От правильного выбора типа передающей среды и качества ее монтажа во многом зависит надежность локальной сети. В самом деле, плохо спроектированная и собранная кабельная система может сама являться источником помех. Как известно, сбои в работе передающей среды приводят к повторной передаче информации, что. естественно, снижает производительность локальной сети. Более того, собранная без соблюдения соответствующих технических условий кабельная система может привести к потере работоспособности всей сети в целом.

При выборе кабеля кроме электрических параметров необходимо обратить внимание на физические параметры кабеля с точки зрения удобства и надежности монтажа. При прочих равных условиях желательно выбирать коаксиальный кабель с ровной поверхностью и круглым сечением по всей длине. Предпочтительным с точки зрения надежности является кабель с центральным многожильным проводником по сравнению с центральным одножильным проводником. Кроме того, многожильный кабель более гибкий, что делает его более удобным при разводке и монтаже.

46

Из всех физических компонентов локальной сети кабель является наиболее уязвимым. Кабель должен быть надежно закреплен и тщательно соединен. Случайный обрыв кабеля или его внутренней жилы приводит к потере работоспособности всей локальной сети. Поиск подобного рода скрытых неисправностей может потребовать значительный усилий и достаточно высокой квалификации, особенно при наличии труднодоступных участков проводки кабеля.

При определении места прокладки кабеля необходимо учитывать условия противопожарной охраны, недопустимость нагрева или высокой влажности. В любом случае, необходимо придерживаться установленных стандартов на прокладку кабеля.

Особое внимание при прокладке кабеля необходимо уделить защите от внешних помех. Чем надежнее защищен кабель от внешних и внутренних электрических помех, тем дальше и с большей скоростью он сможет передавать данные.

Перекрестные помехи и внешние шумы могут вызвать серьезные проблемы в локальных сетях, так как недорогие кабели слабо защищены от внешних электрических полей, генерируемых электропроводкой, двигателями, реле и радиопередатчиками. Экранирование всей кабельной системы приводит к значительному повышению стоимости сети и не всегда оправданно. В связи с этим экранирование необходимо предусмотреть только на участках с повышенным уровнем помех. Чем больше помех в месте прокладки кабеля, тем большее требуется экранирование.

В большинстве сетей используются система контроля ошибок передачи данных: при искажении принятой информации они требуют ее повторной передачи. Однако на это уходит дополнительное время, и, главное, снижается общая пропускная способность сети. Резкий скачок напряжения на одном из компьютеров сети может распространиться по информационному кабелю на остальные компьютеры и вывести из строя все сетевое оборудование.

Рекомендуемая литература: [3, 7-9, 13,14]. Контрольные вопросы:

1.Приведите характеристики одномодового кабеля?

2.Приведите характеристики многомодового кабеля?

3.Приведите примеры типов для разъемов судовых компьютерных сетей?

4.Дайте характеристику оптоволоконным кабелям?

5.Для чего используется коаксиальный кабель в судовых компьютерных сетях?

6 ТОПОЛОГИЯ ЛОКАЛЬНЫХ СУДОВЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ

Локальная сеть представляет собой систему распределенной обработки информации, состоящую как минимум из двух компьютеров, взаимодействующих между собой с помощью специальных средств связи. Компьютеры, входящие в состав сети, выполняют достаточно широкий круг функций, основными из которых являются:

-организация доступа к сети;

-управление передачей информации;

-предоставление вычислительных ресурсов и услуг абонентам сети.

В свою очередь, средства связи призваны обеспечить надежную передачу информации

Рисунок 33 - Основные компоненты архитектуры локальной компьютерной сети

объединением компьютеров, а представляет собой достаточно сложную систему. Любая компьютерная сеть характеризуется (рис. 33) топологией, протоколами, интерфейсами, сетевыми техническими и программными средствами.

Топология компьютерной сети отражает структуру связей между ее основными функциональными элементами. В зависимости от рассматриваемых компонентов, принято различать физическую и логическую структуры локальных сетей. Физическая структура определяет топологию физических соединений между компьютерами. Логическая структура определяет логическую организацию взаимодействия компьютеров между собой. Дополняя друг друга, физическая и логическая структуры дают более полное представление о компьютерной сети.

Под сетевыми техническими средствами подразумеваются различные физические устройства, обеспечивающие объединение компьютеров в единую компьютерную сеть.

Протоколы представляют собой правила взаимодействия функциональных элементов

сети.

Интерфейсы — средства сопряжения функциональных элементов сети. Следует обратить внимание, что в качестве функциональных элементов могут выступать как отдельные устройства, так и программные модули. Соответственно этому, существуют аппаратные и программные интерфейсы.

Сетевые программные средства осуществляют управление работой компьютерной сети и обеспечивают соответствующий интерфейс с пользователями. К сетевым программным средствам относятся сетевые операционные системы и вспомогательные (сервисные) программы.

Каждая из составляющих локальной сети характеризует ее отдельные свойства, и только их совокупность определяет всю сеть в целом. Таким образом, выбор локальной сети заключается в выборе ее топологии, протоколов, аппаратных средств и сетевого программного обеспечения. Каждый из этих компонентов является относительно независимым. Например, сети с одинаковой топологией могут использовать различные методы доступа, протоколы и сетевое программное обеспечение. В свою очередь, в разных сетях могут использоваться одинаковые протоколы и (или) сетевое программное обеспечение. Это, с одной стороны, расширяет возможность выбора наиболее оптимальной структуры сети, а с другой — усложняет этот процесс.

Базовые сетевые топологии.

При создании сети, в которой используются только сетевые адаптеры без таких средств, как маршрутизаторы, концентраторы и т.п., может быть реализована одна из трех сетевых топологий: звездообразная, шинная или кольцевая. Звездообразная сеть (рис. 34) характеризуется наличием центрального узла коммутации — сетевого сервера, к которому (или через который) посылаются все сообщения. В этом случае на сетевой сервер, кроме основных функций, могут быть возложены дополнительные функции по согласованию скоростей работы станций и преобразованию протоколов обмена, это позволяет в рамках одной сети объединять разнотипные рабочие станции.

Сервер сети

Рабочие

станции

Рисунок 34 - Звездообразная топология сети

48

Наряду с определенными преимуществами, подобные локальные сети имеют и ряд недостатков. В частности, при подключении большого числа рабочих станций поддержание высокой скорости коммутации требует значительных аппаратных затрат. Кроме того, значительная функциональная нагрузка центрального узла определяет его сложность, что, естественно, сказывается на надежности.

Рисунок 35 - Шинная топология сети

Всетях с шинной топологией (рис. 35) рабочие станции с помощью сетевых адаптеров подключаются к общей магистрали (шине), Аналогичным образом к общей магистрали подключаются и другие сетевые устройства.).

Впроцессе работы сети информация от передающей рабочей станции поступает на адаптеры всех рабочих станций, однако воспринимается только адаптером той рабочей станцией, которой она адресована.

Подобная линейная топология характеризуется простотой организации и возможностью подключения новых рабочих станций без использования дополнительного оборудования. Однако наличие общей передающей среды не позволяет абонентским системам одновременно передавать информацию.

Рисунок 36 - Кольцевая топология сети

Кольцевая сеть (рис. 36) характеризуется наличием замкнутого однонаправленного канала передачи данных в виде кольца или петли. В этом случае информация передается последовательно между адаптерами рабочих станций до тех пор, пока не будет принята получателем и затем удалена из сети. Обычно за удаление информации из сети отвечает ее отправитель. Управление работой кольцевой сети может осуществляться централизовано с помощью специальной мониторной станции, либо децентрализовано за счет распределения функций управления между всеми рабочими станциями. Недостатком кольцевой топологии является то, что отказ одного звена кольца может вывести из строя всю локальную сеть. С целью повышения

49

надежности кольцевых структур используют специальные безразрывные коммутаторы, позволяющие автоматически отключать неработающие компьютеры или отдельные сегменты сети.

Рисунок 37 - Использование коммутаторов в кольцевых сетях

На (рис. 37) представлена наиболее характерная структура кольцевой сети с использованием безразрывного коммутатора, выходные разъемы которого являются нормально замкнутыми, в результате чего образуется внутреннее кольцо передачи информации.

При подсоединении нового сегмента в коммутаторе размыкается соответствующий разъем, подключая рабочую станцию к кольцу. Соответственно, при отключении рабочей станции соответствующий разъем коммутатора замыкается. Это позволяет в любой момент отключить или подключить любую абонентскую систему без нарушения целостности кольца.

Логическая организация сети.

Наряду с физической топологией, локальная сеть характеризуются логической структурой. На уровне логической структуры определяется логический канал передачи информации, порядок доступа рабочих станций к общей передающей среде и характер взаимодействия компьютеров между собой.

Направление передачи информации

Рисунок 38 - Логическая линейная структура

Логический канал задает последовательность передачи информации рабочими станциями. При этом логическая организация не всегда совпадает с топологией сети. В рамках локальных сетей различают линейные и кольцевые логические каналы. При линейной логической организации (рис. 38) все узлы локальной сети связаны между собой с помощью обшей логической шины. В этом случае информация от узла поступает на общую логическую шину, затем, в зависимости от адреса получателя, поступает на один из узлов локальной сети. Подобная организация соответствует линейной физической структуре, представленной на рис. (38). Это наиболее простой вид логической организации, как правило, не требующий специального

50