Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электронные средства сбора и обработки информации. Учебное пособие
.pdf
ные передачи. Примерами протоколов CSMA/CD являются Ethernet
version 2 (Ethernet II, разработанный в корпорации DEC) и IEEE802.3.
В протоколах CSMA/CA станция, которая собирается начать передачу, посылает jam signal (сигнал затора) после продолжительного ожидания
всех станций, которые также могут послать jam signal, станция начинает
передачу кадра. Если во время передачи станция обнаруживает jam signal
от другой станции, она останавливает передачу на отрезок времени случайной длины и затем повторяет попытку. Примером CSMA/CA является
протокол LocalTalk фирмы Apple Computer.
В протоколах с передачей маркера (token passing) небольшой кадр,
называемый маркером, передается в строго определенном порядке от одного устройства сети к другому. Маркером называют специальное сообщение, передающее временное управление средой передачи данных
устройству, владеющему маркером. Таким образом, передавая маркер,
распределяется управление доступом между различными устройствами
сети. В маркере передается информация об инициаторе передачи и получателе информации. Обычно маркер передается ближайшему соседу.
Каждое устройство, периодически получая контроль над маркером, выполняет необходимые действия, а затем передает маркер для использования следующему устройству. В таких протоколах имеется ограничение на
время контроля маркера каждым устройством. Примерами сетей, использующими передачу маркера, являются IEEE 802.4 Token Bus и IEEE 802.5
Token Ring.
Опрос (polling) – это метод доступа, при котором специально выделенное устройство, которое называется контроллером, первичным устройством или «мастер»-устройством, управляет доступом к среде передачи
данных. Это устройство производит опрос всех остальных устройств,
называемых вторичными, в некотором предопределенном порядке, чтобы
узнать, имеют ли они информацию для передачи. Для получения данных
от вторичного устройства контроллер направляет ему соответствующий
запрос, а затем полученные от вторичного устройства данные направляет
устройству-получателю. Затем первичное устройство опрашивает следующее вторичное устройство, принимает данные от него и т. д. Протокол
накладывает ограничения на количество передаваемых вторичным
устройством данных. Опросные системы чаще всего используются для се-
61
тевых устройств, чувствительных ко времени, например, в системах контроля технологических процессов.
3.3.3. Сетевой уровень
Сетевой уровень позволяет создать единую транспортную систему,
объединяющую несколько сетей, использующих различные протоколы и
имеющих разную топологию физических связей. Протоколы этого уровня
решают задачи доставки данных в заданные точки сети. На сетевом
уровне описываются как методы, так и средства передачи информации
между независимыми (и часто разнородными) логическими сетями, соединение которых формирует одну большую сеть. Такая сеть называется
объединенной, а процессы передачи информации между сетями – межсетевым взаимодействием.
Внутри одной сети доставка данных обеспечивается соответствующим канальным уровнем, а доставка данных между различными сетями
описывается протоколами сетевого уровня, которые поддерживают возможность правильного выбора маршрута передачи сообщения даже в том
случае, когда структура связей между сетями имеет характер, отличный
от принятого в протоколах канального уровня.
Сообщения сетевого уровня называются пакетами (packets). При организации доставки пакетов на сетевом уровне адрес получателя состоит
из двух частей. В старшей части адреса записан номер сети, в младшей –
номер узла в этой сети. Все узлы одной сети имеют одну и ту же старшую
часть адреса. К протоколам сетевого уровня относятся протокол межсетевого взаимодействия IP стека TCP/IP и протокол межсетевого обмена пакетами IPX стека Novell.
3.3.4. Транспортный уровень
Транспортный уровень делает невидимым физическую и логическую
структуры сети для протоколов верхних уровней модели OSI. Программы
и протоколы верхних уровней работают только с сервисными функциями,
предоставляемыми протоколами нижних уровней. Эти функции достаточно универсальны и не зависят от физической и логической топологий сети. Протоколы нижних уровней скрывают особенности логической и физической архитектуры сетей, а транспортный уровень обеспечивает пере-
62
дачу данных между протоколами нижних и верхних уровней. Кроме того,
транспортный уровень обеспечивает приложениям и протоколам верхних
уровней передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется.
Как правило, все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше,
реализуются программными средствами конечных узлов сети – компонентами их сетевых операционных систем. К протоколам транспортного
уровня относятся протоколы TCP и UDP стека TCP/IP и протокол SPX
стека Novell.
3.3.5. Сеансовый уровень
Сеансовый уровень обеспечивает взаимодействие между устройства-
ми, запрашивающими и поставляющими услуги. Контроль за сеансами
связи осуществляется посредством механизмов, которые устанавливают,
поддерживают, синхронизируют и управляют диалогом между объектами.
Этот уровень также позволяет верхним уровням идентифицировать доступный сетевой сервис и соединиться с ним.
Сеансовый уровень также инициирует диалоги между устройствами-
поставщиками сервиса и устройствами-потребителями. Выполняя эту
функцию, сеансовый уровень часто осуществляет представление, или
идентификацию, каждого объекта и координирует права доступа к нему.
Также этот уровень реализует управление диалогом с использованием одного из трех способов общения – симплекс, полудуплекс и полный дуплекс.
На практике сеансовый уровень редко реализуется в виде отдельных
протоколов, хотя функции этого уровня часто объединяют с функциями
прикладного уровня и реализуют в одном протоколе.
3.3.6. Представительный уровень
Представительный уровень выполняет преобразование данных во
взаимно согласованные форматы, понятные всем сетевым приложениям и
компьютерам, на которых работают приложения. Также на этом уровне
решаются задачи компрессии и декомпрессии данных и их шифрование.
С помощью средств данного уровня протоколы прикладных уровней
могут преодолеть синтаксические различия в представлении данных или
63
же различия в кодах символов, например коды ASCII и EBCDIC. На этом
уровне могут выполняться шифрование и дешифрование передаваемых
данных, благодаря которым секретность обмена данными обеспечивается
сразу для всех прикладных служб. Примером протокола транспортного
уровня является протокол Secure Socket Layer (SSL), обеспечивающий
секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня стека
TCP/IP.
3.3.7. Прикладной уровень
Прикладной уровень – это набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы или принтеры, а также организуют свою совместную работу, например, с помощью протокола электронной почты. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, называется сообщением (message).
Примерами протоколов прикладного уровня являются: NCP в операционной системе Novell NetWare, SMB в Microsoft Windows NT, NFS, FTP
и TFTP, входящие в стек TCP/IP.
3.3.8. Сетезависимые и сетенезависимые уровни
Функции всех уровней модели OSI могут быть отнесены либо
к функциям, зависящим от конкретной технической реализации сети, либо
к функциям, ориентированным на работу с приложениями.
Физический, канальный и сетевой уровни являются сетезависимыми,
поскольку протоколы этих уровней связаны с технической реализацией
сети и используемым оборудованием. Например, при изменении линии
связи с коаксиального кабеля на витую пару изменяется протокол физического уровня во всех узлах сети.
Прикладной, представительный и сеансовый уровни ориентированы
на программное обеспечение и мало зависят от технических особенностей
построения сети. На протоколы этих уровней не влияют изменения в топологии сети, а также замена оборудования или переход на другую сетевую технологию. Например, переход от протокола Ethernet на технологию
l00VG-AnyLAN не потребует никаких изменений в программном обеспечении, реализующих функции прикладного, представительного и сеансового уровней.
64
Транспортный уровень является промежуточным. Он позволяет
скрыть все детали функционирования нижних уровней от верхних. Это
позволяет разрабатывать приложения, не зависящие от технических
средств непосредственной транспортировки сообщений.
3.4. КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ
Все компьютерные сети можно классифицировать по различным при-
знакам.
По типу среды передачи данных, то есть физической среды, исполь-
зуемой для передачи данных, компьютерные сети делятся на проводные
и беспроводные.
По скорости передачи информации компьютерные сети делятся
на низкоскоростные сети – до 10 Мбит/с, среднескоростные сети –
до 100 Мбит/с и высокоскоростные сети – свыше 100 Мбит/с.
По территориальной распространенности компьютерные сети делятся
на локальные, глобальные и городские.
Локальные сети (Local Area Networks – LAN) – это сети, сосредоточенные на небольшой территории. Чаще всего к локальным сетям относят
компьютерные сети, принадлежащие одной организации. В связи с небольшими расстояниями в локальных сетях имеется возможность использования
относительно дорогих высококачественных линий связи, что позволяет
достигнуть высоких скоростей обмена данными порядка 100 Мбит/с. Кроме
того, количество компьютеров в локальных сетях относительно небольшое (порядка нескольких десятков или сотен). В связи с этим услуги,
предоставляемые локальными сетями, отличаются широким разнообразием и обычно предусматривают реализацию в режиме on-line.
Глобальные сети (Wide Area Networks – WAN) – это сети, которые
объединяют территориально рассредоточенные компьютеры, находящиеся
в различных городах и даже странах. В связи с тем, что прокладка новых
высококачественных линий связи на большие расстояния требует больших материальных затрат, в глобальных сетях часто используются уже
существующие линии связи, изначально предназначенные совсем для других целей, либо используются беспроводные линии связи. Кроме того,
глобальные компьютерные сети состоят из очень большого числа компьютеров (порядка сотен тысяч и более). В связи с этим, скорость передачи
данных в глобальных сетях значительно меньше, чем в локальных сетях.
65
Городские сети (сети мегаполисов, Metropolitan Area Networks –
MAN) – это сети крупных городов или областей. Эти сети появились
сравнительно недавно, и они занимают промежуточное положение между
локальными и глобальными сетями [9]. В этих сетях используются специализированные цифровые магистральные линии связи, предназначенные
для объединения локальных сетей в масштабах города в единую сеть,
а также соединения локальных сетей с глобальными. Часто в качестве линий связи городских сетей используется оптоволоконные кабели со скоростями от 45 Мбит/с. Первоначально городские сети были разработаны для
передачи данных, но в настоящее время они поддерживают и видеоконференции, и интегральную передачу голоса и текста. Развитие технологии
сетей мегаполисов обычно осуществлялось местными телефонными компаниями. Сети мегаполисов являются общественными сетями, и поэтому
их услуги обходятся дешевле, чем построение собственной (частной) сети
в пределах города.
3.5. ЛИНИИ СВЯЗИ
3.5.1. Типы линий связи
Линия связи (канал связи) включает в себя физическую среду, передающую электрические информационные сигналы, аппаратуру передачи
данных и промежуточную аппаратуру.
Все линии связи, в зависимости от среды передачи данных, можно
разделить на проводные и беспроводные.
Проводные линии связи делятся на воздушные и кабельные [10].
В воздушных линиях связи сигналы передаются по проводам, проложенным между столбами и висящим в воздухе, в которых отсутствуют какиелибо изолирующие или экранирующие оплетки. Раньше по таким линиям
связи передавались телефонные или телеграфные сигналы, но в настоящее
время воздушные линии связи используются в основном для передачи
данных через ЛЭП, так называемая технология PLC (Power line communication), либо для передачи данных через телефонные линии использую
различные типы модемов.
Технология PLC основана на использовании частотного разделения
сигнала, при котором высокоскоростной поток данных разбивается на не-
66
сколько относительно низкоскоростных потоков, каждый из которых передается на отдельной поднесущей частоте с последующим их объединением в один сигнал [10].
Преимущества этой технологии заключаются в том, что для передачи
данных можно использовать уже используемые провода, в том числе
и контактные сети электротранспорта и метро. К недостаткам этой технологии можно отнести довольно низкую пропускную способность, так как
используется топология «общая шина», и высокий уровень помех в коротковолновом диапазоне [11], т. е. и низкую помехозащищенность.
Кабельные линии представляют собой достаточно сложную кон-
струкцию, состоящую из проводников, заключенных в несколько слоев
изоляции: электрической, электромагнитной, механической, а также, возможно, климатической. Кроме того, кабель может быть оснащен разъемами, что позволяет быстро подключать его к различному оборудованию.
Для передачи данных чаще всего применяются следующие типы кабеля:
витая пара, коаксиальный, а также волоконно-оптический. Преимуществами кабельных линий являются высокая пропускная способность и высокая помехозащищенность. К недостаткам можно отнести сравнительно
высокую стоимость построения систем передачи данных.
Беспроводные линии связи состоят из передатчика и приемника элек-
тромагнитного излучения и физической среды передачи данных. В качестве среды передачи данных могут использоваться радиоканалы, спутниковые каналы, инфракрасные каналы и лазерные каналы. Преимуществами беспроводных сетей являются легкость создания и реструктуризации,
мобильность. Основными недостатками являются низкая помехозащищенность и безопасность [12].
3.5.2. Характеристики линий связи
Основной характеристикой линии связи является пропускная способ-
ность. Пропускная способность измеряется в Бит/с или Бод (бодах) и показывает, какой объем информации может быть передан по линии связи за
единицу времени.
В свою очередь пропускная способность зависит от следующих ха-
рактеристик: полосы пропускания, затухания, помехоустойчивость, перекрестных наводок на ближнем конце линии.
67
Полоса пропускания – это непрерывный диапазон частот, для которого отношение амплитуды выходного сигнала к амплитуде входного превышает некоторый заранее заданный предел (обычно 3 дБ). Чем шире полоса пропускания, тем может быть больше пропускная способность. Это
связано с тем, что при передаче данных изменяется какая-либо характеристика сигнала и чем больше информации надо передать за единицу времени, тем чаще надо изменять характеристику сигнала.
Затухание – это отношение амплитуды (или мощности) выходного
и входного сигналов и измеряется в дБ (децибелах) по формулам
А = 10lgPвых/Pвх,
где Pвых – мощность выходного сигнала; Pвх – мощность входного сигнала.
A = 20lgAвых/Aвх,
где Авых – амплитуда выходного сигнала; Авх – апмлитуда входного сигнала.
Помехоустойчивость – характеристика, показывающая влияние внешних воздействий на сигнал, передаваемый по линии связи. Помехоустойчивость зависит от типа используемой физической среды, а также от экранирующих и подавляющих помехи средств.
Перекрестные наводки на ближнем конце линии – характеристика
влияния передаваемого сигнала на приемник, находящийся в том же
устройстве, что и передатчик.
3.5.3. Линии связи на основе витой пары
Кабель на основе неэкранированной витой пары представляет собой
нескольких пар медных проводников в цветной изоляции, свитых между
собой. Весь пучок проводов также скручен вокруг центральной оси и покрыт полимерной оболочкой, иногда – с элементами защиты: металлической оплеткой, напылением из тефлона или полиэтилена. Проводники изготовлены из монолитной медной проволоки диаметром 0,4–0,6 мм.
На рис. 3.1 приведена фотография неэкранированной витой пары.
68
Рис. 3.1. Неэкранированная витая пара
Кабели на основе витой пары подразделяют по следующим параметрам:
а) по рабочему диапазону частот:
– категории 7А – до 1000 МГц;
– категории 7 – до 600 МГц;
– категории 6А – до 500 МГц;
– категории 6 – до 250 МГц;
– категории 5е – до 100 МГц;
– категории 5 – до 100 МГц;
б) по типу скрутки элементов:
– парной скрутки (ТР);
– четверочной скрутки (ТQ);
в) по конструкции кабеля – в соответствии с международным стан-
дартом ИСО/МЭК 11801 [13]:
– U/UTP – кабель неэкранированный (кабели без общего экрана и
без индивидуального экрана по элементам скрутки);
– F/UTP или S/UTP – кабель в общем экране из металлической
или металлополимерной фольги (тип F/UTP), или оплетки из металлической проволоки (тип S/UTP) и без индивидуального экрана по
элементам скрутки;
– SF/UTP – кабель в общем экране из металлической или металлополимерной фольги и оплетки из металлической проволоки, и без
индивидуального экрана по элементам скрутки;
– U/FTP и U/STP или U/SFTP – кабели с отдельно экранированными элементами скрутки без общего экрана (тип U/FTP – экран
из металлической или металлополимерной фольги, тип U/STP – экран
в виде оплетки из металлической проволоки, тип U/SFTP – экран
из металлической или металлополимерной фольги и оплетки из металлической проволоки);
69
– S/FTP, или SF/FTP, или S/STP, или SF/STP – кабели в общем
экране с отдельно экранированными элементами скрутки;
г) по конструкции токопроводящей жилы:
– однопроволочные;
– многопроволочные;
д) по материалу оболочки:
– светостабилизированный полиэтилен;
– поливинилхлоридный пластикат;
– поливинилхлоридный пластикат пониженной пожарной опас-
ности;
– полимерная композиция, не содержащая галогенов;
– фторполимеры;
е) по области применения:
– в структурированных кабельных системах;
– в сетях широкополосного доступа;
ж) по исполнению в части показателей пожарной безопасности:
– не распространяющие горение при одиночной прокладке
(без обозначения);
– не распространяющие горение при групповой прокладке, с по-
ниженным дымо- и газовыделением;
– не распространяющие горение при групповой прокладке и не
выделяющие коррозионно-активных газообразных продуктов при горении и тлении.
На рис. 3.2 показаны различные способы экранирования кабелей
на основе витой пары проводников.
Рис. 3.2. Способы экранирования кабелей
на основе витой пары проводников
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]