23. Передавальне середовище мереж. Призначення комутаторів, концентраторів, мостів.

А) Потрібно знати: типи передавального середовища мереж, призначення комутаторів, концентраторів, мостів.

Б) Потрібно вміти: визначати тип передавального середовища та іншого апаратного забезпечення локальної мережі, вмикати та вимикати комп’ютер з локальної мережі, використовувати мережеві ресурси: диски, принтер, сканер.

Література.

1) Інформатика. Інформаційні технолгогії. – Під ред. А.О.Пушкаря.

2) І.Т.Зарецька, а.М.Гуржій, о.Ю.Соколов. Інформатика (в 2-х частинах). – Киів:”Форум”, 2004.

3) А.П.Алексеев. Інформатика 2001. Изд-во Москва:”Солон-Р”, 2001.

Контрольні запитання та завдання опорний конспект

Передавальне середовище локальних мереж

Передавальне середовище є однією з найважливіших складових локальних мереж. Від правильного вибору типу передавального середовища, його монтажу значною мірою зале­жить надійність локальної мережі. Продуктивність локальної мережі також значною мірою залежить від параметрів передавального середовища і якості установлення кабельної систе­ми. Вимоги до електричних і механічних параметрів, яких слід дотримуватися в процесі установлення й експлуатації, локальних мереж визначаються відповідними нормативними документами. Електричні параметри значно впливають на реальну швидкість передачі ін­формації й стабільність роботи мережі. Механічні параметри визначають зручність монтажу і надійність мережних з'єднань. Як середовище передачі інформації в локальних мережах найчастіше використовуються: коаксіальний кабель, виті пари провідників і оптоволоконні середовища.

Коаксіальний кабель

З метою зменшення витрат на мережеве устаткування, в рамках невеликих мереж доці­льно використовувати шинну топологію. Основною перевагою мереж із шинною топологі­єю проти мереж з іншими топологіями, є те, що вони можуть бути реалізовані з мінімаль­ними апаратурними витратами. Справді, для об'єднання комп'ютерів в один лінійний сег­мент (див. рис. 1.3) достатньо мати коаксіальний кабель відповідної довжини і мережеві адаптери, по одному для кожного комп'ютера. Тоді як для більшості інших мережевих то-пологій, наприклад деревоподібних (див. рис. 1.7), необхідні додаткові пристрої: концент­ратори або маршрутизатори. Слід звернути увагу, що для підключення додаткового комп'ю­тера до мережі з шинною топологією достатньо сегмента коаксіального кабелю відповідної довжини й одного мережевого адаптера. У деревоподібних мережах при підключенні чер­гового комп'ютера може виникнути необхідність замінити один із концентраторів на конце­нтратор з більшим числом виходів або підключення нового концентратора, що відразу ж позначиться на вартості мережі. Досвід експлуатації локальних мереж показує, що при не­великій кількості комп'ютерів (10-15) доцільніше використовувати мережі з шинною топо­логією на основі коаксіального кабелю.

Коаксіальний кабель являє собою (рис. 3.1) двопровідну лінію зв'язку, причому один провідник (центральний) знаходиться всередині іншого. Для центрального провідника може використовуватись як одножильний, так і багатожильний мідний провід. Кабель з багато­жильним провідником більш гнучкий і надійний, проте вартість його дещо вища. Зовнішній провідник має вигляд циліндра, сплетеного з мідного проводу. Центральний і зовнішній провідники розділені між собою ізоляцією. Зовнішня оболонка кабелю виконується з полі­вінілхлориду або флуорополімеру. Завдяки відносно невисокій вартості та гнучкості поліві­нілхлорид широко використовується в коаксіальних кабелях. Кабель з полівінілхлоридною оболонкою застосовується в основному на відкритих або легкодоступних ділянках. Оскіль­ки продукти горіння полівінілхлориду отруйні, кабель на його основі не можна прокладати в закритих стельових пазухах. Для цього використовується кабель на основі

ру. Цей кабель сертифікований на вогнестійкість і при загорянні виділяє незначну кількість смол. Проте цей кабель менш гнучкий і більш дорогий.

Рис. 3.1. Коаксіальний кабель

Для досягнення максимального рівня сигналу довжина сегмента коаксіального кабелю по­винна бути кратна довжині хвилі сигналу, що передається. Для визначення місць підключення робочих станцій коаксіальний кабель маркірується по всій довжині через певні проміжки. Відсутність цих міток є першою ознакою невідповідності кабелю мережевим стандартам. Крім цього, на кожному кабелі повинно бути чітке маркірування, яке вказує на його тип.

Коаксіальний кабель є широкополосним засобом зв'язку, який дозволяє передавати ін­формацію в досить великому частотному діапазоні. Він може використовуватись як для од­ноканальної, так і для багатоканальної передачі. У режимі багатоканальної роботи в рамках одного фізичного передавального середовища створюється декілька каналів передачі даних, наприклад, за рахунок поділу частотного діапазону на окремі піддіапазони. Такий спосіб широко використовується, наприклад, у телебаченні для передачі декількох програм коаксіального кабелю.

Останнім часом у локальних мережах переважно використовується одноканальна пере­дача інформації. У локальних комп'ютерних мережах використовуються коаксіальні кабелі з різним хвильовим опором (від 50 Ом до 120 Ом,) проте перевага віддається кабелю з хви­льовим опором у 50 Ом. Значення хвильового опору кабелю повинно відповідати парамет­рам, зазначеним у технічних умовах на конкретну локальну мережу. Насамперед значення хвильового опору повинно бути узгоджене зі значенням вихідного хвильового опору вико­ристовуваних мережевих адаптерів. Недотримання цієї умови призводить до нестабільністі роботи локальної мережі.

Вита пара провідників

В локальних мережах на зміну коаксіальному кабелю останнім часом приходить кабель на базі витих пар провідників. Вита пара (рис. 3.2) являє собою два скручених провідники. Як провідник використовується мідний одножильний (рис. 3.2а) або багатожильний (рис. 3.26) скручений дріт. Вартість кабелю першого типу менша, проте кабель другого типу більш надійний і зручний при монтажі кабельних з'єднань. Загалом вартість кабелю на базі витої пари провідників менша вартості коаксіального кабелю. Зовнішньо кабель на базі ви­тої пари подібний до телефонного кабелю, але відрізняється від нього наявністю певного числа скруток на один погонний метр.

Підвищення рівня технології виготовлення кабелю на базі витих пар провідників дозво­лило значно поліпшити електричні параметри цього виду кабелю, наблизивши їх до відпо­відних параметрів коаксіального кабелю, а іноді й перевищивши їхПередавальне середовище локальних мереж

а) з одножильним центральним дротом б) з багатожильним центральним дротом

Рис. 3.2. Вита пара провідників

За рівнем екранування виті пари діляться на неекрановані та екрановані; останні харак­теризуються більш високими електричними параметрами. Екрановані виті пари (рис. 3.3) мають виконану з фольги екрануючу ізоляцію дня запобігання електромагнітним перешкодам.

Пластмасова оболонка

Рис. 3.3. Екранована вита пара провідників Рис. 3.4. Чотирьохпарний нєекранований ка­бель

Існує декілька типів кабелю з витими парами проводів. Кабелі можуть містити чотири пари провідників або являти собою джгути із 25 і більше витих нар, що поміщаються (рис. 3.4) разом у пластмасову оболонку. У випадку екранованого кабелю (рис. 3.5) використову­ється додатковий спільний екран.

Рис. 3.5. Екранований чотирьохпарний кабель

Нєекранований кабель, як правило, має хвильовий опір у 100 Ом, а екранований — 150 Ом. З огляду на широке використання в комп'ютерних мережах кабелю на основі витих пар провідників, розроблено ряд стандартів, що визначають електричні і монтажні параметри кабелю.

У рамках кожного типу кабелю розрізняють декілька його категорій. Наприклад, для не-екранованого кабелю з 4 витих пар, що достатньо широко використовується в локальних мережах, визначені категорії з номерами 3, 4, 5. Основне розходження між категоріями по­лягає в частотних характеристиках. Так, нєекранований кабель категорії 3 це стандартний телефонний кабель зі смугою частот у 15 МГц. Кабель четвертої категорії забезпечує смугу пропускання в 20 МГц, а кабель п'ятої категорії — 100 МГц. Залежно від категорії кабелю, визначається максимально допустима довжина сегмента кабелю між двома активними при-

строями, наприклад, між робочою станцією і концентратором. Для кабелю категорії 3 дов­жина сегмента не повинна перевищувати 100 м. Кабелі вищих категорій можуть забезпечу­вати зв'язок на великі відстані; наприклад, кабель категорії 5 забезпечує зв'язок на відстані до 150 м. Екрановані кабелі мають вищі параметри передачі сигналів. Для цього типу кабе­лів визначені основні категорії — 1, 2, 6 і 9, і додаткові типи — 1 А, 2А, 6А і 9А, орієнтовані

лів визначені основні категорії — 1, 2, 6 і 9, і додаткові типи — на високочастотне використання до частоти 300 МГц.

. Стандартним також є розподіл контактів і колірного ко­дового маркірування проводів. На рис. 3.6 наведено стандар­тний розподіл контактів між парами провідників чотирьох-парного неекранованого кабелю. Перша пара провідників маркірується білим і синім кольорами, друга пара — жовтогарячим і білим, третя — зеленим і білим, четверта — коричневим і білим кольорами. Більше того, за стандартними типами мереж закріплені певні пари провідників і розподіл контактів. Так, для мережі Токеп Кіп§ використовуються пари 1 і 3, для мережі ІОВазе Т — пари 2 і 3. Мережа 100УО АпуЬАМ вимагає використання всіх чотирьох пар.

Підключення робочих станцій до передавального середо­вища на базі витих пар провідників тонкого коаксіального кабелю здійснюється за допомогою роз'єму КТ-45. Зовніш­ньо ці роз'єми схожі на телефонні роз'єми КЛ-11, але відріз­няються від них великим числом контактів (вісім замість чо­тирьох).

Оптоволоконний кабель

Найперспективнішим передавальним середовищем, яке забезпечує високу швидкість пе­редачі інформації на значні відстані, є оптоволоконний кабель. На рис. 3.7 показано два ви­ди оптоволоконного кабелю, перший з них — полегшений, другий — посилений.

За середовище передачі в оптоволоконному кабелі править оптичне волокно (світловод), що являє собою тонку скляну або пластмасову нитку товщиною 8,3-ЮОмк. Світловод по­критий скляною оболонкою, коефіцієнт відбиття якої інший ніж у світловода. Скляна обо­лонка відбиває світло, спрямовуючи його уздовж світловода. Між оболонкою світловода і зовнішньою пластиковою оболонкою може поміщатися рідкий гель (полегшений кабель) або посилюючі жили (посилений кабель). Внутрішня скляна оболонка забезпечує необхідну жорсткість і стійкість до розривів, перегріву і переохолодженню. Гель і посилюючі жили забезпечують додатковий захист від механічного впливу і впливу навколишнього середови­ща. Кабель може містити одне світлопровідне волокно, але звичайно їх декілька.

Сигнал може поширюватись оптичним волокном (рис. 3.8) у вигляді досить тонкого пу­чка світла, або у вигляді декількох пучків світла (рис. 3.9). У першому випадку йдеться про одномодовий, у другому — про багатомодовий кабель. Світловод одномодового кабелю значно тонше за світловод багатомодового кабелю. Сигнал в одномодовому кабелі генеру­ється за допомогою лазерного джерела світла. При виборі за джерело світла лазерного діо­да, який може переключатися з частотою у декілька тисяч МГц, забезпечується досить ви­сока швидкість передачі цифрових сигналів.

У багатомодовому кабелі за джерело сигналу використовується світлодіод, що істотно знижує вартість передавальної апаратури. У багатомодовому кабелі світлові пучки розгля­даються одержувачем як один імпульс. Враховуючи, що кожний пучок світла в багатомодо­вому кабелі поширюється своїм шляхом, час одержання їх адресатом різний. Внаслідок цього збільшується тривалість імпульсу і, відповідно, знижується можлива швидкість пере­дачі сигналу.

Передавальне середовище локальних мереж

Рис. 3.8. Поширювання світового сигналу в од- Рис. 3.9. Поширювання світового сигналу в номодовому кабелю багатомодовому кабелю

Оптоволоконні кабелі відрізняються діаметром світловода/оболонки і способом передачі сигналу (одно- і багатомодові). Найпоширенішими є такі типи кабелю:

• з 8,3мк осердям/125мк оболонкою, одномодовий;

• з 50мк осердям/25мк оболонкою, багатомодовий;

» з 62,5мк осердям/125мк оболонкою, багатомодовий;

• з ІООмк осердям/125мк оболонкою, багатомодовий.

Основним стандартним співвідношенням номінальних діаметрів осердя і шару, що його оточує, вважається співвідношення 62,5/125мк. Слід зауважити, що прозорість оптичного волокна на декілька порядків вища за прозорість звичайного скла, що дозволяє передавати світловий сигнал на десятки кілометрів без значного зниження рівня сигналу.

Оптичне волокно досить гнучке, це дає можливість прокладати оптоволоконний кабель тими самими каналами, що і коаксіальний кабель. Відповідна технологія виготовлення оп-товолоконного кабелю може сприяти тому, що світло поширюватиметься уздовж світлово-ду без випромінювання назовні, навіть при скручуванні кабелю. Поряд з високою швидкіс­тю передачі, оптоволоконний кабель значно тонший і легший, за звичайний. Несприйнятли­вість до електричних перешкод оптоволоконного середовища передачі є тією перевагою, що дозволяє використовувати його поблизу джерел сильних електромагнітних полів, наприклад електрозварювальних апаратів.

Вартість оптоволоконного устаткування та його монтажу значно вища порівняно з ін­шими видами мережевого устаткування. Завдяки цьому оптоволоконний кабель використо­вується в основному в мережах значних розмірів, за наявності високого рівня електромагні­тних перешкод, а також з метою захисту від несанкціонованого знімання інформації з пере­давального середовища.

Для підключення мережевих пристроїв до оптоволоконного кабелю використовуються роз'єми типу МІС, 8Т або 8С (рис. 3.10).

Модеми

Як відомо, в пристроях обчислювальної техніки дані представляються у вигляді дискре­тних сигналів (рис. 3.20а), передача яких аналоговими каналами зв'язку має свою специфі­ку, пов'язану з тим, що будь-яка періодична функція §(г) з періодом Т подається як деяке (можливо, безкінечне) число синусоїд і косинусоїд:

де £=1 /Т — базова частота, а а„ і Ь„ — амплітуди синусоїд і косинусоїд п-ої гармоніки. Така декомпозиція називається рядом Фур'є і використовується для відновлення форми си­гналу. Тобто, якщо відомо період Т і амплітуди, обчисливши суму (3.3), можна відновити вихідну функцію. Кількість гармонійних складових залежить від форми сигналу, і чим бі­льше він відрізняється від синусоїдального, тим більше число гармонік присутнє у сигналі, що передається. Слід зазначити, що максимальне число гармонік (від 0 до безкінечності) міститься в сигналі прямокутної форми. У випадку неперіодичної функції її розкладання розглядається на деякому фіксованому інтервалі. Це справедливо і для передачі даних, тому що сигнал даних має кінцеву тривалість і може бути представлений повторюваним у кож­ному періоді набором гармонік.

Неможливо передавати сигнали без втрати частини енергії, тому всі передавальні засоби зменшують компоненти ряду Фур'є на різну величину, що неминуче викликає викривлення.

Зазвичай, амплітуди передаються, значно не зменшуючись, від 0 до певної частоти ґ_с. Для всіх частот вище цієї граничної частоти компоненти сильно загасають, це зумовлюється фізичними властивостями передавальних засобів.

Для точної передачі сигналів прямокутної форми необхідні широкополосні і високоякіс­ ні канали передачі. З іншого боку, при передаванні дискретної інформації немає потреби у безпосередній передачі прямокутних сигналів, досить перетворити дискретний сигнал в аналоговий шляхом його модуляції. *

Суть методу модуляції полягає в тому, що в передавальному пристрої коливання несу­чої частоти модулюються двійковими сигналами інформації, що передається, а на прийма­льному пристрої відбувається зворотне перетворення (демодуляція), тобто відновлення по­чаткової форми двійкового сигналу. Таким чином, дискретна інформація перетворюється в аналогову, після чого передається телефонними каналами зв'язку. На приймальному при­строї здійснюється зворотня операція — відновлення дискретного сигналу із аналогового.

Ці перетворення здійснюються в спеціальних пристроях — модемах. Модем — це при­стрій для перетворення сигналів, назва якого є скороченням двох слів — "МОдуля-ція-ДЕМодуляція" — і відображає основну функцію пристрою — перетворення цифрових сигналів в аналогові і навпаки.

Велика кількість різноманітних типів модемів зумовлює необхідність їх класифікації, яка здійснюється за певними ознаками. Так, залежно від використаного виду модуляції, озрізняють ^модеми з амплітудною, частотною і фазовою модуляцією. При амплітудній модуляції (рис. 3.206) одиничне і нульове значення дискретних сигналів представляються у вигляді синусоїдальних сигналів несучої частоти з різними амплітудами. При частотній модуляції (рис. 3.20в) зміни (переключення) дискретного сигналу призводять до зміни час­тоти коливання задавального генератора, тобто одиниця і нуль кодуються різною частотоюколивань. При фазовій модуляції (рис. 3.20г) переключення дискретного сигналу кодується зміною фази сигналу несучої частоти на 180 градусів. Всі три типи модемів знаходять ши­роке застосування в системах телеобробки. Вибір того або іншого типу модему визначаєть­ся характеристиками

каналу зв'язку, зокрема рівнем перешкод у ньому

Рис. 3.20. Види модуляції

Можлива також класифікація за використовуваними каналами передачі даних. Так, залежно від типу каналів розрізняють комутовані і некомутовані модеми. Комутованими називаються модеми, які самостійно встановлюють (комутують) необхідне з'єднання, тобто виконують функції автоматичного набору телефонного номера і автовідповіді. Якщо ж мо­дем може працювати тільки з однією, спеціально виділеною для нього лінією зв'язку, або вимагає будь-яких ручних дій для комутації лінії (тобто не може сам її скомутувати), то та­кий модем називається некомутованим. Слід зазначити, що такий поділ модемів є до пев­ної міри умовним, оскільки деякі комутовані модеми можуть (за допомогою спеціальних перемикачів) працювати як некомутовані.

За режимами обміну інформацією розрізняють модеми з симплексною, напівдуплекс-ною і дуплексною передачею даних. Слід підкреслити, що в сучасних системах передачі да­них використовуються переважно модеми з дуплексним і напівдуплексним режимами пере­дачі. Модем, що підтримує дуплексний режим передачі (рис. 3.21), складається з чотирьох основних елементів: передавача, який здійснює модуляцію вхідних сигналів і передачу їх в канал зв'язку; приймача, який здійснює зворотне перетворення сигналів, що надходять ка­налами зв'язку; генератора синхросигналів, який забезпечує синхронізацію роботи всіх бло­ків модему; пристрою керування, який виробляє необхідні керуючі сигнали.

Рис. 3.21. Структура дуплексного модему

Цей модем (рис. 3.21) часто називають чотирипровідним, тому що він використовує два проводи для передачі і два для прийому інформації. Порівняно з двопровідними, чотирипро-зідні модеми забезпечують вищу швидкість обміну інформацією

Модем з напівдуплексним режимом передачі повинен забезпечувати зміну напрямку пе­редачі сигналів каналами зв'язку, для цього вводиться спеціальний перемикач, який пере­ключає модем з режиму передачі на режим прийому інформації й навпаки. Функції такого перемикача в модемах може виконувати гібридний трансформатор (рис. 3.22).

Модем

Поділ модемів за даною ознакою є досить умовним: деякі модеми можуть працювати у дуплексному режимі у виділених лініях зв'язку й у напівдуплексному у комутованих лініях.

За швидкістю передачі даних модеми, як і канали зв'язку, поділяються на низькошвидкі-сні, середньошвидкісні і високошвидкісні.

Визначальним чинником є також використовуваний метод передачі: асинхронний або синхронний.

За конструктивним виконанням розрізняють внутрішні і зовнішні модеми. Внутрішній модем (Шегпаі) є платою, яка вставляється в середину комп'ютера й одержує від нього еле­ктроживлення. При вимиканні комп'ютера/пристрою автоматично виключається і модем.

Зовнішній модем (Ехіегпаі) — невеликий пристрій, що має автономне електроживлення. Зовнішній модем, як правило, має світлові індикатори, що показують його стан. Такі моде­ми підключаються до послідовного асинхронного інтерфейсу або до спеціальної плати все­редині комп'ютера. Зокрема, для ІВМ-сумісних комп'ютерів зовнішнє підключення здійс­нюється через СОМ-порти.

Сучасні модеми є складними комунікаційними пристроями, що мають певний рівень "інтелекту". Цей рівень визначає кількість функцій, які виконує модем та його вартість. Модеми, що виконують в основному тільки функції модуляції демодуляції, називаються "неінтелектуальними". Модеми, побудовані з використанням мікропроцесорів, як правило, виконують складніші функції, наприклад здійснюють контроль і корекцію помилок, стиск (компресування) даних, шифрування даних тощо. Такі модеми називаються "інтелектуаль­ними". Вартість модемів залежіть від їх складності. Найпоширенішим серед апаратних про­токолів корекції помилок і стиску інформації є набір протоколів М№> (Місгосот №ї\уогк Ргоіосої), вперше реалізований у модемах фірми Місгосот.