Физическая среда передачи данных
В качестве среды передачи данных в LAN Ethernet используются коаксиальный кабель, витая пара и ВОЛС.
Коаксиальный кабель, как правило, применяется для построения LAN Ethernet шинной топологии. Он имеет волновое сопротивление 50 ом, обычно прокладывается в желобах или фальшпотолках и состоит из участков, не превышающих по длине 500 м. Одна LAN Ethernet может включать любое число участков, соединенных повторителями, при условии, что между двумя какими-либо станциями существует только один соединяющий их путь, и этот путь содержит не более 1500 м коаксиального кабеля.
Витая пара (UTP-cables) представляет собой кабель, состоящий из пар скрученных медных проводов и применяемый, как правило, для построения LAN Ethernet звездообразной топологии. Наибольшее распространение получили неэкранированные кабели Категории 5, содержащие 4 скрученные с различными шагами пары проводов. По этим кабелям можно передавать данные со скоростью от 10 Мбит/с до 1.8 Гбит/с. Длина каждой цепи, проходящей от центрального коммутатора до конечной станции и включающей в себя промежуточные концентраторы, может составлять до 185 м.
ВОЛС - Оптоволокно представляет собой тонкую нить из стекла (или пластика), которая служит средой передачи. В отличие от проводника, по оптоволокну передается свет вместо электрического сигнала. Существует два типа оптоволокна: одномодовое и многомодовое.
Ф
изический
уровень
Для построения шинной топологии применяются коаксиальный кабель и устройства: повторители и приемопередатчики.
Повторитель LAN Ethernet опознает несущую и конфликты в одном участке кабеля и регенерируют соответствующее состояние сети и поток данных на другом участке. При этом в LAN Ethernet может включаться через повторители один кабель с двухточечным соединением (без подключения станций) длиной не более 1000 м. Одна LAN может содержать до 1024 единиц компьютерной техники (компьютеров и устройств ввода-вывода).
Приемопередатчик (подуровень PMA модели IEEE 802) предназначен для согласования параметров сигнала с характеристиками коаксиального кабеля, гальванической развязки интерфейсного кабеля с кабелем шины и обнаружения конфликтов. С сетевым контроллером (электронной платой, устанавливаемой в корпусе станции) приемопередатчик соединяется интерфейсным кабелем (подуровень AUI) длиной до 50 м. Кабель состоит из 4 витых пар: передача данных, прием данных, обнаружение конфликтов и питание.
Подуровень передачи физических сигналов PS модели IEEE 802 в LAN Ethernet реализуется электронными схемами сетевого контроллера, которые осуществляют преобразование данных из двоичного кода в манчестерский и обратно, а также создание и удаление преамбул (специальная кодовая последовательность бит, обеспечивающая предварительную синхронизацию процесса приема-передачи кадра данных).
LAN Ethernet звездообразной топологии строятся, в основном, с использованием витой пары, ВОЛС и устройств: концентраторов и коммутаторов. Отдельные сетевые фрагменты могут быть выполнены на основе коаксиального кабеля.
Концентратор (HUB) представляет собой интеллектуальное устройство, которое осуществляет контроль ошибок, восстановление сегментации и автосегментацию, разрешение конфликтов, возникающих в случае одновременной передачи данных станциями, подключенными к концентратору. Для обеспечения их подключения концентратор содержит порты (стыки BNC для коаксиального кабеля, RJ-45 для витой пары, FL для ВОЛС). Число портов может быть равно 8, 16, 24, 48.
Коммутатор (SWITCHING) LAN - это устройство, конструктивно выполненное в виде сетевого концентратора и действующее как высокоскоростной многопортовый мост. Он имеет встроенный механизм коммутации, который позволяет осуществить сегментирование локальной сети и разрешать конфликты путем выделения полосы пропускания конечным станциям в сети. Коммутаторы применяются как для сегментирования LAN, так и для прямого подключения станций. Тем самым создаются бесконфликтные домены на 10/100 Мбит/с.
Максимальная протяженность LAN Ethernet определяется интервалом времени, необходимым для обнаружения конфликта между двумя одновременно передающими станциями. В наиболее неблагоприятной ситуации станция на одном конце сети начнет передачу как раз в момент приема кадра от станции, находящейся на другом ее конце. Время, затрачиваемое на прохождение кадра через сеть и затем на передачу сигнала конфликта обратно на передающую станцию, составляет так называемую круговую задержку сети. В наихудшем случае круговая задержка равна 45 мкс, что соответствует 450 бит информации при скорости передачи 10 Мбит/с.
Для обеспечения нормального функционирования LAN с доступом в режиме соперничества все станции должны одинаково опознавать состояние конфликта. С этой целью в LAN Ethernet определена минимальная длина кадра данных, при которой любая передающая станция в самых неблагоприятных условиях получит сигнал конфликта до окончания передачи кадра. Такой минимальный по длине кадр составляет 72 байта или 576 бит.
Это ограничение относится ко всем LAN c доступом в режиме соперничества независимо от конкретной реализации. Его можно ослабить путем уменьшения либо скорости передачи, либо протяженности сети. Например, снижение скорости передачи вдвое сократит минимальную длину кадра в два раза.