Проектирование СКС

     Выбор кабельной подсистемы диктуется  типом сети и выбранной топологией. Требуемые же по стандарту физические характеристики кабеля закладываются  при его изготовлении, о чем  и свидетельствуют нанесенные на кабель маркировки. В результате, сегодня  практически все сети проектируются на базе UTP и волоконно-оптических кабелей, коаксиальный кабель применяют лишь в исключительных случаях и то, как правило, при организации низкоскоростных стеков в монтажных шкафах.

     В проекты локальных вычислительных сетей (стандартных) закладываются на сегодня всего три вида кабелей:

     коаксиальный (двух типов):

     - тонкий коаксиальный кабель (thin coaxial cable);

     - толстый коаксиальный кабель (thick coaxial cable).

     витая пара (двух основных типов):

     - неэкранированная витая пара (unshielded twisted pair - UTP);

     - экранированная витая пара (shielded twisted pair - STP).

     волоконно-оптический кабель (двух типов):

     - многомодовый кабель (fiber optic cable multimode);

     - одномодовый кабель (fiber optic cable single mode).

     Не  так давно коаксиальный кабель был самым распространенным типом кабеля. Это объясняется двумя причинами: во-первых, он был относительно недорогим, легким, гибким и удобным в применении; во-вторых, широкая популярность коаксиального кабеля привела к тому, что он стал безопасным и простым в установке.

     Самый простой коаксиальный кабель состоит  из медной жилы, изоляции, ее окружающей, экрана в виде металлической оплетки  и внешней оболочки.

     Если  кабель кроме металлической оплетки  имеет и слой «фольги», он называется кабелем с двойной экранизацией (рисунок 1.4). При наличии сильных помех можно воспользоваться кабелем с учетверенной экранизацией, он состоит из двойного слоя фольги и двойного слоя металлической оплетки.

     

     Рисунок 1.4 – Структура коаксиального  кабеля 

     Оплетка, ее называют экраном, защищает передаваемые по кабелям данные, поглощая внешние электромагнитные сигналы, называемые помехами или шумом, таким образом, экран не позволяет помехам исказить данные.

     Электрические сигналы передаются по жиле. Жила –  это один провод или пучок проводов. Жила изготавливается, как правило, из меди. Проводящая жила и металлическая оплетка не должны соприкасаться, иначе произойдет короткое замыкание и помехи исказят данные.

     Коаксиальный  кабель более помехоустойчивый, затухание  сигнала в нем меньше, чем в витой паре.

     Затухание – это уменьшение величины сигнала  при его перемещении по кабелю.

     Тонкий  коаксиальный кабель – гибкий кабель диаметром около 5 мм. Он применим практически  для любого типа сетей. Подключается непосредственно к плате сетевого адаптера с помощью Т-коннектора.

     У кабеля разъемы называются BNC коннекторы. Тонкий коаксиальный кабель способен передавать сигнал на расстоянии 185 м, без его замедленного затухания.

     Тонкий  коаксиальный кабель относится к  группе, которая называется семейством RG– 58. Основная отличительная особенность этого семейства медная жила.

     RG 58/U – сплошная медная жила.

     RG 58/U – переплетенные провода.

     RG 58 C/U- военный стандарт.

     RG 59 – используется для широкополосной  передачи.

     RG 62 – используется в сетях Archet.

     Толстый коаксиальный кабель относительно жесткий  кабель с диаметром около 1 см. Иногда его называют стандартом Ethernet, потому что этот тип кабеля был предназначен для данной сетевой архитектуры. Медная жила этого кабеля толще, чем  у тонкого кабеля, поэтому он передает сигналы дальше. Для подключения к толстому кабелю применяют специальное устройство трансивер.

     Трансивер снабжен специальным коннектором, который называется «зуб вампира» или пронзающий ответвитель. Он проникает через изоляционный слой и вступает в контакт с проводящей жилой. Чтобы подключить трансивер к сетевому адаптеру надо кабель трансивера подключить к коннектору AUI – порта к сетевой плате.

     Витая пара – это два перевитых вокруг друг друга изоляционных медных провода. Существует два типа тонкого кабеля: неэкранированная витая пара (UTP) и экранированная витая пара (STP) (рисунок 1.5). 

     

     Рисунок 1.5 – Неэкранированная и экранированная витая пара 

     Несколько витых пар часто помещают в  одну защитную оболочку. Их количество в таком кабеле может быть разным. Завивка проводов позволяет избавиться от электрических помех, наводимых соседними парами и другими источниками (двигателями, трансформаторами).

     Неэкранированная  витая пара (спецификация 10 Base T) широко используется в ЛВС, максимальная длина сегмента составляет 100 м.

     Неэкранированная  витая пара состоит из 2х изолированных  медных проводов. Существует несколько  спецификаций, которые регулируют количество витков на единицу длины – в  зависимости от назначения кабеля.

     Существует 5 категорий неэкранированной витой пары:

1. Традиционный телефонный кабель, по которому можно передавать только речь.
2. Кабель, способный передавать данные со скоростью до 4 Мбит/с. Состоит из 4х витых пар.
3. Кабель, способный передавать данные со скоростью до 10 Мбит/с. Состоит из 4х витых пар с 9-ю витками на метр.
4. Кабель, способный передавать данные со скоростью до 16 Мбит/с. Состоит из 4х витых пар.
5. Кабель, способный передавать данные со скоростью до 100 Мбит/с. Состоит из 4х витых пар медного провода.

     Одной из потенциальных проблем для всех типов кабелей являются перекрестные помехи.

     Перекрестные  помехи – это перекрестные наводки, вызванные сигналами в смежных  проводах. Неэкранированная витая пара особенно страдает от этих помех. Для  уменьшения их влияния используют экран.

     Кабель, экранированной витой пары (STP) имеет  медную оплетку, которая обеспечивает большую защиту, чем неэкранированная витая пара. Пары проводов STP обмотаны фольгой. В результате экранированная витая пара обладает прекрасной изоляцией, защищающей передаваемые данные от внешних помех.

     Следовательно, STP по сравнению с UTP меньше подвержена воздействию электрических помех  и может передавать сигналы с  большей скоростью и на большие  расстояния.

     Для подключения витой пары к компьютеру используют телефонные коннекторы RG- 45.

 

     

     Рисунок 1.6 – Структура оптоволоконного  кабеля 

     В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов. Это относительно надежный (защищенный) способ передачи, поскольку электрические сигналы при этом не передаются. Следовательно, оптоволоконный кабель нельзя скрыть и перехватить данные, от чего не застрахован любой кабель, проводящий электрические сигналы.

     Оптоволоконные  линии предназначены для перемещения  больших объемов данных на очень высоких скоростях, так как сигнал в них практически не затухает и не искажается.

     Оптическое  волокно – чрезвычайно тонкий стеклянный цилиндр, называемый жилой, покрытый слоем стекла, называемого  оболочкой, с иным, чем у жилы, коэффициентом преломления (рисунок 1.6). Иногда оптоволокно производят из пластика, он проще в использовании, но имеет худшие характеристики по сравнению со стеклянным.

     Каждое  стеклянное оптоволокно передает сигналы  только в одном направлении, поэтому  кабель состоит из двух волокон с отдельными коннекторами. Одно из них служит для передачи сигнала, другой для приема.

     Передача  по оптоволоконному кабелю не подвержена электрическим помехам и ведется  с чрезвычайно высокой скоростью (в настоящее время до 100Мбит/сек, теоретически возможная скорость – 200000 Мбит/сек). По нему можно передавать данные на многие километры.

     В данном курсовом проекте будет использованна  «Витая пара» категории 5Е и «Оптоволоконный кабель». 

 

2. Технология  сети Gigabit Ethernet

 

     При организации взаимодействия узлов в локальных сетях основная роль отводится протоколу канального уровня. Однако для того, чтобы канальный уровень мог справиться с этой задачей, структура локальных сетей должна быть вполне определенной, так, например, наиболее популярный протокол канального уровня - Ethernet - рассчитан на параллельное подключение всех узлов сети к общей для них шине - отрезку коаксиального кабеля. Подобный подход, заключающийся в использовании простых структур кабельных соединений между компьютерами локальной сети, соответствовал основной цели, которую ставили перед собой разработчики первых локальных сетей во второй половине 70-х годов. Эта цель заключалась в нахождении простого и дешевого решения для объединения нескольких десятков компьютеров, находящихся в пределах одного здания в вычислительную сеть.

     Данная  технология потеряла свою практичность, так как сейчас в локальные  сети объединяются не десятки, а сотни  компьютеров находящихся не только в разных зданиях, но и в разных районах. Поэтому выбираем более высокую скорость и надежность передачи информации. Эти требования выполняются технологией Gigabit Ethernet 1000Base-T.

     Gigabit Ethernet 1000Base-T, основана на витой  паре и волоконно-оптическом кабеле. Поскольку технология Gigabit Ethernet совместима с 10 Mbps и 100Mbps Ethernet, возможен легкий переход на данную технологию без инвестирования больших средств в программное обеспечение, кабельную структуру и обучение персонала.

     Технология Gigabit Ethernet – это расширение IEEE 802.3 Ethernet, использующее такую же структуру пакетов, формат и поддержку протокола CSMA/CD, полного дуплекса, контроля потока и прочее, но при этом предоставляя теоретически десятикратное увеличение производительности.

     CSMA/CD (Carrier-Sense Multiple Access with Collision Detection – множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий) – технология множественного доступа к общей передающей среде в локальной компьютерной сети с контролем коллизий. CSMA/CD относится к децентрализованным случайным методам. Он используется как в обычных сетях типа Ethernet, так и в высокоскоростных сетях (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet).

     Так же называют сетевой протокол, в  котором используется схема CSMA/CD. Протокол CSMA/CD работает на канальном уровне в  модели OSI.

     Характеристики  и области применения этих популярных на практике сетей связаны именно с особенностями используемого метода доступа. CSMA/CD является модификацией «чистого» Carrier Sense Multiple Access (CSMA).

     Если  во время передачи фрейма рабочая  станция обнаруживает другой сигнал, занимающий передающую среду, она останавливает передачу, посылает jam signal и ждет в течение случайного промежутка времени (известного как «backoff delay» и находимого с помощью алгоритма truncared binary exponential backoff), перед тем как снова отправить фрейм.

     Обнаружение коллизий используется для улучшения  производительности CSMA с помощью  прерывания передачи сразу после  обнаружения коллизии и снижения вероятности второй коллизии во время  повторной передачи.

     Методы  обнаружения коллизий зависят от используемого оборудования, но на электрических шинах, таких как Ethernet коллизии могут быть обнаружены сравнением передаваемой и получаемой информации. Если она различается, то другая передача накладывается на текущую (возникла коллизия) и передача прерывается немедленно. Посылается jam signal, что вызывает задержку передачи всех передатчиков на произвольный интервал времени, снижая вероятность коллизии во время повторной попытки.