Проектирование локальной сети организации

Существует  несколько разновидностей 10Base-F. Первым стандартом для использования оптоволокна  в сетях Ethernet был FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link). Ограничение длины оптоволоконных линий между повторителями 1 км при общей длине сети не более 2.5 км . Максимальное число повторителей - 4.

В стандарте  10Base-FL, предназначенном для соединения станций с концентратором, длина сегмента оптоволокна до 2 км при общей длине сети не более 2,5 км. Максимальное число повторителей также 4. Ограничения длин кабелей даны для многомодового кабеля. Применение одномодового кабеля позволяет прокладывать сегменты длиной до 20 км (!).

Существует  также стандарт 10Base-FB, предназначенный для магистрального соединения повторителей. Ограничение на длину сегмента - 2 км при общей длине сети 2,74 км. Количество повторителей - до 5. Характерной особенностью 10Base-FB является способность повторителей обнаруживать отказы основных портов и переходить на резервные за счет обмена специальными сигналами, которые отличаются от сигналов передачи данных.

Стандарты 10Base-FL и 10Base-FB не совместимы между собой. Дешевизна оборудования 10Base-FL позволила  ему обогнать по распространенности волоконно-оптические сети других стандартов.

Оконцовка оптоволоконных кабелей представляет собой существенно более сложную  задачу, чем оконцовка медных кабелей. Необходимо точное совмещение осей светопроводящего материала - волокон и коннекторов. Типы коннекторов в основном отличаются друг от друга размером и формой направляющего ободка. Если в самых первых биконических коннекторах использовались конические ободки, то в настоящее время используются коннекторы типа SC (square cross-section), имеющие ободок квадратного сечения. Для надежного закрепления коннектора в гнезде в ранних типах коннекторов использовалась байонетная (ST) или резьбовая (SMA) фиксация. Сейчас в коннекторах SC используется технология "push-pull", предусматривающая закрепление коннектора в гнезде защелкиванием. Коннекторы типа SC применяются не только в локальных сетях, но также и в телекоммуникационных системах и в сетях кабельного телевидения.

Отдельная проблема - соединение оптических волокон. Надежное и долговечное соединение достигается сваркой волокон, что  требует специального оборудования и навыков.

Область применения оптоволокна в сетях Ethernet - это магистральные каналы, соединения между зданиями, а также  те случаи, когда применение медных кабелей невозможно из-за больших  расстояний или сильных электромагнитных помех на участке прокладки кабеля. На сегодняшний день стандарт 10Base-F вытесняется более скоростными стандартами Ethernet на оптоволоконном кабеле.

Правила построения сетей, использующих физическую топологию "звезда"

Правило 5-4-3 можно интерпретировать в этом случае следующим образом:

• каскадно могут объединяться не более чем 4 концентратора;
• "дерево" каскадируемых концентраторов должно быть построено таким образом, чтобы между двумя любыми станциями в сети было не более чем 4 концентратора;

В смешанных сетях могут быть исключения из этого правила - например, если один из хабов поддерживает не только витую пару, но и оптоволоконный кабель, то допустимое число каскадируемых концентраторов увеличивается до 5.

1.3  Базовая модель OSI (Open System Interconnection) 

Все ЛВС работают в одном стандарте  принятом для компьютерных сетей - в  стандарте Open Systems Interconnection (OSI). 
 
Для того чтобы взаимодействовать, люди используют общий язык. Если они не могут разговаривать друг с другом непосредственно, они применяют соответствующие вспомогательные средства для передачи сообщений. 
Показанные выше стадии необходимы, когда сообщение передается от отправителя к получателю. 
Для того чтобы привести в движение процесс передачи данных, использовали машины с одинаковым кодированием данных и связанные одна с другой. Для единого представления данных в линиях связи, по которым передается информация, сформирована Международная организация по стандартизации (англ. ISO - International Standards Organization). 
ISO предназначена для разработки модели международного коммуникационного протокола, в рамках которой можно разрабатывать международные стандарты. Для наглядного пояснения расчленим ее на семь уровней. 
Международная организация по стандартизации (ISO) разработала базовую модель взаимодействия открытых систем (англ. Open Systems Interconnection (OSI)). Эта модель является международным стандартом для передачи данных. 
Модель содержит семь отдельных уровней: 
Уровень 1: физический - битовые протоколы передачи информации; 
Уровень 2: канальный - формирование кадров, управление доступом к среде; 
Уровень 3: сетевой - маршрутизация, управление потоками данных; 
Уровень 4: транспортный - обеспечение взаимодействия удаленных процессов; 
Уровень 5: сеансовый - поддержка диалога между удаленными процессами; 
Уровень 6: представление данных - интерпретация передаваемых данных; 
Уровень 7: прикладной - пользовательское управление данными. 
 
Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная роль, в том числе и транспортной среде. Благодаря этому общая задача передачи данных расчленяется на отдельные легко обозримые задачи. Необходимые соглашения для связи одного уровня с выше- и нижерасположенными называют протоколом. 
Так как пользователи нуждаются в эффективном управлении, система вычислительной сети представляется как комплексное строение, которое координирует взаимодействие задач пользователей. 
С учетом вышеизложенного можно вывести следующую уровневую модель с административными функциями, выполняющимися в пользовательском прикладном уровне. 
Отдельные уровни базовой модели проходят в направлении вниз от источника данных (от уровня 7 к уровню 1) и в направлении вверх от приемника данных (от уровня 1 к уровню 7). Пользовательские данные передаются в нижерасположенный уровень вместе со специфическим для уровня заголовком до тех пор, пока не будет достигнут последний уровень. 
На приемной стороне поступающие данные анализируются и, по мере надобности, передаются далее в вышерасположенный уровень, пока информация не будет передана в пользовательский прикладной уровень. 

 
1.4 Физический уровень модели OSI.  

Назначение, функции и услуги физического  уровня модели ISO/OSI. 
Физический уровень обеспечивает передачу битовых потоков без каких-либо изменений между логическими объектами уровня звена данных по физическим соединениям.  
На данном уровне определяются базовые механизмы кодирования и декодирования данных в физическом носителе.  
На физическом уровне специфицируются носители, но не сама среда. Среда, согласно эталонной модели, рассматривается как нечто, лежащее ниже физического уровня. Битовый поток в носителе должен быть независим от среды.  
Услуги, предоставляемые канальному уровню:  
физические соединения;

·  физические сервисные блоки данных;

·  физические оконечные пункты соединения;

·  идентификация канала данных;

·  упорядочение;

·  оповещение об ошибках;

·  параметры качества услуг.

·  Функции, выполняемые на физическом уровне:

·  активизация и деактивизация физического соединения;

·  передача физических сервисных блоков данных;

·  административное управление физическим уровнем.

Кабельные каналы связи

 
Кабельные каналы для целей телекоммуникаций исторически использовались первыми. Да и сегодня по суммарной длине  они превосходят даже спутниковые каналы. Основную долю этих каналов, насчитывающих многие сотни тысяч километров, составляют телефонные медные кабели. Эти кабели содержат десятки или даже сотни скрученных пар проводов. Полоса пропускания таких кабелей обычно составляет 3-3,5 кГц при длине 2-10 км. Эта полоса диктовалась ранее нуждами аналогового голосового обмена в рамках коммутируемой телефонной сети. C учетом возрастающих требованиям к широкополосности каналов витые пары проводов пытались заменить коаксиальными кабелями, которые имеют полосу от 100 до 500 МГц (до 1 Гбит/с), и даже полыми волноводами. Именно коаксиальные кабели стали в начале транспортной средой локальных сетей ЭВМ (10base-5 и 10base-2)

Рис. 1: Схематичное изображение коаксиального кабеля: 1 - центральный проводник; 2 - изолятор; 3 - проводник-экран; внешний изолятор

Коаксиальная  система проводников из-за своей  симметричности вызывает минимальное  внешнее электромагнитное излучение. Сигнал распространяется по центральной медной жиле, контур тока замыкается через внешний экранный провод. При заземлении экрана в нескольких точках по нему начинают протекать выравнивающие токи (ведь разные “земли” обычно имеют неравные потенциалы). Если экран кабеля соединен с землей на обоих концах, то при наличии источника наводок по экрану будет протекать переменный ток наводки.

В результате наводка сложится с входным сигналом. При определенных обстоятельствах  это может даже привести к выходу из строя сетевого оборудования. Именно это является причиной требования заземления кабеля локальной сети только в одной точке. Наибольшее распространение получили кабели с волновым сопротивлением 50 ом. Это связано с тем, что эти кабели из-за относительно толстой центральной жилы характеризуются минимальным ослаблением сигнала.  
Коаксиальный кабель с полосой пропускания 500 МГц при ограниченной длине может обеспечить скорость передачи несколько Гбит/сек. Предельные расстояния, для которых может быть применен коаксиальный кабель составляет 10-15 км.  
Но по мере развития технологии скрученные пары смогли вытеснить из этой области коаксиальные кабели. Это произошло, когда полоса пропускания скрученных пар достигла 200-350 МГц при длине 100м (неэкранированные и экранированные скрученные пары категории 5 и 6), а цены на единицу длины сравнялись. Витые пары проводников позволяют использовать биполярные приемники, что делает систему менее уязвимой (по сравнению с коаксиальными кабелями) к внешним наводкам. Но основополагающей причиной вытеснения коаксиальных кабелей явилась относительная дешевизна скрученных пар. Скрученные пары бывают одинарными, объединенными в многопарный кабель или оформленными в виде плоского ленточного кабеля. Применение проводов сети переменного тока для локальных сетей и передачи данных допустимо для весьма ограниченных расстояний. В таблице, представленной ниже приведены характеристики каналов, базирующихся на обычном и широкополосном коаксиальном кабелях.

Витая пара

Вита́я  па́ра (англ. twisted pair) — вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой. Свивание проводников производится с целью повышения степени связи между собой проводников одной пары (электромагнитная помеха одинаково влияет на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов. Для снижения связи отдельных пар кабеля (периодического сближения проводников различных пар) в кабелях UTP категории 5 и выше провода пары свиваются с различным шагом. Витая пара — один из компонентов современных структурированных кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве сетевого носителя во многих технологиях, таких как Ethernet, Arcnet и Token ring. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в монтаже, является самым распространённым решением для локальных сетей.

Кабель  подключается к сетевым устройствам  при помощи соединителя 8P8C. 8P8C зачастую ошибочно называется RJ45 (иногда данное обозначение записывается через дефис как RJ-45). На самом деле, настоящий RJ45 физически несовместим с 8P8C, так как использует схему 8P2C с ключом. Ошибочное употребление термина RJ45 вызвано, скорее всего, тем, что настоящий RJ45 не получил широкого применения, а также их внешним сходством. В свою очередь, 8P8C (8 Position 8 Contact) — это унифицированный разъём, который используется в телекоммуникациях и имеет 8 контактов и защёлку, немного больший, чем телефонный соединитель RJ11.

В зависимости  от наличия защиты — электрически заземлённой медной оплетки или алюминиевой фольги вокруг скрученных пар, определяют разновидности данной технологии:

• незащищенная витая пара (UTP — Unshielded twisted pair) — отсутствует защитный экран вокруг отдельной пары;
• фольгированная витая пара (FTP — Foiled twisted pair) — также известна как F/UTP (см.: Screened Shielded Twisted Pair (S/STP)), присутствует один общий внешний экран в виде фольги;
• защищенная витая пара (STP — Shielded twisted pair) — присутствует защита в виде экрана для каждой пары и общий внешний экран в виде сетки;
• фольгированная экранированная витая пара (S/FTP — Screened Foiled twisted pair) — внешний экран из медной оплетки и каждая пара в фольгированной оплетке;
• незащищенная экранированная витая пара (SF/UTP — Screened Foiled Unshielded twisted pair) — двойной внешний экран из медной оплетки и фольги, каждая витая пара без защиты.