Анализ существующих аппаратных и программных решений построения ЛВС

Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.

При расширении вычислительных сетей  не могут быть использованы ранее  выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.

Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями.

Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит  от мощности центрального файлового  сервера. Он может быть узким местом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети.

 

1.3.3 Топология «кольцо»

 

При топологии «кольцо» компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Поэтому у кабеля просто не может быть свободного конца, к которому надо подключать терминатор. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии «шина», здесь каждый компьютер выступает в роли репитера, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому, если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть. На рисунке 3 представлен вид сети с топологией «кольцо».

Рисунок 3 – Сеть с топологией «кольцо»

 

Один из принципов передачи данных в кольцевой сети носит название передачи маркера. Суть его такова. Маркер последовательно, от одного компьютера к другому, передается до тех пор, пока его не получит тот, который «хочет» передать данные. Передающий компьютер изменяет маркер, помещает электронный адрес в данные и посылает их по кольцу. Данные проходят через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя, указанным в данных.

После этого принимающий компьютер  посылает передающему сообщение, где  подтверждает факт приема данных. Получив подтверждение, передающий компьютер создает новый маркер и возвращает его в сеть.

На первый взгляд кажется, что передача маркера отнимает много времени, однако на самом деле маркер передвигается  практически со скоростью света. В кольце диаметром 200 м маркер может циркулировать с частотой 10 000 оборотов в секунду.

Подключение новой рабочей станции  требует кратко срочного выключения сети, так как во время установки  кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.

 

1.3.4 Другие виды топологий

 

В настоящее время часто используются топологии, которые комбинируют  компоновку сети по принципу шины, звезды и кольца.

Топология «звезда–шина» – это  комбинация топологий «шина» и «звезда». Чаще всего это выглядит так: несколько  сетей с топологией «звезда» объединяются при помощи магистральной линейной шины.

В этом случае выход из строя одного компьютера не оказывает никакого влияния на сеть – остальные компьютеры по-прежнему взаимодействуют друг с другом. А выход из строя концентратора повлечет за собой остановку подключенных к нему компьютеров и концентраторов.

Также широко используется древовидная  структура. Она образуется в основном в виде комбинаций вышеназванных топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычислительной сети располагается в точке (корень), в которой собираются коммуникационные линии информации (ветви дерева). Пример комбинации нескольких топологий в реализации сети отражен на рисунке 4.

Рисунок 4 – Комбинированная топология  сети

 

Вычислительные сети с древовидной  структурой применяются там, где  невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде.

 

 

Таблица 1 – Сравнительные характеристики основных топологий сетей

Характеристика	Топология ЛВС
	Звезда	Кольцо	Шина
1	2	3	4
Стоимость расширения	Низкая	Средняя	Средняя
Присоединение абонентов	Пассивное	Активное	Пассивное
Защита от отказов	Незначительная	Незначительная	Высокая
Ограничения на размер системы	Зависит от среды передачи	Зависит от среды передачи	Зависит от среды передачи
Защищенность от прослушивания	Низкая	Высокая	Низкая
Стоимость подключения	Незначительная	Высокая	Высокая
Продолжение таблицы 1
1	2	3	4
Поведение системы при высоких нагрузках	Хорошее	Удовлетворительное	Плохое
Возможность работы в реальном режиме времени	Очень хорошая	Хорошая	Плохая
Разводка кабеля	Лучшая	Удовлетворительная	Хорошая
Обслуживание	Очень простое	Среднее	Среднее

 

 

1.4 Виды сетевого соединения

Традиционной и наиболее широко распространенной физической средой передачи информации в локальных  сетях являются кабели. Альтернативой  кабелю в локальных сетях является связь с помощью инфракрасного излучения и радиосвязь, но эти виды связи по ряду причин пока что используются весьма ограниченно. Все многообразие кабелей, применяемых для передачи информации, в первую очередь разделяется на электрические, чаще всего медные (Copper cable), и оптоволоконные (Fiber-optic cable), кратко именуемые Fiber.

При инсталляции сети важно принимать во внимание простоту установки. Использование беспроводных локальных сетей или существующих телефонных кабелей, конечно, облегчает дело, но при необходимости прокладки кабеля существует несколько факторов, которые могут повлиять на ваше решение.

На тип кабеля, который  вы выберите, и требуемое его качество влияет расстояние до каждой рабочей  станции. Каждая кабельная схема  сети требует специальных типов  кабелей. Так, например, в локальных сетях обычно допускается использовать только один тип кабеля. Однако здесь существует некоторая гибкость, о чем будет сказано ниже. Ограничения локального кабеля могут сделать кабель типа "витая пара" более предпочтительным, чем коаксиальный. Проходящий по кабелю локальной сети сигнал излучает помехи, которые могут влиять на внешнюю аппаратуру. Кроме того, этот сигнал может быть перехвачен теми, кто занимается шпионажем. Коаксиальный кабель уменьшает это излучение, а экран действует как внешний проводник.

Некоторые организации, где требуется непрерывное функционирование локальной сети, (такие как госпитали, банки и военные организации) обычно прокладывают наряду с основным и резервный кабель. Часто он прокладывается по другому маршруту. Дополнительные кабели требуют маршрутизаторов, которые помогают сетевым пакетам найти наилучший путь по сети к месту назначения.

1.4.1 Витая пара

Кабель типа "витая  пара" приобретает все большую  популярность при организации сети. В некоторых зданиях такой кабель уже проложен, обеспечивая телефонные линии, но нет гарантии, что он имеет правильный тип. Кабель типа "витая пара" имеет следующие характеристики:

• это наиболее экономичная кабельная система;
• позволяет использовать существующие телефонные линии;
• имеет ограничение по длине, но для связи удаленных сегментов можно использовать коаксиальный или волоконно-оптический кабель;
• восприимчив к некоторым внешним помехам.

В качестве среды передачи используется во всех современных сетевых  технологиях, а также в аналоговой и цифровой телефонии. Кабели на скрученной, или витой паре, в отличие от коаксиального кабеля, симметричны и используются для дифференциальной передачи сигнала. Кабели на основе неэкранированной витой пары. Медный неэкранированный кабель UTP в зависимости от электрических и механических характеристик разделяется на 5 категорий (Category 1- Category5). Кабели категорий 1 и 2 были определены в стандарте EIA/TIA-568, но в стандарт 568А уже не вошли как устаревшие.

Кабели категории 1 применяются  там, где требования к скорости передачи минимальны. Обычно этот кабель для цифровой и аналоговой передачи голоса и низкоскоростной (до 20 Кбит/с) передачи данных.

Кабели категории 2 были впервые  применены фирмой IBM при построении собственной кабельной системы. Главное требование к  кабелям этой категории – способность передавать сигналы со спектром до 1 МГц.

Кабели категории 3 были стандартизированы в 1991 году, когда  был разработан Стандарт телекоммуникационных кабельных систем для коммерческих зданий (EIA-568), на основе которого затем был создан действующий стандарт EIA-568А. Этот стандарт определил электрические характеристики кабелей категории 3 для частот в диапазоне до 16 МГц, поддерживающих, таким образом, высокоскоростные сетевые технологии. Кабель 3 категории предназначен как для передачи данных, так и голоса.

Кабели категории 4 представляют собой несколько улучшенный вариант кабелей категории 3. Кабели категории 4 обязаны выдерживать тесты на частоте передачи сигнала 20 МГц и обеспечивать повышенную помехоустойчивость и низкие потери сигнала. Кабели категории 4 хорошо подходят для применения в системах с увеличенным расстоянием (до 135 метров) и в сетях Token Ring с пропускной способностью 16 Мбит/с. На практике используются редко.

Кабели категории 5 были специально разработаны для поддержки высокоскоростных протоколов. Поэтому их характеристики определяются в диапазоне до 100 МГц. Большинство новых высокоскоростных стандартов ориентируются на использование витой пары 5 категории. На этом кабеле работают протоколы со скоростью передачи данных 100 Мбит/с – FDDI, Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, а также более скоростные протоколы – ATM на скорости 155 Мбит/с, и Gigabit Ethernet на скорости 1000 Мбит/с.

Экранированная витая  пара STP хорошо защищает передаваемые сигналы от внешних помех, а также меньше излучает электромагнитных колебаний вовне, что защищает в свою  очередь, пользователей сетей от вредного для здоровья излучения. Экранированный кабель применяется только для передачи данных, а голос по нему не передают.

Для присоединения экранированных кабелей к оборудованию используются разъемы конструкции IBM /3/.

1.4.2 Коаксиальный кабель

Коаксиальные кабели имеют следующие характеристики:

• от внешних помех этот кабель защищается с помощью экранирования;
• при прокладке на длинные расстояния он действует как антенна, "собирая" помехи от двигателей, радиопередатчиков и других электроисточников. Это может исказить передаваемый сигнал;
• у него существуют проблемы с заземлением;
• он генерирует сигналы, которые могут перехватываться злоумышленниками;

Существует большое  количество типов коаксиальных кабелей, используемых в сетях различного типа: телефонных, телевизионных и компьютерных.

- RG-8 и RG-11 – «толстый» коаксиальный кабель, разработанный для сетей Ethernet. Имеет волновое сопротивление 50 Ом и внешний диаметр 0,5 дюйма (12мм). Этот кабель имеет достаточно толстый внутренний проводник диаметром 2,17 мм, который обеспечивает хорошие механические и электрические характеристики (затухание на частоте 10МГц – не хуже 18дБ/км). Зато этот кабель сложно монтировать – он плохо гнется.

-  RG-58/U, RG-58A/U и RG-58C/U –разновидности «тонкого» коаксиального кабеля для сетей Ethernet 10Base-2. Кабель RG-58/U имеет сплошной внутренний проводник, а кабель RG-58А/U – многожильный. Все эти разновидности имеют волновое сопротивление 50 Ом, но обладают худшими механическими и электрическими характеристиками. Тонкий внутренний проводник 0,89мм не так прочен, зато обладает гораздо большей гибкостью, удобной при монтаже. Затухание в этом типе кабеля выше, чем в «толстом» коаксиальном кабеле, что приводит к необходимости уменьшать длину кабеля для получения одинакового затухания в сегменте. Для соединения кабелей с оборудованием используется разъем типа BNC.

- RG-59 – телевизионный кабель с волновым сопротивлением 75Ом. Применяется в кабельном телевидении.

- RG-62 – кабель с волновым сопротивлением 93 Ома, используется в сетях ArcNet, оборудование которых сегодня практически не выпускается /7/.

1.4.3 Оптоволоконный кабель

Оптоволоконный кабель – наиболее дорогой сетевой кабель, но в последнее время его цена снижается. Он имеет следующие характеристики:

• используется обычно в сочетании с кабелями других типов и соединяет серверы и сегменты локальных сетей;
• имеет большую потенциальную длину сегмента и обеспечивает большую скорость передачи, чем другие кабели;
• не генерирует сигналов, обеспечивая тем самым высокую степень защиты;
• на него не влияют внешние электропомехи.