Анализ существующих аппаратных и программных решений построения ЛВС

Волоконно-оптические кабели состоят из центрального проводника света (сердцевины) – стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла – оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки. В зависимости от распределения показателя преломления и от величины диаметра сердечника различают:

- многомодовое волокно со ступенчатым  изменением показателя преломления;

- многомодовое волокно с плавным  изменением показателя преломления;

- одномодовое волокно.

В одномодовом кабеле используется центральный проводник очень малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света – от 5 до 10 мкм. При этом практически все лучи света распространяются вдоль оптической оси светодиода, не отражаясь от внешнего проводника. Полоса пропускания очень широкая – до сотен ГГц на один километр.

В многомодовых кабелях  используются более широкие внутренние сердечники, которые легче изготовить технологически. В стандартах определены два наиболее употребляемых многомодовых кабеля: 62,5/125мкм и 50/125мкм, где 62,5 и 50мкм – это диаметр центрального проводника, а 125 – внешний проводник.

Многомодовые кабели имеют более узкую полосу пропускания  от 500 до 800 МГц/км .

В качестве источников излучения  света в волоконно-оптических кабелях  применяются: светодиоды и полупроводниковые лазеры. Основные характеристики перечисленные кабелей приведены в таблице 1.2.

 

Таблица 1.2 – Сравнительная характеристика различных сред передачи данных

Характеристика	Среда передачи данных
	Витая пара	Коаксиальный кабель	Оптоволоконный кабель
1	2	3	4
Скорость передачи	4-100	10	100 и выше
Максимальная длина сегмента	100	185-500	2000
Продолжение таблицы 1.2
1	2	3	4
Число узлов в сети	-	30-100	-
Сложность соединения	очень простая	простая	трудная
Возможность реализации ответвлений	возможно	невозможно	невозможно
Помехозащищенность	плохая	хорошая	помех нет

 

Таблица 1.3 – Классификация аппаратно-программных  средств ЛВС

Класс ЛВС	Скорость передачи (Мбит/с)	Среда передачи данных	Наличие сетевого контроля и его  тип	Функциональные возможности	Примеры ПО
Низкопроизводительные	10	витая пара (телефонный кабель)	да	низкие	Unix Windows 95/98/NT/ 2000
Средней производительности	от 10 до 100	коаксиальные кабели и витая пара	да	средние	Unix Windows 95/98/NT/ 2000
Высокопроизводительные	свыше 100	оптоволокно и витая пара	да	широкие	Unix Windows 95/98/NT/ 2000

1.5 Типы построения  сетей по методам передачи  информации

1.5.1 Сеть Token Ring

Технология сетей Token Ring была впервые представлена IBM в 1982 г. и в 1985 г. была  включена IEEE (Institute for Electrical and Electronic Engeneers) как стандарт 802.5. Token Ring по-прежнему является основной технологией IBM для локальных сетей (LAN), уступая по популярности среди технологий LAN только Ethernet/IEEE 802.3.

В качестве передающей среды применяется  неэкранированная или экранированная витая пара или оптоволокно. Скорость передачи данных 4 Мбит/с или 16Мбит/с. В качестве метода управления доступом станций к передающей среде используется метод - маркерное кольцо (Тоken Ring). Основные положения этого метода:

• устройства подключаются к сети по топологии кольцо;
• все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные, только получив разрешение на передачу (маркер);
• в любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом.

В IВМ Тоkеn Ring используются три основных типа пакетов:

• пакет управление/данные (Data/Соmmand Frame);
• маркер (Token);
• пакет сброса (Аbort).

Пакет Управление/Данные. С помощью такого пакета выполняется  передача данных или команд управления работой сети. 

Маркер. Станция может начать передачу данных только после получения такого пакета, В одном кольце может быть только один маркер и, соответственно, только одна станция с правом передачи данных.

Пакет Сброса. Посылка такого пакета называет прекращение любых передач.

В сети можно подключать компьютеры по топологии звезда или  кольцо.

1.5.2 Сеть ARCNet

Arcnet (Attached Resource Computer NETWork ) - простая, недорогая, надежная и достаточно гибкая архитектура локальной сети. Разработана корпорацией Datapoint в 1977 году. Впоследствии лицензию на Аrcnet приобрела корпорация SМС (Standard Microsistem Corporation), которая стала основным разработчиком и производителем оборудования для сетей Аrcnet. В качестве передающей среды используются витая пара, коаксиальный кабель (RG-62) с волновым сопротивлением 93 Ом и оптоволоконный кабель. Скорость передачи данных - 2,5 Мбит/с. При подключении устройств в Аrcnet применяют топологии шина и звезда. Метод управления доступом станций к передающей среде - маркерная шина (Тоken Bus). Этот метод предусматривает следующие правила:

• все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные;
• только получив разрешение на передачу (маркер);
• в любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом;
• данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.

Передача каждого байта  в Аrcnet выполняется специальной  посылкой ISU(Information Symbol Unit - единица передачи информации), состоящей из трех служебных  старт/стоповых битов и восьми битов  данных. В начале каждого пакета передается начальный разделитель АВ (Аlегt Вurst), который состоит из шести служебных битов. Начальный разделитель выполняет функции преамбулы пакета.

В Аrcnet определены 5 типов пакетов:

1. Пакет IТТ (Information To Transmit) - приглашение к передаче. Эта посылка передает управление от одного узла сети другому. Станция, принявшая этот пакет, получает право на передачу данных.
2. Пакет FBE (Free Buffeг Еnquiries) - запрос о готовности к приему данных. Этим пакетом проверяется готовность узла к приему данных.
3. Пакет данных. С помощью этой посылки производиться передача данных.
4. Пакет АСК (ACKnowledgments) - подтверждение приема. Подтверждение готовности к приему данных или подтверждение приема пакета данных без ошибок, т.е. в ответ на FBE и пакет данных.
5. Пакет NAK ( Negative AcKnowledgments) - неготовность к приему. Неготовность узла к приему данных ( ответ на FBE ) или принят пакет с ошибкой.

1.5.3 Сеть Ethernet

Спецификацию Ethernet в конце  семидесятых годов предложила компания Xerox Corporation. Позднее к этому проекту присоединились компании Digital Equipment Corporation (DEC) и Intel Corporation. В 1982 году была опубликована спецификация на Ethernet версии 2.0. На базе Ethernet институтом IEEE был разработан стандарт IEEE 802.3. Различия между ними незначительные.

Основные принципы работы:

На логическом уровне в Ethernet применяется  топология шина :

• все устройства, подключенные к сети, равноправны, т.е. любая станция может начать передачу в любой момент времени (если передающая среда свободна);
• данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.

Сначала Ethernet был спроектирован  на основе шинной топологии, когда все  устройства подключались к общему кабелю, тонкому или толстому. Применение витой пары лишь частично изменило протокол. При использовании коаксиального кабеля коллизия определялась сразу всеми станциями. В случае с витой парой используется "jam" сигнал, как только станция определяет коллизию, то она посылает сигнал концентратору, последний в свою очередь рассылает "jam" всем подключенным к нему устройствам.

Передача данных между  персональными компьютерами (ПК) имеет  чрезвычайно нерегулярный характер, так как производится в основном по запросам работающих за ними: длительное время ПК может "молчать", не обращаясь к сети и работая автономно, а затем, по запросу, послать или запросить откуда-нибудь целый длинный файл или документ. Через низкоскоростной телефонный канал такой файл будет перекачиваться несколько минут, а пользователь перед своим экраном будет ждать и раздражаться.

Поэтому специально для межкомпьютерных коммуникаций был разработан тип сети, где для передачи данных используется общий, один на всех, высокоскоростной кабель. Не вдаваясь в технические подробности, работу такой сети можно представить себе следующим образом: каждый компьютер на сети всегда следит за общим каналом. Если текущая передача адресована ему, он ее принимает. Если он сам должен что-то передать, он дожидается, пока канал освободится, и пробует начать передачу. Если так получилось, что другой компьютер тоже попытался занять общий канал одновременно с нашим, то оба обнаруживают столкновение попыток ("коллизию"), и выждав очень небольшое время (каждый свое), пробуют снова, пока кто-нибудь не опередит другого. Зато уж, заняв общий канал, используют его целиком, на полной его скорости. Статистически, такой алгоритм работы оказывается достаточно эффективным, несмотря на потери времени из-за коллизий.

1.5.4 Сеть Fast Ethernet

Fast Ethernet использует метод  передачи данных CSMACD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - Множественный доступ к среде с контролем несущей и обнаружением коллизий). Когда плата Ethernet должна послать сообщение, то сначала она ждет наступления тишины, затем отправляет пакет и одновременно слушает, не послал ли кто-нибудь сообщение одновременно с ним. Если это произошло, то оба пакета не доходят до адресата. Если коллизии не было, а плата должна продолжать передавать данные, она все равно ждет несколько микросекунд, прежде чем снова попытается послать новую порцию. Это сделано для того, чтобы другие платы также могли работать и никто не смог захватить канал монопольно. В случае коллизии, оба устройства замолкают на небольшой промежуток времени, сгенерированный случайным образом, а затем предпринимают новую попытку передать данные.

Из-за коллизий ни Ethernet, ни Fast Ethernet никогда не смогут достичь  своей максимальной производительности 10 или 100 Мбит/с. Как только начинает увеличиваться трафик сети, временные задержки между посылками отдельных пакетов сокращаются, а количество коллизий увеличивается. Реальная производительность Ethernet не может превышать 70% его потенциальной пропускной способности, и может еще ниже, если линия серьезно перегружена.

Fast Ethernet налагает ограничение  на расстояние между подключаемыми  устройствами – не более 100 метров и это заставляет проявлять дополнительную осторожность при проектировании таких сетей.

С легкой руки IEEE Fast Ethernet именуется 100BaseT. Объясняется это  просто: 100BaseT является расширением  стандарта 10BaseT с пропускной способностью от 10 М бит/с до 100 Мбит/с. Стандарт 100BaseT включает в себя протокол обработки множественного доступа с опознаванием несущей и обнаружением конфликтов CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), который используется и в 10BaseT. Кроме того, Fast Ethernet может работать на кабелях нескольких типов, в том числе и на витой паре. Оба эти свойства нового стандарта весьма важны для потенциальных покупателей, и именно благодаря им 100BaseT оказывается удачным путем миграции сетей на базе 10BaseT.

Наряду с сохранением  протокола CSMA/CD, другим важным решением было спроектировать 100BaseT таким образом, чтобы в нем можно было применять кабели разных типов – как те, что используются в старых версиях Ethernet, так и более новые модели. Стандарт определяет три модификации для обеспечения работы с разными видами кабелей Fast Ethernet: 100BaseTX, 100BaseT4 и 100BaseFX. Модификации 100BaseTX и 100BaseT4 рассчитаны на витую пару, а 100BaseFX был разработан для оптического кабеля.

Fast Ethernet включает также стандарт для работы с многомодовым оптоволокном с 62.5-микронным ядром и 125-микронной оболочкой. Стандарт 100BaseFX ориентирован в основном на магистрали - на соединение повторителей Fast Ethernet в пределах одного здания. Традиционные преимущества оптического кабеля присущи и стандарту 100BaseFX: устойчивость к электромагнитным шумам, улучшенная защита данных и большие расстояния между сетевыми устройствами.

Теоретический предел диаметра сегмента сети Fast Ethernet составляет 250 метров; это всего лишь 10 процентов теоретического предела размера сети Ethernet (2500 метров). Данное ограничение проистекает из характера протокола CSMA/CD и скорости передачи 100Мбит/с./10/

 

1.5.5 Беспроводные локальные  сети

 

До недавнего времени  беспроводная связь в локальных сетях практически не применялась. Однако с конца 90-х годов 20 века наблюдается настоящий бум беспроводных локальных сетей (WLAN – Wireless LAN). Это связано в первую очередь с успехами технологии и с теми удобствами, которые способны предоставить беспроводные сети. По имеющимся прогнозам, число пользователей беспроводных сетей в 2005 году достигнет 44 миллионов, а 80% всех мобильных компьютеров будут оснащены встроенными средствами доступа к таким сетям.