Локальные сети

     Прикладной  уровень, верхний уровень модели, обеспечивает взаимодействие сети и  пользователя. Уровень разрешает  приложениям пользователя иметь  доступ к сетевым службам, таким  как обработчик запросов к базам  данных, доступ к файлам, пересылке  электронной почты. Также отвечает за передачу служебной информации, предоставляет приложениям информацию об ошибках и формирует запросы  к уровню представления.

     Модель OSI представляет хотя и очень важную, но только одну из многих моделей коммуникаций. Эта модель и связанные с ними стеки протоколов могут отличаться количеством уровней, их функциями, форматами сообщений, службами, поддерживаемыми на верхних уровнях, и прочими параметрами. 

     1.2 Среда передачи  данных 

     На  сегодняшний день подавляющая часть  компьютерных сетей использует для  соединения провода или кабели. Они  выступают в качестве среды передачи сигналов между компьютерами. Существуют различные типы кабелей, которые  удовлетворяют потребности всевозможных сетей, от малых до больших.

     В широком ассортименте кабелей нетрудно запутаться. Так, фирма Belden, ведущий  производитель кабелей, публикует  каталог, где предлагает более 2200 их типов. К счастью, в большинстве  сетей применяются только три  основные группы кабелей: коаксиальный кабель, витая пара (неэкранированная, экранированная) и оптоволоконный кабель.

     Не  так давно коаксиальный кабель был  самым распространенным типом кабеля. Это объяснялось двумя причинами. Во-первых, он был относительно недорогим, легким, гибким и удобным в применении. А 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 (core), 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. При наличии  сильных помех можно воспользоваться  кабелем с учетверенной экранизацией. Он состоит из двойного слоя фольги и двойного слоя металлической оплетки.

       Некоторые типы кабелей покрывает  металлическая сетка — экран  (shield). Он защищает передаваемые  по кабелю данные, поглощая внешние  электромагнитные сигналы, называемые  помехами или шумом. Таким образом,  экран не позволяет помехам  исказить данные.

     Электрические сигналы, кодирующие данные, передаются по жиле. Жила — это один провод (сплошная) или пучок проводов. Сплошная жила изготавливается, как правило, из меди.

     Жила  окружена изоляционным слоем, который  отделяет ее от металлической оплетки. Оплетка играет роль заземления и  защищает жилу от электрических шумов (noise) и перекрестных помех (crosstalk). Перекрестные помехи — это электрические наводки, вызванные сигналами в соседних проводах.

     Проводящая  жила и металлическая оплетка  не должны соприкасаться, иначе произойдет короткое замыкание, помехи проникнут  в жилу, и данные разрушатся. Снаружи кабель покрыт непроводящим слоем — из резины, тефлона или пластика.

     Коаксиальный  кабель более помехоустойчив, затухание  сигнала в нем меньше, чем в  витой паре. Затухание (attenuation) —  это уменьшение величины сигнала  при его перемещении по кабелю.

     Как уже говорилось, плетеная защитная оболочка поглощает внешние электромагнитные сигналы, не позволяя им влиять на передаваемые по жиле данные, поэтому коаксиальный кабель можно использовать при передаче на большие расстояния и в тех  случаях, когда высокоскоростная передача данных осуществляется на несложном  оборудовании.

     Существует  два типа коаксиальных кабелей:

• тонкий коаксиальный кабель;
• толстый коаксиальный кабель.

     Тонкий  коаксиальный кабель — гибкий кабель диаметром около 0,5 см (около 0,25 дюймов). Он прост в применении и годится практически для любого типа сети. Подключается непосредственно к платам сетевого адаптера компьютеров.

     Тонкий  коаксиальный кабель способен передавать сигнал на расстояние до 185 м (около 607 футов) без его заметного искажения, вызванного затуханием.

     Производители оборудования выработали специальную  маркировку для различных типов  кабелей. Тонкий коаксиальный кабель относится  к группе, которая называется семейством RG-58, его волновое сопротивление  равно 50 Ом. Волновое сопротивление (impedance) — это сопротивление переменному  току, выраженное в омах. Основная отличительная  особенность этого семейства  — медная жила. Она может быть сплошной или состоять из нескольких переплетенных проводов.

     Толстый (thick) коаксиальный кабель — относительно жесткий кабель с диаметром около  1 см (около 0,5 дюймов). Иногда его называют «стандартный Ethernet», поскольку он был первым типом кабеля, применяемым в Ethernet — популярной сетевой архитектуре. Медная жила этого кабеля толще, чем у тонкого коаксиального кабеля.

     Чем толще жила у кабеля, тем большее  расстояние способен преодолеть сигнал. Следовательно, толстый коаксиальный кабель передает сигналы дальше, чем  тонкий, — до 500 м (около 1 640 футов). Поэтому толстый коаксиальный кабель иногда используют в качестве основного кабеля (магистрали), который соединяет несколько небольших сетей, построенных на тонком коаксиальном кабеле.

     Как правило, чем толще кабель, тем  сложнее с ним работать. Тонкий коаксиальный кабель гибок, прост в  установке и относительно недорог. Толстый кабель трудно гнуть, и, следовательно, его сложнее устанавливать. Это  очень существенный недостаток, особенно если необходимо проложить кабель по трубам или желобам. Толстый коаксиальный кабель дороже тонкого, но при этом он передает сигналы на большие расстояния.

     Самая простая витая пара — это два  перевитых вокруг друг друга изолированных  медных провода. Существует два типа тонкого кабеля: неэкранированная витая  пара 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, например двигателями, реле и трансформаторами.

     Неэкранированная  витая пара (спецификация lOBaseT) широко используется в ЛВС, максимальная длина  сегмента составляет 100 м (328 футов).

     Неэкранированная  витая пара состоит из двух изолированных  медных проводов. Существует несколько  спецификаций, которые регулируют количество витков на единицу длины — в  зависимости от назначения кабеля. В Северной Америке UTP повсеместно  используется в телефонных сетях.

     Неэкранированная  витая пара определена в особом стандарте - Electronic Industries Association and the Telecommunications Industries Association (EIA/TIA) 568 Commercial Building Wiring Standart. EIA/TIA 568 — на основе UTP — устанавливает стандарты для различных случаев, гарантируя единообразие продукции. Эти стандарты включают пять категорий UTP.

     Категория 1.Традиционный телефонный кабель, по которому можно передавать только речь, но не данные. Большинство телефонных кабелей, произведенных до 1983 года, относится  к категории 1.

     Категория 2.Кабель, способный передавать данные со скоростью до 4 Мбит/с. Состоит  из четырех витых пар.

     Категория 3.Кабель, способный передавать данные со скоростью до 10 Мбит/с. Состоит  из четырех витых пар с девятью  витками на метр.

     Категория 4. Кабель, способный передавать данные со скоростью до 16 Мбит/с. Состоит  из четырех витых пар.

     Категория 5. Кабель, способный передавать данные со скоростью до 100 Мбит/с. Состоит  из четырех витых пар медного  провода.

     Большинство телефонных систем использует неэкранированную витую пару. Это одна из причин ее широкой популярности. Причем во многих зданиях, при строительстве, UTP прокладывают не только для сегодняшних нужд телефонизации, но и, предусматривая запас кабеля, в расчете на будущие потребности. Если установленные во время строительства  провода рассчитаны на передачу данных, их можно использовать и в компьютерной сети. Однако надо быть осторожным, так  как обычный телефонный провод не имеет витков, и его электрические  характеристики могут не соответствовать  тем, какие требуются для надежной и безопасной передачи данных между  компьютерами.

     Одной из потенциальных проблем для  всех типов кабелей являются перекрестные помехи. Вы, должно быть, помните, что  перекрестные помехи — это электрические  наводки, вызванные сигналами в  смежных проводах. Неэкранированная витая пара особенно страдает от перекрестных помех. Для уменьшения их влияния  используют экран.

     Кабель  экранированной витой пары (STP) имеет  медную оплетку, которая обеспечивает большую защиту, чем неэкранированная витая пара. Кроме того, пары проводов STP обмотаны фольгой. В результате экранированная витая пара обладает прекрасной изоляцией, защищающей передаваемые данные от внешних  помех. Все это означает, что STP, по сравнению с UTP, меньше подвержена воздействию  электрических помех и может  передавать сигналы с более высокой  скоростью и на большие расстояния.

     Для подключения витой пары к компьютеру используются телефонные коннекторы RJ-45. На первый взгляд, они похожи на RJ-11, но в действительности между ними есть существенные отличия. Во-первых, вилка RJ-45 чуть больше по размерам и  не подходит для гнезда RJ-11. Во-вторых, коннектор RJ-45 имеет восемь контактов, a RJ-11 — только четыре.

     Построить развитую кабельную систему и  в то же время упростить работу с ней Вам поможет ряд очень  полезных компонентов.

• распределительные стойки и полки.
• распределительные стойки и полки предназначены для монтажа кабеля. они позволяют централизованно организовать множество соединений и при этом занимают достаточно мало места.
• коммутационные панели. существуют разные типы панелей расширения. они поддерживают до 96 портов и скорость передачи до 100 мбит/с.
• коннекторы. одинарные или двойные вилки rj-45 подключаются к панелям расширения или настенным розеткам. они обеспечивают скорость передачи до 100 мбит/с.
• розетки

     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 вскрыть 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 стекляшчьш цилиндр, называемый жилой (core), покрытый слоем стекла, называемого  оболочкой, с иным, чем у жилы, коэффициентом преломления. Иногда оптоволокно производят из пластика. Пластик проще в использовании, но он передает световые импульсы на меньшие  расстояния по сравнению со стеклянным оптоволокном.

     Каждое  стеклянное оптоволокно передает сигналы  только в одном направлении, поэтому  кабель состоит из двух волокон с  отдельными коннекторами. Одно из них  служит для передачи, а другое -- для  приема. Жесткость волокон увеличена  покрытием из пластика, а прочность  — волокнами из кевлара. На рисунке  представлен пример кевларового  покрытия. Кевларовые волокна располагаются  между двумя кабелями, заключенными в пластик.

       Передача по оптоволоконному  кабелю не подвержена электрическим  помехам и ведется на чрезвычайно  высокой скорости (в настоящее  время до 100 Мбис/с, теоретически  возможная скорость - 200 000 Мбит/с). По  оптоволоконному кабелю можно  передавать световой импульс  на многие километры.

     Выше  были рассмотрены кабельные линий  связи, но ещё существует проводные (воздушные) линии связи и радиоканалы  наземной и спутниковой связи.

     Проводные воздушные линии связи представляют собой провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенных между столбами и  висящие в воздухе. По таким линиям связи традиционно передаются телефонные или телеграфные сигналы, но при  отсутствии других возможностей эти линии используется и для передачи компьютерных данных. Скоростные качества и помехозащищенность этих линий оставляют желать много лучшего. Сегодня проводные линии связи уже почти нигде не встречается.

     Радиоканалы наземной и спутниковой связи  образуются с помощью передатчика  и приёмника радиоволн. Существует большое количество различных типов  радиоканалов, отличающихся как используемым частотным диапозоном, так и дальностью канала. Диапазоны коротких, средних  и длинных волн, называемые также  диапазонами амплитудной модуляции  по типу используемого в них метода модуляции сигнала, обеспечивают дальнюю  связь, но работающие на диапазонах ультракоротких волн, для которых характерна частотная  модуляция, а также диапазонах сверхчастот (СВЧ). В диапазоне СВЧ (свыше 4ГГц) сигналы уже не отражаются ионосферой Земли и для устойчивой связи  требуется наличие прямой видимости  между передатчиком и приемником. Поэтому такие частоты используют либо спутниковые каналы, либо радиорелейные  каналы, где это условие выполняется.