какие три фактора необходимо учитывать при выборе подходящей сетевой среды передачи данных
Выбор типа среды передачи данных
Различные критерии, такие как скорость передачи данных и стоимость, помогают определить наиболее подходящую среду передачи данных. Тип материала, используемого в сети для обеспечения соединений, определяет такие параметры, как скорость передачи данных и их объем. Другим фактором, влияющим на выбор типа среды передачи данных, является ее стоимость.
Для достижения оптимальной производительности необходимо добиться, чтобы сигнал при движении от одного устройства к другому как можно меньше затухал. Причиной затухания сигнала может быть несколько факторов. Как будет показано далее, во многих носителях используется экранирование и применяются технические решения, предотвращающие ослабление сигнала. Однако использование экранирования становится причиной увеличения стоимости и диаметра кабеля, а также приводит к усложнению его прокладки.
Кроме того, в сетевых средах передачи данных могут использоваться различные типы оболочек. Оболочка, являясь внешним покрытием кабеля, обычно изготавливается из пластика, нелипкого покрытия или композитного материала. При проектировании локальной сети следует помнить, что кабель, проложенный между стенами, в шахте лифта или проходящий по воздуховоду системы вентиляции, может стать факелом, способствующим распространению огня из одной части здания в другую. Кроме того, пластиковая оболочка в случае ее возгорания может стать причиной возникновения токсичного дыма. Для исключения подобных ситуаций существуют соответствующие строительные нормы, нормы пожарной безопасности и нормы техники безопасности, которые определяют типы оболочек кабелей, которые могут использоваться. Поэтому при определении типа среды передачи данных для использования при создании локальной сети следует (наряду с такими факторами, как диаметр кабеля, его стоимость и сложность прокладки) также учитывать и эти нормы.
Тип среды передачи, используемых при создании сети, определяет объем и скорость передачи данных.
Канальный уровень
Все данные в сети отправляются источником и движутся в направлении получателя. Функцией физического уровня является передача данных. После того как данные отправлены, канальный уровень эталонной модели OSI обеспечивает доступ к сетевой среде передачи данных и физическую передачу в среде, позволяющей данным определять местоположение адресата в сети. Также канальный уровень отвечает за выдачу сообщений об ошибках, учет топологии сети и управление потоком данных.
В эталонной модели OSI канальный и физический уровни являются смежными. Канальный уровень обеспечивает надежный транзит данных через физический уровень. Этот уровень использует адрес управления доступом к среде передачи данных (Media Access Control, MAC). Как было сказано ранее, канальный уровень решает вопросы физической адресации (в противоположность сетевой или логической адресации), топологии сети, дисциплины линий связи (каким образом конечной системе использовать сетевой канал), уведомления об ошибках, упорядоченной доставки кадров и управления потоком информации. Кроме того, канальный уровень использует МАС-адрес в качестве средства задания аппаратного или канального адреса, позволяющего нескольким станциям коллективно использовать одну и ту же среду передачи данных и одновременно уникальным образом идентифицировать друг друга. Для того чтобы мог осуществляться обмен пакетами данных между физически соединенными устройствами, относящимися к одной локальной сети, каждое устройство-отправитель должно иметь МАС-адрес, который оно может использовать в качестве адреса пункта назначения.
МАС-адреса
Каждый компьютер, независимо от того, подключен он к сети или нет, имеет уникальный физический адрес. Не существует двух одинаковых физических адресов. Физический адрес (или МАС-адрес) зашит на плате сетевого адаптера (рис. 2.7).
Рис 2.7. Физический адрес компьютера зашит
на плате сетевого адаптера
Таким образом, в сети именно плата сетевого адаптера подключает устройство к среде передачи данных. Каждая плата сетевого адаптера, который работает на канальном уровне эталонной модели OSI, имеет свой уникальный МАС-адрес.
В сети, когда одно устройство хочет переслать данные другому устройству, оно может установить канал связи с этим другим устройством, воспользовавшись его МАС-адресом. Отправляемые источником данные содержат МАС-адрес пункта назначения.
По мере продвижения пакета в среде передачи данных сетевые адаптеры каждого из устройств в сети сравнивают МАС-адрес пункта назначения, имеющийся в пакете данных, со своим собственным физическим адресом. Если адреса не совпадают, сетевой адаптер игнорирует этот пакет, и данные продолжают движение к следующему устройству.
Если же адреса совпадают, то сетевой адаптер делает копию пакета данных и размешает ее на канальном уровне компьютера. После этого исходный пакет данных продолжает движение по сети, и каждый следующий сетевой адаптер проводит аналогичную процедуру сравнения.
Сетевые адаптеры
Сетевые адаптеры преобразуют пакеты данных в сигналы для передачи по сети. В ходе изготовления фирмой-производителем каждому сетевому адаптеру присваивается физический адрес, который заносится в специальную микросхему, устанавливаемую на плате адаптера. В большинстве сетевых адаптеров МАС-адрес зашивается в ПЗУ. Когда адаптер инициализируется, этот адрес копируется в оперативную память компьютера. Поскольку МАС-адрес определяется сетевым адаптером, то при замене адаптера изменится и физический адрес компьютера; он будет соответствовать МАС-адресу нового сетевого адаптера.
Для примера можно представить себе гостиницу. Предположим далее, что комната 207 имеет замок, открывающийся ключом А, а комната 410 — замок, открывающийся ключом F. Принято решение поменять замки в комнатах 207 и 410. После замены ключ А будет открывать комнату 410, а ключ F— комнату 207. В этом примере замки играют роль сетевых адаптеров, а ключи — роль МАС-адресов. Если адаптеры поменять местами, то изменятся и МАС-адреса.
Резюме
Функцией физического уровня является передача данных.
Для соединения компьютеров может использоваться несколько типов сред передачи данных.
Коаксиальный кабель, состоящий из внешнего цилиндрического пустотелого проводника, окружающего единственный внутренний провод.
Неэкранированная витая пара, использующаяся во многих сетях и представляющая собой четыре пары скрученных между собой проводов.
Экранированная витая пара, которая объединяет методы экранирования, подавления помех и скручивания проводов.
Оптоволоконный кабель, являющийся носителем, который способен проводить модулированный световой сигнал.
Для определения наиболее подходящего типа среды передачи данных могут использоваться различные критерии, например скорость передачи данных и стоимость.
Канальный уровень эталонной модели OSI обеспечивает доступ к среде передачи данных и саму физическую передачу данных, при которой данные имеют возможность определять местоположение получателя в сети.
Канальный уровень обеспечивает надежный транзит данных через физический канал связи.
Этот уровень использует МАС-адрес – физический адрес, информация о котором находится на плате сетевого адаптера.
Сетевые адаптеры преобразуют пакеты данных в сигналы, которые и посылают в сеть.
Каждому адаптеру физический адрес присваивается фирмой-производителем.
Контрольные вопросы
1. Как называются все материалы, обеспечивающие физические соединения в сети?
Выбор типа среды передачи данных
Различные критерии, такие как скорость передачи данных и стоимость, помогают определить наиболее подходящую среду передачи данных. Тип материала, используемого в сети для обеспечения соединений, определяет такие параметры, как скорость передачи данных и их объем. Другим фактором, влияющим на выбор типа среды передачи данных, является ее стоимость.
Для достижения оптимальной производительности необходимо добиться, чтобы сигнал при движении от одного устройства к другому как можно меньше затухал. Причиной затухания сигнала может быть несколько факторов. Как будет показано далее, во многих носителях используется экранирование и применяются технические решения, предотвращающие ослабление сигнала. Однако использование экранирования становится причиной увеличения стоимости и диаметра кабеля, а также приводит к усложнению его прокладки.
Кроме того, в сетевых средах передачи данных могут использоваться различные типы оболочек. Оболочка, являясь внешним покрытием кабеля, обычно изготавливается из пластика, не липкого покрытия или композитного материала. При проектировании локальной сети следует помнить, что кабель, проложенный между стенами, в шахте лифта или проходящий по воздуховоду системы вентиляции, может стать факелом, способствующим распространению огня из одной части здания в другую. Кроме того, пластиковая оболочка в случае ее возгорания может стать причиной возникновения токсичного дыма. Для исключения подобных ситуаций существуют соответствующие строительные нормы, нормы пожарной безопасности и нормы техники безопасности, которые определяют типы оболочек кабелей, которые могут использоваться. Поэтому при определении типа среды передачи данных для использования при создании локальной сети следует (наряду с такими факторами, как диаметр кабеля, его стоимость и сложность прокладки) также учитывать и эти нормы.
Для лучшего понимания концепции выбора носителя можно представить два города, расположенных в нескольких милях друг от друга и соединенных двумя дорогами. Одна дорога имеет небольшую ширину и дешевое покрытие. Для примера можно взять однополосную дорогу с гравийным покрытием. Другая дорога — значительно шире и покрыта дорогостоящим материалом, например четырехполосная автострада с покрытием из армированного бетона.
Если планируется совершить утреннюю экскурсию из города А в город В, то скорее всего будет выбрана однополосная гравиевая дорога; с другой стороны, если необходимо доставить критического больного из города А в больницу города В, то использовать эту дорогу было бы безрассудством. Ведь более быстрая, гладкая и широкая автострада значительно лучше приспособлена для потребностей скорой помощи.
Эти города напоминают два соединенных компьютера, а дороги — сетевые носители, работающие на физическом уровне. Как в примере с городами и дорогами, тип соединительных материалов, используемых при создании сети, определяет объем и скорость передачи данных.
Канальный уровень
Как было сказано в главе 1, «Организация сети и эталонная модель OSI», все данные в сети отправляются источником и движутся в направлении получателя. К тому же, было определено, что функцией физического уровня является передача данных. После того как данные отправлены, канальный уровень эталонной модели OSI обеспечивает доступ к сетевым среде передачи данных и физическую передачу в среде, позволяющей данным определять местоположение адресата в сети. Также канальный уровень отвечает за выдачу сообщений об ошибках, учет топологии сети и управление потоком данных.
В эталонной модели OSI канальный и физический уровни являются смежными. Как было сказано в главе 1, «Организация сети и эталонная модель OSI», канальный уровень обеспечивает надежный транзит данных через физический уровень. Этот уровень использует адрес управления доступом к среде передачи данных (Media Access Control, MAC). Как было сказано ранее, канальный уровень решает вопросы физической адресации (в противоположность сетевой или логической адресации), топологии сети, дисциплины линий связи (каким образом конечной системе использовать сетевой канал), уведомления об ошибках, упорядоченной доставки кадров и управления потоком информации. Кроме того, канальный уровень использует МАС-адрес в качестве средства задания аппаратного или канального адреса, позволяющего нескольким станциям коллективно использовать одну и ту же среду передачи данных и одновременно уникальным образом идентифицировать друг друга. Для того чтобы мог осуществляться обмен пакетами данных между физически соединенными устройствами, относящимися к одной локальной сети, каждое устройство-отправитель должно иметь МАС-адрес, который оно может использовать в качестве адреса пункта назначения.
МАС-адреса
Каждый компьютер, независимо от того, подключен он к сети или нет, имеет уникальный физический адрес. Не существует двух одинаковых физических адресов. Физический адрес (или МАС-адрес) зашит на плате сетевого адаптера (рис. 2.7).
Рисунок 2.7. Плата сетевого адаптера
Таким образом, в сети именно плата сетевого адаптера подключает устройство к среде передачи данных. Каждая плата сетевого адаптера, который работает на канальном уровне эталонной модели OSI, имеет свой уникальный МАС-адрес.
В сети, когда одно устройство хочет переслать данные другому устройству, оно может установить канал связи с этим другим устройством, воспользовавшись его МАС-адресом. Отправляемые источником данные содержат МАС-адрес пункта назначения. По мере продвижения пакета в среде передачи данных сетевые адаптеры каждого из устройств в сети сравнивают МАС-адрес пункта назначения, имеющийся в пакете данных, со своим собственным физическим адресом. Если адреса не совпадают, сетевой адаптер игнорирует этот пакет, и данные продолжают движение к следующему устройству.
Если же адреса совпадают, то сетевой адаптер делает копию пакета данных и размешает ее на канальном уровне компьютера. После этого исходный пакет данных продолжает движение по сети, и каждый следующий сетевой адаптер проводит аналогичную процедуру сравнения.
Сетевые адаптеры
Сетевые адаптеры преобразуют пакеты данных в сигналы для передачи по сети. В ходе изготовления фирмой-производителем каждому сетевому адаптеру присваивается физический адрес, который заносится в специальную микросхему, устанавливаемую на плате адаптера. В большинстве сетевых адаптеров МАС-адрес зашивается в ПЗУ. Когда адаптер инициализируется, этот адрес копируется в оперативную память компьютера. Поскольку МАС-адрес определяется сетевым адаптером, то при замене адаптера изменится и физический адрес компьютера; он будет соответствовать МАС-адресу нового сетевого адаптера.
Для примера можно представить себе гостиницу. Предположим далее, что комната 207 имеет замок, открывающийся ключом А, а комната 410 — замок, открывающийся ключом F. Принято решение поменять замки в комнатах 207 и 410. После замены ключ А будет открывать комнату 410, а ключ F — комнату 207. В этом примере замки играют роль сетевых адаптеров, а ключи — роль МАС-адресов. Если адаптеры поменять местами, то изменятся и МАС-адреса.
Резюме
· Оптоволоконный кабель, являющийся носителем, который способен проводить модулированный световой сигнал.
· Канальный уровень эталонной модели OSI обеспечивает доступ к среде передачи данных и саму физическую передачу данных, при которой данные имеют возможность определять
· местоположение получателя в сети.
Глава 3 Сетевые устройства
Введение
Вглаве 2, «Физический и канальный уровни», были рассмотрены сетевые функции, которые выполняются на физическом и канальном уровнях эталонной модели OSI. Были также рассмотрены различные типы сред передачи данных, используемых на физическом уровне. В качестве таковых могут использоваться экранированная и неэкранированная витая пара, коаксиальный и оптоволоконный кабели Также были изучены процессы, которые происходят в среде передачи данных на канальном уровне эталонной модели OS1. В частности, каким образом данные определяют местонахождение требуемого пункта назначения в сети
Также говорилось, что если одно устройство хочет отправить данные другому устройству, то оно может установить связь этим устройством, используя его адрес доступа к среде передачи данных (МАС-адрес) Перед отправкой в сеть источник прикрепляет к отправляемым данным МАС-адрес требуемого получателя. По мере движения данных по носителю сетевые адаптеры (NIC) каждого устройства в сети сравнивают свой МАС-адрес с физическим адресом, содержащимся в пакете данных. Если эти адреса не совпадают, сетевой адаптер игнорирует пакет данных и пакет продолжает движение по сети к следующему узлу. Если же адреса совпадают, сетевой адаптер делает копию пакета данных и размещает ее на канальном уровне компьютера После этого исходный пакет данных продолжает движение по сети, и каждый следующий сетевой адаптер проводит аналогичную процедуру сравнения
Хотя подход, при котором данные отправляются каждому устройству в сети, оправдывает себя для сравнительно небольших сетей, легко заметить, что с увеличением сети возрастает трафик. Это может стать серьезной проблемой, поскольку в один момент времени в кабете может находиться только один пакет данных Если же все устройства в сети объединяются одним кабелем, такой подход приводит к замедлению движения потока данных по сети
В этой главе будет рассмотрено, как с помощью сетевых устройств можно управлять величиной трафика в сети и повысить скорость потока данных
Сетевыми устройствами называются аппаратные средства, используемые для объединения сетей. По мере увеличения размеров и сложности компьютерных сетей усложняются и сетевые устройства, которые их соединяют
Однако все сетевые устройства служат для решения одной или нескольких общих задач
На рис. 3.1 представлены символы следующих сетевых устройств: повторителя, концентратора, моста и маршрутизатора. Все эти устройства будут рассмотрены в данной главе.
Рисунок 3.1. К сетевым устройствам относятся повторители, концентраторы, мосты и маршруты
Повторители
Подобно средам передачи данных, повторители относятся к уровню 1 (физическому) эталонной модели OSI. Чтобы понять, как работает повторитель, необходимо учесть, что данные перед отправкой в сеть преобразуются в последовательность электрических или световых импульсов, которые и перемещающихся в среде передачи данных. Эти импульсы называются сигналами. Когда сигналы покидают передающую станцию, они четкие и легко распознаются. Однако чем длиннее кабель, тем сильнее затухает и ухудшается сигнал. В конце концов, это приводит к тому, что сигнал уже не может быть правильно распознан. Например, спецификации для витой пары категории 5 кабеля Ethernet устанавливают расстояние 100 метров как максимально допустимое для прохождения сигнала. Если сигнал проходит по сети больше указанного расстояния, то нет гарантии, что сетевой адаптер правильно распознает сигнал. Если такая проблема возникает, ее можно легко решить с помощью повторителя.
Как выбрать оптимальную среду передачи данных для локальной сети (ЛВС)?
Вдумайтесь: оптическое волокно, витая пара, беспроводные решения, коаксиальные кабели (да-да, они снова вернулись!) – ни одна из этих технологий передачи данных в ЛВС не смогла сегодня вытеснить все остальные. Как бы производители не старались, в каждой очередной прорывной технологии, которая должна была бы «похоронить» все предыдущие, всегда обнаруживалась масса подводных камней и нюансов, которые не давали ей стать единоличным лидером.
В этой статье мы детально сравним все эти технологии по самым важным параметрам и расскажем, в каких случаях, какую из них выгоднее использовать!
В локальных сетях вместе с медной средой используется волоконная оптика, это решение для магистралей стало типовым. В 90-е годы некоторые специалисты давали прогноз, что оптика вытеснит из использования другие среды передачи, но он не сбылся до сих пор. И вряд ли сбудется – медь обладает определенными преимуществами. За прошедшее время коаксиальные системы сменились на витую пару, широко распространились беспроводные технологии, но медная среда передачи из использования не вышла. В последние годы получили новое развитие даже коаксиальные решения, хотя казалось, что витая пара их вытеснила бесповоротно. Любая среда передачи имеет свои плюсы и минусы, вопрос в том, как ее грамотно использовать и сочетать с другими.
Итак, в локальных сетях сегодня можно выделить четыре основных среды передачи: витая пара, волоконная оптика, коаксиал и беспроводная среда. Рассмотрим их подробнее.
СОДЕРЖАНИЕ
Среды передачи данных ЛВС
Параметры сред передачи данных ЛВС
ВЫВОДЫ
Материал подготовлен
техническими специалистами компании “СвязКомплект”.
Какие три фактора необходимо учитывать при выборе подходящей сетевой среды передачи данных
Оптоволоконный кабель является средой передачи данных, которая способна проводить модулированный световой сигнал (рис. 6).
Оптоволоконный кабель невосприимчив к электромагнитным помехам и способен обеспечивать более высокую скорость передачи данных, чем кабели UTP, STP и коаксиальный кабель. В отличие от других сред передачи данных, имеющих в основе медные проводящие элементы, оптоволоконный кабель не проводит электрические сигналы. Вместо этого в оптоволоконном кабеле соответствующие битам сигналы заменяются световыми импульсами. Своими корнями оптоволоконная связь уходит в изобретениях, сделанных еще в XIX веке. Но только в 1960-х годах с появлением твердотельных лазерных источников света и высококачественного беспримесного стекла она начала активно применяться на практике. Широкое распространение оптоволоконный кабель получил благодаря телефонным компаниям, которые увидели его преимущества в междугородней связи.
Оптоволоконный кабель, использующийся в сетях передачи данных, состоит из двух стекловолокон, заключенных в отдельные оболочки. Если посмотреть на кабель в поперечном сечении, то можно увидеть, что каждое стекловолокно окружено слоем отражающего покрытия, затем следует слой из пластмассы, имеющей название кевлар (Kevlar) (защитный материал, обычно использующийся в пуленепробиваемых жилетах), и дальше идет внешняя оболочка. Внешняя оболочка обычно делается из пластика и служит для защиты всего кабеля. Она отвечает требованиям соответствующих противопожарных и строительных норм.
Назначение кевлара состоит в том, чтобы придать кабелю дополнительные упругие свойства и предохранить от механического повреждения хрупкие толщиной в человеческий волос стекловолокна. Если требуется прокладка кабеля под землей, то иногда для придания дополнительной жесткости в его конструкцию вводят провод из нержавеющей стали.
Светопроводящими элементами оптоволоконного кабеля являются центральная жила и светоотражающее покрытие. Центральная жила — это обычно очень чистое стекло с высоким коэффициентом преломления. Если центральную жилу окружить покрытием из стекла или пластмассы с низким коэффициентом преломления, то свет может как бы захватываться центральной жилой кабеля. Этот процесс называется полным внутренним отражением и позволяет оптопроводящему волокну играть роль световода и проводить свет на огромные расстояния, даже при наличии изгибов. Кроме того, что оптоволоконный кабель устойчив к электромагнитным помехам, он также не подвержен влиянию и радиочастотных помех. Благодаря отсутствию внутренних и внешних шумов сигнал может проходить по оптоволоконному кабелю большее расстояние, чем в любых других средах передачи данных. Поскольку электрические сигналы не используются, оптоволоконный кабель является идеальным решением для соединения зданий, имеющих разное электрическое заземление. Принимая во внимание, что длинные пролеты медного кабеля между зданиями могут быть местом попадания ударов молнии, использование оптоволокна в этой ситуации также более удобно.
Кроме того, подобно кабелю UTP, оптоволоконный кабель имеет небольшой диаметр, и он относительно плоский и похож на шнур от лампы. Поэтому в один желоб легко помещается несколько оптоволоконных кабелей. Таким образом, этот носитель является идеальным решением для старых зданий с ограниченным пространством.
Оптоволоконный кабель дороже и сложнее в установке, чем другие носители. Так как разъемы для этого кабеля представляют собой оптические интерфейсы, то они должны быть идеально плоско отполированными и не иметь царапин. Таким образом, установка может оказаться достаточно сложной. Обычно даже тренированному монтажнику для создания одного соединения требуется несколько минут. Все это мож:ет существенно повысить почасовую стоимость работы, и при создании крупных сетей стоимость работ может стать неприемлемо высокой.
Выбор типа среды передачи данных
Различные критерии, такие как скорость передачи данных и стоимость, помогают определить наиболее подходящую среду передачи данных. Тип материала, используемого в сети для обеспечения соединений, определяет такие параметры, как скорость передачи данных и их объем. Другим фактором, влияющим на выбор типа среды передачи данных, является ее стоимость.
Для достижения оптимальной производительности необходимо добиться, чтобы сигнал при движении от одного устройства к другому как можно меньше затухал. Причиной затухания сигнала может быть несколько факторов. Как будет показано далее, во многих носителях используется экранирование и применяются технические решения, предотвращающие ослабление сигнала. Однако использование экранирования становится причиной увеличения стоимости и диаметра кабеля, а также приводит к усложнению его прокладки. Кроме того, в сетевых средах передачи данных могут использоваться различные типы оболочек. Оболочка, являясь внешним покрытием кабеля, обычно изготавливается из пластика, нелипкого покрытия или композитного материала. При проектировании локальной сети следует помнить, что кабель, проложенный между стенами, в шахте лифта или проходящий по воздуховоду системы вентиляции, может стать факелом, способствующим распространению огня из одной части здания в другую. Кроме того, пластиковая оболочка в случае ее возгорания может стать причиной возникновения токсичного дыма. Для исключения подобных ситуаций существуют соответствующие строительные нормы, нормы пожарной безопасности и нормы техники безопасности, которые определяют типы оболочек кабелей, которые могут использоваться.
Поэтому при определении типа среды передачи данных для использования при создании локальной сети следует (наряду с такими факторами, как диаметр кабеля, его стоимость и сложность прокладки) также учитывать и эти нормы.
Для лучшего понимания концепции выбора носителя можно представить два города, расположенных в нескольких милях друг от друга и соединенных двумя дорогами. Одна дорога имеет небольшую ширину и дешевое покрытие. Для примера можно взять однополосную дорогу с гравийным покрытием. Другая дорога — значительно шире и покрыта дорогостоящим материалом, например четырехполосная автострада с покрытием из армированного бетона.
Если планируется совершить утреннюю экскурсию из города А в город В, то скорее всего будет выбрана однополосная гравиевая дорога; с другой стороны, если необходимо доставить критического больного из города А в больницу города В, то использовать эту дорогу было бы безрассудством. Ведь более быстрая, гладкая и широкая автострада значительно лучше приспособлена для потребностей скорой помощи. Эти города напоминают два соединенных компьютера, а дороги — сетевые носители, работающие на физическом уровне. Как в примере с городами и дорогами, тип соединительных материалов, используемых при создании сети, определяет объем и скорость передачи данных.