Техническое обеспечение локальных вычислительных сетей, способы наращивания и интеграции локальных вычислительных сетей

Таблица 1.

Характеристики	Топология
	"Звезда"	"Кольцо"	"Шина"
Стоимость расширения	Незначительная	Средняя	Средняя
Присоединение абонентов	Пассивное	Активное	Пассивное
Защита от отказов	Незначительная	Незначительная	Высокая
Размеры системы	Любые	Любые	Ограничены
Защищенность от прослушивания	Хорошая	Хорошая	Незначительная
Стоимость подключения	Незначительная	Незначительная	Высокая
Поведение системы при  высоких нагрузках	Хорошее	Удовлетворительное	Плохое
Возможность работы в  реальном режиме времени	Очень хорошая	Хорошая	Плохая
Разводка кабеля	Хорошая	Удовлетворительная	Хорошая
Обслуживание	Очень хорошее	Среднее	Среднее

 

 

5. Техническое обеспечение локальных вычислительных сетей

5.1. Соединители и разъёмы

В настоящее время  в локальных вычислительных сетях  используются несколько типов проводников. По физической природе передаваемого сигнала различают электрические проводники и оптические проводники. Кроме этого может использоваться аппаратура для организации локальных вычислительных сетей средствами беспроводных каналов.

Коаксиальный кабель

Рис. 3. Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель (рис.3) представляет собой проводник, заключенный в экранирующую оплётку. От контакта с оплёткой проводник защищен трубчатым изолятором. Важной характеристикой кабельных систем вообще и коаксиального кабеля в частности является волновое сопротивление или импеданс. В локальных вычислительных сетях применяется коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом и (гораздо реже) в сетях ARCnet кабель с волновым сопротивлением 93 Ом. Существует две разновидности коаксиального кабеля – толстый (внешний диаметр около 10 мм) и тонкий (внешний диаметр около 5 мм).

Подключение к толстому коаксиальному  кабелю выполняется с помощью  прокола внешнего и внутреннего  изолятора специальным оборудованием. При этом сам кабель не разрезается. Ввиду дороговизны кабеля и сложности монтажа сети толстый коаксиальный кабель применялся достаточно редко.

Тонкий коаксиальный кабель при  монтаже разделяется на сегменты (отрезки). Оба конца отрезка разделываются (обрабатываются) способом подобным указанному на рис.3. Затем на оба конца кабеля устанавливаются способом обжатия коаксиальные разъёмы (см. рис.4 слева). На выходе сетевого адаптера также имеется соответствующий коаксиальный разъём, к которому при помощи BNC Т-коннектора (см. рис.4 справа) подключаются два кабельных сегмента, соединяющих подключаемый компьютер с двумя соседними абонентами.

Рис. 4. Разъёмы, применяемые при монтаже коаксиального кабеля

 

В настоящее время  коаксиальный кабель при монтаже  локальных вычислительных сетей  не используется ввиду низкой скорости передачи информации (10 Мегабит в  секунду), а также по ряду других причин.

Витая пара

 

Рис. 5. Витая пара

Второй вариант электрического проводника, используемого при монтаже локальных вычислительных сетей, получил название витая пара. Фактически кабель, называемый витой парой представляет собой восемь (реже четыре) проводника свитых попарно с определённым шагом (шесть оборотов на дюйм) и заключенных в общую изолирующую трубку (рис.5). Такой кабель называется неэкранированная витая пара UTP (Unshielded Twisted Pair - неэкранированные скрученные пары). Если каждая пара перевитых проводов заключена в металлический экран (фольга или оплётка), и затем вся совокупность таких экранированных пар закрыта общим экраном, такой кабель называют экранированная витая пара STP (Shielded Twisted Pairs - экранированные скрученные пары). Применение экранов позволяет снизить уровень помех, создаваемых таким кабелем, и увеличить помехозащищённость такого кабеля от внешних помех. Скорость передачи информации по таким кабелям достигает, в настоящее время, 1000 Мегабит в секунду.

Рис. 6. Вилка а) и розетка б) разъема RJ-45

 

Для подключения сетевой  аппаратуры с помощью витой пары наиболее часто используются разъёмы RJ-45 (рис.6), внешне похожие на телефонные, но с восемью контактами.

Рис. 7. Кримпер

 

При монтаже кабельной  сети с использованием витой пары применяется специальный инструмент, называемый кримпером (рис. 7). Кабель после снятия внешней изоляционной трубки укладывается в специальные направляющие для вилки RJ-45 либо непосредственно в вилку (в зависимости от её конструкции). Затем вилка вместе с кабелем вставляется в специальные направляющие кримпера (на рис.7 на нижней рукоятке) и при нажатии на рукоятки инструмента гребёнка (рис.7 на верхней рукоятке) вдавливает контактные площадки вилки внутрь её корпуса, тем самым, прорезая изоляцию отдельных проводников и обеспечивая электрический контакт с проводниками кабеля.

 

Передача информации по волоконно-оптическим кабелям

 

Рис. 8. Оптическое волокно

По своей конструкции (рис.8) волоконно-оптический кабель похож на коаксиальный, только вместо центрального металлического проводника располагается стеклянное или пластиковое волокно по которому распространяется пучок света и вместо электрической изоляции такое волокно окружено оптической оболочкой, основная задача которой – не дать пучку света покинуть центральное волокно. Волоконно-оптический кабель не нуждается во внешней экранирующей оплётке, поскольку электромагнитные помехи не влияют на оптические сигналы, однако в некоторых конструкциях волоконно-оптических кабелей металлическая оплётка применяется с целью повышения механической прочности кабеля и защиты оптического волокна от механических повреждений. Такой волоконно-оптический кабель называется бронированным.

Монтаж компьютерных сетей вообще, и монтаж сетей на волоконно-оптическом кабеле тем более, требуют высокой квалификации исполнителя. При монтаже используются различные технологии. Для магистрального монтажа (наращивания волоконно-оптического кабеля, прокладываемого на большие расстояния) используется технология сварки.

Концы оптического волокна  состыковываются с высокой точностью (особенно важно для одномодового волоконно-оптического кабеля из-за малого диаметра сердцевины) и свариваются на специальном станке. Для разводки оптического сигнала на коммутационном оборудовании используют специальные разъёмы (рис.9), обеспечивающие точность совмещения двух сегментов оптического волокна.

Рис. 9. Оптический разъем а) и оптическое волокно с установленными разъемами б)

 

Устанавливаются такие  разъёмы на месте с использованием специального клея либо обжима. Время  выполнения работ от нескольких минут, до 1-2 часов (в зависимости от типа выбранного разъёма и технологии установки).

 

5.2. Коммуникационная аппаратура

 

Каждый компьютер, подключаемый к сети, должен быть оснащен сетевым  адаптером (или сетевой платой). Самыми известными являются адаптеры следующих  трех типов: Arc-Net; Token Ring; Ethernet. Из них последние используются в России наиболее широко. С точки зрения конструктивного исполнения наибольшее распространение в настоящее время получили три типа сетевых адаптеров. Поскольку коаксиальный кабель для соединения персональных компьютеров в локальную сеть уже практически не используется, данная категория адаптеров не рассматривается.

Рис. 10. Фрагмент системной платы слева и сетевой адаптер для PCI- слота

 

Встроенный сетевой адаптер (рис.10 слева) входит в состав набора микросхем (чипсета), размещаемого на системной плате компьютера. Преимущества данного способа размещения – отсутствие дополнительных операций по монтажу сетевого адаптера в системном блоке. Если же в составе приобретённого компьютера сетевой адаптер отсутствует, а компьютер необходимо подключить к локальной вычислительной сети, придется воспользоваться одним из двух видов адаптеров, описанных ниже.

Внутренний сетевой адаптер (рис.10 справа) представляет собой плату, вставляемую в слот расширения на системной плате компьютера. В последнее время используются сетевые адаптеры, вставляемые в PCI- слоты компьютера.

Рис. 11. Сетевой адаптер для USB порта

 

Третий вариант исполнения сетевого адаптера устанавливается  на компьютер проще, но стоит несколько дороже внутреннего адаптера. Это сетевой адаптер подключаемый к USB порту (рис.11). Подключение такого адаптера к персональному компьютеру возможно без отключения питания.

Затем к сетевому адаптеру подключается линия связи локальной  вычислительной сети (для рассмотренных конструкций сетевых адаптеров это кабель витая пара с соединителями RJ-45). Но для объединения компьютеров в сеть, состоящую более чем из двух компьютеров по физической топологии звезда (а именно такую топологию поддерживает сеть на витой паре) необходимо устройство, исполняющее роль центра звезды. Таким устройством чаще всего является хаб (hub). К категории хабов относятся повторитель (repeater) и коммутатор (switch). Разница между данными устройствами в организации логики передачи сигнала от одного порта (розетки RJ-45) ко всем остальным.

Рис. 12. Коммутатор

 

Повторитель «копирует» сигналы на все остальные порты  и является самым дешёвым типом хабов. Коммутатор (рис.12) может разбивать порты на группы, организуя логические сегменты сети. Компьютеры «общаются» друг с другом в пределах сегментов, тем самым уменьшается количество коллизий и повышается общее быстродействие сети. Частным случаем коммутатора является мост (bridge).

 

Рис. 13. Маршрутизатор

Маршрутизатор (router) – устройство (рис.13) с несколькими физическими интерфейсами, которые могут принадлежать к одной или разным сетевым технологиям. Используется для разделения или объединения нескольких компьютерных сетей (например, сеть 100VG-AnyLAN с сетью Ethernet). Задача маршрутизатора отфильтровывать пакеты и пропускать с одного интерфейсного входа на другой только те пакеты, которые адресованы компьютером, находящимся в одной сети, компьютеру, находящемуся в другой сети.

Рис. 14. Приемник и передатчик сигналов

 

Для подключения сетевых  адаптеров (обрабатывающих электрические  сигналы) к волоконно-оптическому  кабелю (передающему оптические сигналы) используются согласующие устройства. Приёмник (receiver, на рис.14 слева) и передатчик (transmitter, на рис.14 справа) могут исполняться в одном корпусе, а могут конструктивно быть разными устройствами.

Для подключения различных  устройств друг к другу и к  соединительным розеткам и коммутационным панелям используются специальные шнуры, изготавливаемые в заводских условиях.

Рис. 15. Шнуры

 

Такие шнуры получили название patch cord. На рис.15 слева шнур для электрических сетей, или для соединения сетевого адаптера с оптическим согласующим устройством, справа шнур для соединения оптических устройств друг с другом.

 

5.3. Аппаратура и технологии беспроводных сетей

Рис. 16. Точка радиодоступа к сети

 

При подключении компьютеров  к локальной вычислительной сети могут использоваться устройства беспроводной связи. В этом случае отпадает необходимость прокладывать кабельные сети, однако стоимость беспроводной локальной вычислительной сети существенно превышает стоимость своих электрических «собратьев», при более низкой скорости передачи данных.

Рис. 17. Сетевые адаптеры

 

Для подключения компьютеров  используются сетевые адаптеры с PCI интерфейсом (на рис.17 слева) и с USB интерфейсом (на рис.17 справа). Беспроводной доступ может быть организован и с помощью обычных сетевых адаптеров, но в этом случае сетевой адаптер должен быть подключен к радиоприёмнику/передатчику (точке беспроводного доступа).

 

5.4. Домашняя локальная сеть

 

Рассмотрим применение названных выше устройств на примере  домашней локальной сети. Сначала посмотрим на структуру сети, как она устроена и как работает. Для примера рассмотрим простейшую локальную сеть (рис.18) в которую входят два персональных компьютера, один ноутбук и КПК.

 

Рис. 18. Организация домашней локальной сети

 

В данном случае все компьютеры подключены к маршрутизатору (роутеру), который в свою очередь подключен к интернет-каналу провайдера. Таким образом роутер раздаёт интернет-канал всем компьютерам, входящим в состав домашней локальной сети. Подключение к роутеру может быть как проводным — посредством специального сетевого кабеля "витая пара" категории UTP-5, так и беспроводным — посредством технологии Wi-Fi.