Элементы сетей

Рассмотрим основные положения концепции построения сетевых протоколов, представляющих наборы правил и соглашений, определяющих, следующие элементы сети:

1. Типы разъемов и кабелей, используемых для создания среды передачи.

2. Способы и методы передачи данных.

3. Алгоритмы работы сетевых интерфейсов.

4. Способы контроля и исправления ошибок.

5. Методы взаимодействия прикладных процессов.

Ниже в общем, виде излагается содержание перечисленных эле­ментов.

1.Типы разъемов и кабелей, используемых для создания среды передачи данных. В настоящее время для создания физической сре­ды передачи преимущественно используются три типа кабелей: ви­тая пара, коаксиальный и оптоволоконный.

Витая пара представляет собой два изолированных провода, спиралевидно сплетенных друг с другом. Такие кабели используют­ся давно в телефонной связи. Они обеспечивают надежную переда­чу данных при сравнительно небольших скоростях (несколько Мбит/с) и небольших расстояниях передачи (несколько десятков метров). Поэтому их целесообразно использовать в компактных ЛВС с не очень большими потоками данных.

Существуют две разновидности кабелей рассматриваемого типа. неэкранированные и экранированные, причем в экранированных кабелях гасятся побочные электромагнитные излучения, поэтому они защищены от перехвата передаваемой информации путем не­контактного подсоединения.

Коаксиальный кабель содержит два проводника: один служит для передачи сигналов, второй — для заземления. Роль заземления все­гда играет внешний цилиндрический проводник. Пространство между проводниками заполнено изоляционным материалом.

Коаксиальный кабель способен передавать широкополосные сигналы, т. е. одновременно много сигналов, каждый на своей час­тоте, что обеспечивает высокую скорость передачи данных. Кроме того, коаксиальные кабели отличаются высокой помехоустойчиво­стью.

Промышленностью выпускаются стандартный (толстый) и де­шевый (тонкий) коаксиальный кабели. Толстый кабель отличается повышенной помехоустойчивостью и малым затуханием передавае­мых сигналов, однако для его подключения необходимы специаль­ные разъемы — соединения. Тонкий кабель уступает толстому по помехоустойчивости и степени затухания сигнала, но он подключа­ется к стандартным разъемам — соединениям. Кроме того, назван­ные разновидности кабеля отличаются максимальной длиной между узлами сети: толстый — до 2500 м, тонкий — до 925 м.

Оптоволоконный кабель представляет собой световод на крем­ниевой или пластмассовой основе, который защищен материалом с низким коэффициентом преломления. Он позволяет решить все проблемы создания эффективной среды передачи данных с высокой скоростью передачи (до 50 Мбит/с), отсутствием потерь при переда­че, практически полной невосприимчивостью к помехам, отсутствием ограничений на расстояние передачи и полосу пропускания. Не­достатки его заключаются в сложности установки и диагностики, а также высокой стоимости. Кроме того, в настоящее время мало опыта в его применении. Однако, несмотря на названные недостат­ки, оптоволоконный кабель является весьма перспективным для ор­ганизации среды передачи данных ВС.

2. Способы и методы передачи данных. Для передачи данных в сетях используются как традиционные способы передачи по техни­ческим каналам связи, так и новые, разрабатываемые специально для создания среды передачи в ВС.

Из традиционных способов большое распространение в ВС по­лучили телефонные каналы. Основной проблемой при этом стало преобразование высокоскоростных потоков цифровых (дискретных) данных в форму, удобную для передачи по телефонным каналам, рассчитанным на передачу речевых аналоговых сигналов. Решение проблемы было найдено разработкой методов предварительного, перед выдачей в телефонный канал связи, преобразования цифро­вых сигналов в аналоговые и обратного преобразования сигналов перед приемом их из телефонных каналов связи. Первый процесс преобразования получил название модуляции, второй — демодуля­ции, а устройство, осуществляющее эти преобразования, — модуля­тора-демодулятора (или сокращенно — модема). Сама модуляция может осуществляться несколькими методами: путем модуляции ам­плитуды (амплитуда некоторой несущей частоты меняется в соот­ветствии с входной последовательностью бит" 1 — соответствует волне несущего сигнала, а отсутствие несущей — 0); путем модуля­ции частоты (частота меняется в обе стороны, крайние значения интерпретируются как 1 и 0); путем модуляции фазы — меняется фаза несущей.

Для формирования среды передачи в ВС специально разработа­ны методы цифрового кодирования данных: 1 представляется поло­жительным напряжением высокого уровня, 0 — напряжением низ­кого уровня. В зависимости от способа отделения друг от друга би­тов одинакового значения различают синхронное и асинхронное кодирование.

При синхронном кодировании узлы сети синхронизируются пу­тем задания одинакового отсчета времени. Для этого передающий узел посылает сигналы тактовой частоты. Приемник в этом случае выбирает сигнал данных в моменты появления тактовых импульсов. Серьезный недостаток данного метода заключается в необходимо­сти отдельной линии связи для передачи синхроимпульсов.

При асинхронной передаче поток бит делится на блоки фиксиро­ванной длины (например, байты). Узлы сети имеют генераторы им­пульсов одинаковой частоты. Генераторы периодически подстраива­ются друг к другу (например, в начале каждого байта данных). Син­хронизация в этом случае достигается передачей старт-бита в начале байта и стоп-бита в его конце.

3. Алгоритмы работы сетевых интерфейсов. Названные алгорит­мы реализуют методы доступа к среде передачи данных. В настоя­щее время используется несколько таких методов, наиболее распро­страненные из них коротко рассматриваются ниже.

Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением кол­лизий — это способ с состязаниями, где узлы сети соревнуются за право использования среды. Узел, выигравший в соревновании, мо­жет передать свой пакет данных, после чего освободить среду. Узлы периодически проверяют активность среды (наличие несушей). От­сутствие активности означает, что среда свободна и узлы могут на­чать передачу. Первый начавший передачу узел занимает среду, а остальные ожидают ее освобождения. При одновременном начале передачи несколькими узлами возникает коллизия. При ее появле­нии узлы прекращают передачу и в течение некоторого времени ожидают ее возобновления, после чего процедура повторяется.

Метод доступа в кольцевой среде с передачей маркера. Метод основан на однонаправленном двухточечном подключении узлов сети к среде передачи через порты приема и порты передачи. Физи­ческая среда реализуется в виде звездно-кольцевой топологии, при­чем узлы сети соединяются кабелями через специальный концент­ратор. Если какой-либо узел неисправен, то он отключается от сре­ды передачи. Если передача данных в кольце отсутствует, то в ней циркулирует специальный маркер в состоянии «свободно». Узел сети, который желает передать данные, меняет содержание маркера в состояние «занято» и присоединяет к нему пакет передаваемых данных. После завершения передачи передающий узел меняет со­держание маркера в состояние «свободно». Все остальные узлы лишь ретранслируют передаваемый пакет.

Метод доступа типа шины с передачей маркера. Данный метод основывается на передаче вдоль логического кольца узлов сети спе­циального маркера, содержащего адрес следующего узла. Каждому узлу известен адрес следующего узла. Каждый узел может находить­ся в одном из следующих состояний: прослушивание, прием кадра, передача пакета и передача маркера.

4. Способы контроля и исправления ошибок. Существует ряд эффективных способов подавления помех как в оборудовании и ли­ниях электропитания, так и в информационных каналах сети. Рас­смотрим основные из них.

Способы подавления помех в сетях электропитания. Основной причиной искажений формы стандартного сигнала первичного электропитания обычно является резкое изменение нагрузки сети электропитания. При наличии такой опасности необходимо исполь­зовать специальное электрооборудование для развязки питания обо­рудования коммуникаций сети, например в виде специальных рас­пределительных силовых щитов.

Помимо этого применяются широкополосные фильтры на вводе питания коммуникационного оборудования в целях подавления кратковременных помех. Используется электростатическое экрани­рование линий электропитания и коммуникаций.

Защита от помех по линии «земля». Существуют два основных типа «земли»: корпусная и схемная. Корпусное устройство «земли» должно быть обязательно подключено к общей линии «земля», про­ложенной в помещении. Схемное устройство «земли» — это нуле­вой потенциал, относительно которого отсчитываются уровни на­пряжения информационных сигналов. Общее правило заключается в том, что корпусные «земли» объединяются индивидуальными ли­ниями в одной точке, а схемные — в другой. Причем эти точки мо­гут быть не соединены, либо соединены, но обязательно распола­гаться в непосредственной близости друг от друга.

Способы помехозащищенной передачи по согласованным информа­ционным линиям связи. Существуют специальные схемотехнические средства и правила согласования волнового сопротивления (напри­мер, витой пары или коаксиального кабеля) и нагрузочного импеданса коммуникационного устройства. Особо тщательно должны быть выполнены распайка разъемов и ответвления от линии инфор­мационной связи. Все это существенно повышает помехозащищен­ность. В линиях связи большой протяженности применяют опто­волоконные развязки сетевых узлов.

Способы обеспечения помехозащищенности и коррекции ошибок в модемной связи. Основной задачей приема сигналов по телефонным каналам с использованием модема является нормализация их пара­метров и компенсация дестабилизирующих факторов и помех. Пра­вильный выбор модема зависит от объективных данных о дестаби­лизирующих факторах конкретной телефонной линии, которые мо­гут быть определены с помощью специального измерительного и имитационного оборудования.

5. Методы взаимодействия прикладных процессов. Способы объединения компьютеров в сеть условно можно разделить на два вида:

• способы, отвечающие всем признакам ЛВС, основным из ко­торых считается возможность одновременного доступа пользовате­лей к общим программно-информационным ресурсам нескольких компьютеров;

• способы, отвечающие не всем признакам ЛВС, но которые все же дают возможность пользователям делать многое из того, что обеспечивают настоящие ЛВС. Такие системы принято называть ЛВС-подобными.

К последним системам можно отнести:

1) коллективизаторы периферии и коммутаторы данных;

2) системы беспроводной локальной связи между компьютера­ми, которые позволяют совместно использовать данные и обмени­ваться сообщениями;

3) системы локальных электронных досок объявлений, когда имеются возможности обмена сообщениями и файлами, но нельзя совместно использовать периферию.

Дата добавления: 2014-01-20