Кабельные системы Ethernet
10Base-T, 100Base-TX
Неэкранированная витая пара (Unshielded Twisted Pair – UTP) – это кабель из скрученных пар проводов.
Характеристики кабеля:
1. диаметр проводников 0.4 – 0.6 мм (22~26 AWG), 4 скрученных пары (8 проводников, из которых для 10Base-T и 100Base-TX используются только 4). Кабель должен иметь категорию 3 или 5 и качество data grade или выше;
2. максимальная длина сегмента 100 м;
3. разъемы восьми контактные RJ-45.
Рисунок. 8.2 восьми контактные RJ-45.
В таблице 8.4. приведены сигналы, соответствующие номерам контактов разъема RJ-45.
Таблица 8.4.
| Тип | Каскадирование | Нормальный режим | ||||
| RD+ (прием) | TD+ (передача) | |||||
| RD- (прием) | TD- (передача) | |||||
| TD+ (передача) | RD+ (прием) | |||||
| Не используется | Не используется | |||||
| Не используется | Не используется | |||||
| TD- (передача) | RD- (прием) | |||||
| Не используется | Не используется | |||||
| Не используется | Не используется | |||||
10Base 2:
1. Тонкий коаксиальный кабель;
2. Характеристики кабеля: диаметр 0.2 дюйма, RG-58A/U 50 Ом;
3. Приемлемые разъемы – BNC;
4. Максимальная длина сегмента – 185 м;
5. Минимальное расстояние между узлами – 0.5 м;
6. Максимальное число узлов в сегменте – 30.
10Base 5:
1. Толстый коаксиальный кабель;
2. Волновое сопротивление – 50 Ом;
3. Максимальная длина сегмента – 500 метров;
4. Минимальное расстояние между узлами – 2.5 м;
5. Максимальное число узлов в сегменте – 100.
Беспроводные технологии.
Методы беспроводной технологии передачи данных (Radio Waves) являются удобным, а иногда незаменимым средством связи. Беспроводные технологии различаются по типам сигнала, частоте (большая частота означает большую скорость передачи) и расстоянию передачи. Большое значение имеют помехи и стоимость. Можно выделить три основных типа беспроводной технологии:
· радиосвязь;
· связь в микроволновом диапазоне;
· инфракрасная связь.
Радиосвязь.
Технологии радиосвязи пересылают данные на радиочастотах и практически не имеют ограничений по дальности. Она используется для соединения локальных сетей на больших географических расстояниях. Радиопередача в целом имеет высокую стоимость и чувствительна к электронному и атмосферному наложению, а также подвержена перехватам, поэтому требует шифрования для обеспечения уровня безопасности.
Связь в микроволновом диапазоне.
Передача данных в микроволновом диапазоне (Microwaves) использует высокие частоты и применяется как на коротких, так и на больших расстояниях. Главное ограничение заключается в том, чтобы передатчик и приемник были в зоне прямой видимости. Используется в местах, где использование физического носителя затруднено. Передача данных в микроволновом диапазоне при использовании спутников может быть очень дорогой.
Инфракрасная связь.
Инфракрасные технологии (Infrared transmission), функционируют на очень высоких частотах, приближающихся к частотам видимого света. Они могут быть использованы для установления двусторонней или широковещательной передачи на близких расстояниях. При инфракрасной связи обычно используют светодиоды (LED – Light Emitting Diode) для передачи инфракрасных волн приемнику. Инфракрасная передача ограничена малым расстоянием в прямой зоне видимости и может быть использована в офисных зданиях.
Вопросы:
1. Чем звено отличается от составного канала связи?
2. Может ли составной канал состоять из звеньев? А наоборот?
3. Может ли цифровой канал передавать аналоговые данные?
4. В чем заключаются функции устройств DTE и DCE? К какому из этих двух типов устройств относится сетевой адаптер?
5. К какому типу характеристик линии связи относятся: уровень шума, полоса пропускания, погонная емкость?
6. Какие меры можно предпринять для увеличения информационной скорости звена:
- уменьшить длину кабеля;
- выбрать кабель с меньшим сопротивлением;
- выбрать кабель с более широкой полосой пропускания;
- применить метод кодирования с более узким спектром.
7. Почему не всегда можно увеличить пропускную способность канала за счет увеличения числа состояний информационного сигнала?
8. За счет какого механизма подавляются помехи в кабелях UTP?
9. Какой кабель более качественно передает сигналы — с большим значением параметра NEXT или с меньшим?
10. Какова ширина спектра идеального импульса?
11. Назовите типы оптического кабеля.
12. Что произойдет, если в работающей сети заменить кабель UTP кабелем STP? Варианты ответов:
- в сети снизится доля искаженных кадров, так как внешние помехи будут подавляться более эффективно;
- ничего не изменится;
- в сети увеличится доля искаженных кадров, так как выходное сопротивление передатчиков не совпадает с импедансом кабеля.
13. Назовите основные преимущества структурированной кабельной системы.
14. Какие типы кабелей используются для горизонтальной подсистемы SCS?
15. Почему проблематично использовать волоконно-оптический кабель в горизонтальной подсистеме?
16. Определите пропускную способность дуплексной линии связи для каждого из направлений, если известно, что ее полоса пропускания равна 600 кГц, а в методе кодирования используется 10 состояний сигнала.
17. Подсчитайте скорость линии связи, если известно, что тактовая частота передатчика равно 125 МГц, а сигнал имеет 5 состояний.
Лекция 9
Сетевые технологии
Ethernet 802.3
Основные характеристики стандарта 802.3 (1985г.):
- топология - шина;
- среда передачи - толстый и тонкий коаксиальный кабель (КК);
- скорость передачи – 10 Мбит/с;
- максимальная длина сети для толстого КК – 2,5 км, для тонкого КК – 925 м;
- максимальное количество абонентов в сети на толстом КК – 1024, на тонком КК – 150;
- максимальная длина одного сегмента на толстом КК – 500 м, на тонком КК – 185 м;
- количество абонентов на одном сегменте для толстого КК – 200, для тонкого КК – 30,
- метод доступа – множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликта;
- передача – узкополосная;
- используемый код – манчестерский.
Формат кадра Ethernet показан на рисунке 9.1.
| Преамбула | НО | Адрес получателя | Адрес отправителя | L/T | Данные | КП | Щель |
| 7 байт | 1 байт | 6 байт | 6 байт | 2 байта | <1500 байт | 4 байта | 12 байт |
Рисунок 9.1 Формат кадра Ethernet.
Преамбула представляет собой последовательность байт вида 10101010, выполняет функцию битовой синхронизации.
Начальный ограничитель представляет собой последовательность вида 10101011, продолжает выполнение функции преамбулы и указывает на начало кадра.
Адрес получателя/отправителя – это индивидуальный адрес станции (физический, или аппаратный, или МАС-адрес, или адрес канального уровня). МАС-адрес прописывается в ПЗУ в плате сетевого адаптера в процессе изготовления. МАС-адрес имеет формат:
| I/G | U/L | OUI | OUA |
| 1бит | 1бит | 22 бита | 24 бита |
Рисунок.9.2 МАС-адрес.
Бит I/G – указывает на индивидуальный или групповой адрес.
Бит U/L – указывает на универсальный адрес или адрес местного управления. Если U/L = 0, то адрес универсальный, т.е. заданный в процессе изготовления платы, если U/L = 1, то адрес задается не производителем платы, а организацией. Любая организации может задать свой МАС-адрес, установив U/L = 1, но тогда она должна обеспечивать уникальность адреса.
Поле OUI – идентификатор организации, которая выпускает платы. Этот идентификатор выдается IEEE для производителя платы.
Поле OUA - идентификатор аппаратуры-платы. Задается производителем устройств.
Пара идентификаторов OUI и OUA обеспечивают уникальность адреса. Идентификаторы OUI и OUA не прочитываются оборудованием отдельно. Производитель может выпустить около 16 млн. изделий, после чего должен получить новый идентификатор OUI.
Поле L/T (рисунок 9.1) – указывает на длину поля данных, если значение этого поля меньше 1500 байт. Это же поле указывает на протокол верхнего уровня, если значение этого поля более 1500 байт.
Контрольная сумма служит для проверки безошибочности кадра, который проверяется на основе циклического кода 32-ой степени.
Щель – минимальное межкадровое расстояние, необходимое для различения кадров.
Для сети Ethernet, работающей на скорости 10 Мбит/с, используется четыре среды:
- толстый коаксиальный кабель 10BASE 5;
- тонкий коаксиальный кабель 10BASE 2;
- витая пара 10BASE Т;
- оптическое волокно 10BASE F;
Цифра 10 – указывает на скорость передачи 10 Мбит/с;
Слово BASE – тип передачи – узкополосная (без модуляции);
Цифра 5 – указывает ограничение на длину одного сегмента, построенного на толстом КК, 500м;
Цифра 2 – указывает ограничение на длину одного сегмента, построенного на тонком КК, 185м 
200м;
Буква Т – указывает на витую пару;
Буква F – указывает на оптическое волокно.
Аппаратура 10BASE 5
Минимальный набор оборудования для односегментной сети на толстом КК включает следующие компоненты:
1) сетевой адаптер по числу объединяемых в сеть компьютеров;
2) толстый КК с разъемами N типа на концах, длина кабеля достаточна для объединения всех компонентов сети;
3) трансиверные или абонентские кабели с DIX разъемами на концах по количеству сетевых адаптеров;
4) трансиверы (внешние приемо-передатчики) по количеству сетевых адаптеров;
5) два соединителя N типа для присоединения терминаторов на концах кабеля;
6) один N терминатор без заземления;
7) один терминатор N типа с заземлением.
Аппаратура 10BASE 2
Минимальный набор оборудования для односегментной сети Ethernet на тонком кабеле включает:
1) сетевые адаптеры по числу объединенных компьютеров;
2) отрезки тонкого КК с BNC разъемами на концах. Причем общая длина отрезков кабеля достаточна для объединения всех компьютеров сети;
3) BNC соединители (коннекторы) Т типа по числу сетевых адаптеров;
4) один BNC терминатор без заземления;
5) один BNC терминатор с заземлением.
Сеть Ethrnet 10 BASET показана на рисунке 6.3.
Аппаратура 10BASE Т
Рисунок.9.3 10BASE Т.
Каждый абонент сети присоединяется отдельным сегментом (куском кабеля) к конценратору. Длина сегмента не более 100 м. Концентратор обеспечивает множественный доступ к среде с контролем несущей и обнаружением конфликта.
В качестве кабеля может использоваться витая пара 3 категории (телефонный кабель), 5 категории (что позволяет передачу на скорости 100 Мбит/с). Кабели подключаются разъемами RJ-45. Кабель представляет собой неэкранированную витую пару UTP, причем одна пара работает на передачу, другая пара - на прием. Передача ведется дифференциальным манчестерским кодом.
Сетевые адаптеры и концентраторы, рассчитанные на работу с витой парой, имеют встроенный контроль правильности соединения сети. Для визуального контроля правильности соединения используются светодиоды, которые горят при правильном соединении.
Минимальный набор оборудования для сети 10BASE Т (1990г.) включает:
1) сетевые адаптеры по числу компьютеров;
2) куски витой пары 3 категории с RJ разъемами на концах по числу сетевых адаптеров;
3) один концентратор, имеющий столько UTP портов, сколько необходимо объединить компьютеров.
Сеть Ethernet 10 BASE F показана на рисунке 9.4.
Аппаратура 10BASE F
Рисунок.9.4 10BASE F
В сети Ethernet на оптическом волокне 10BASE F используется внешний трансивер FOMAU, который выполняет обычные функции приемопередатчика, и, кроме того, преобразует электрический сигнал в оптический и наоборот. Кроме того, этот трансивер выполняет проверку целостности сети, посылая сигналы проверки между кадрами.
Длина абонентского кабеля (витая пара) не более 25 м, а длина оптического сегмента не более 2 км. При этом используется 2 волокна: один на передачу, другой на прием.
Минимальный набор оборудования для сети 10BASE F включает:
1) сетевые адаптеры по числу компьютеров;
2) волоконно-оптические трансиверы по числу компьютеров;
3) трансиверные или абонентские кабели с DIX разъемами на концах по числу компьютеров;
4) пары волоконно-оптических кабелей с ST разъемами на концах по числу компьютеров;
5) волоконно-оптический концентратор для объединения компьютеров.