Сети ЭВМ и телекоммуникации

Среды передачи данных Определение среды передачи данных Кабельные среды передачи данных Методы доступа с среде передачи данных Определение структурированной кабельной системы Коммуникационное оборудование Стандарты построения локальных сетей

Определение Среда передачи данных – линии (каналы) связи, по которым компьютеры обмениваются информацией. А-Б – разделяемая среда передачи данных А Б

В зависимости от используемой среды передачи данных линии связи делятся: – Проводные; – Кабельные; – Беспроводные.

Проводные среды передачи данных Телефонные и телеграфные линии: – Низкая скорость передачи; – Низкая помехозащищенность. Однако, данный метод позволяет быстро разворачивать сетевые технологии.

Кабельные системы Высокочастотные коаксиальные кабели с медной жилой; Кабели на основе витых пар; Оптоволоконные кабели.

Основные параметры кабельных сетей Полоса пропускания – частотный диапазон сигналов, пропускаемых кабелем; Задержка распространения сигнала; Помехозащищенность кабеля – степень защищенности кабеля от воздействия помех и наводок; Затухание – степень потери мощности сигнала на выходе по отношению к мощности на входе; Волновое сопротивление – полное сопротивление, которое встречает электромагнитная волна.

Коаксиальный кабель

Витая пара КонтактНазначениеЦвет провода 1TX+Белый/оранжевый 2TX-Оранжевый/белый 3RX+Белый/зеленый 4Не используется 5Не используется 6RX-Зеленый/белый 7Не используется 8Не используется КатегорияПолоса пропускания UTP 1 UTP 21 МГц UTP 316 МГц UTP 420 МГц UTP МГц UTP 6 - UTP МГц UTP 7aдо 1200 МГц

Оптоволоконный кабель Мода луча – это угол отражения луча в сердечнике. Одномодовый кабель – 9/125 мкм Многомодовый – мкм передача до 2000 км на скоростях не более 1 Гб/с

Методы доступа к среде передачи данных Централизованные: Недостаток: неустойчивость к отказам цента управления, малая гибкость управления (нет оперативности управления). Достоинство: отсутствие конфликтов в сети. Децентрализованные Недостаток: обязательное наличие конфликтов в сети. Достоинства: высокая степень устойчивости отказам абонентов сети, большая гибкость к управлению сети. Децентрализованные делятся на детерминированные и случайные.

Методы доступа к сети Метод множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий (CSMA/CD - Carier Sense Multiple Access with Collision Detection). Маркерный метод доступа (Arcnet). Метод доступа Token-Ring.

Метод доступа CSMA/CD Перед началом передачи рабочая станция определяет, свободен канал или занят. Если канал свободен, станция начинает передачу. Метод не исключает возможности одновременной передачи сообщений двумя или несколькими станциями. Аппаратура автоматически распознает такие конфликты, называемые коллизиями. После обнаружения конфликта станции задерживают передачу на некоторое время. Это время небольшое и для каждой станции свое (0 до 52,4 мс). После задержки передача возобновляется. Реально конфликты приводят к уменьшению быстродействия сети только в том случае, если работает порядка станций.

Маркерный метод доступа Один из компьютеров создает специальный маркер (сообщение специального вида), который последовательно передается от одного компьютера к другому. Если станция желает передать сообщение другой станции, она должна дождаться маркера и добавить к нему сообщение, дополненное адресами отправителя и назначения. Когда пакет дойдет до станции назначения, сообщение будет "отцеплено" от маркера и передано станции. Данный метод используется в локальных сетях с топологией "звезда".

Метод доступа Token-Ring Этот метод напоминает Arcnet, использует маркер, передаваемый от одной станции к другой. В отличие от Arcnet при методе доступа Token-Ring имеется возможность назначать разные приоритеты разным рабочим станциям. Метод доступа Token-Ring был разработан фирмой IBM и рассчитан на кольцевую топологию сети.

Аппаратные компоненты сетей

Повторитель – устройство, дублирующее получаемые сигналы. Концентратор – это многопортовый повторитель.

Сетевой адаптер Сетевой адаптер – это устройство ПК взаимодействующее со средой передачи данных. В зависимости от среды взаимодействия различают: Ethernet-адаптеры; TokenRing-адаптеры; FDDI-адаптеры; и т.д.

Основные функции сетевых адаптеров Гальваническая привязка компьютера и кабеля локальной сети; Кодирование и декодирование данных; Опознавание принимаемых кадров; Буферизация передаваемой и принимаемой информации; Организация доступа к сетям в соответствии с принимаемым методом доступа.

Мосты Используется при перегрузке в сети. Мост – специальной устройство, ретранслирующее пакеты между сегментами сети

Мосты Мосты с маршрутизацией от источника (source-routing bridge) Характерны для маркерных сетей (Token Ring) и выполняют передачу кадров между сегментами на основании информации о маршруте, предоставленной отправителем кадра. Такие мосты имеют локальные адреса во всех сегментах, к которым они подключены, другие узлы знают об их существовании и целенаправленно взаимодействуют с ними. Прозрачные мосты (transparent bridge) Мост невидим для других узлов и не имеет своего локального адреса. Мост прослушивает все сегменты, подключенные к его портам, принимает все кадры и составляет таблицу MAC- адресов узлов, находящихся в этих сегментах. Если адрес получателя принятого кадра неизвестен мосту, то этот кадр передается во все порты, кроме того, откуда он поступил.

Коммутаторы Коммутатор (switch) – это многопортовое устройство соединяющее несколько отдельных сегментов в одну сеть. Способен одновременно связывать несколько узлов на максимальной скорости, обеспечиваемой средой передачи. Часто коммутаторы используются для сегментации – уменьшения размеров доменов коллизий. Фактически, коллизии преобразуются в очереди кадров внутри коммутатора.

Режимы работы коммутатора Коммутация с буферизацией (store-and-forward): каждый кадр целиком помещается в буферной памяти коммутатора, затем проверяется его контрольная сумма, определяется порт назначения, ожидается освобождение порта, и производится передача кадра. Этот способ гарантирует фильтрацию ошибочных и отсеченных коллизией кадров. Основной недостаток – большая задержка передачи, достигающая нескольких миллисекунд на кадр. Коммутация на лету (cut-through): кадр передается в порт назначения сразу после приема адреса получателя (в Ethernet – первые 6 байт заголовка кадра). Если в этот момент порт назначения занят, коммутатор обрабатывает пакет в режиме с буферизацией. Коммутация на лету вносит минимально возможную задержку – 11.2 мкс для Ethernet, однако при этом передаются все кадры – в том числе и ошибочные. Бесфрагментная коммутация (fragment-free): коммутатор буферизует первые 64 байта кадра, и, если кадр не длиннее 64 байт, то коммутатор обрабатывает его в режиме с буферизацией. Если кадр длинный, то он передается в порт назначения, как в режиме на лету.

Группа стандартов IEEE IEEE 802 группа стандартов семейства IEEE, касающихся локальных вычислительных сетей (LAN).IEEELAN Стандарты IEEE 802, ограничены сетями с пакетами переменной длины. Службы и протоколы, указанные в IEEE 802 находятся на двух нижних уровнях семиуровневой сетевой модели OSI:OSI – Канальный уровень Канальный уровень Подуровень LLC Подуровень MAC – Физический уровень Физический уровень Семейство стандартов IEEE 802 поддерживается комитетом по стандартам IEEE 802 LAN/MAN Standards Committee (LMSC). 24

Рабочие группы Название описание примечание IEEE 802.1Управление сетевыми устройствами и их взаимодействие IEEE 802.2Logical Link Control (LLC)не активна IEEE 802.3Технология Ethernet IEEE 802.4Маркерная шина Token busрасформирована IEEE 802.5Определяет MAC уровень для маркерного кольцане активна IEEE 802.6Сети мегаполисов (MAN)расформирована IEEE 802.7Широкополосная передача по коаксиальному кабелюрасформирована IEEE 802.8Волоконно-оптические сетирасформирована IEEE 802.9Интегрированные сети передачи голоса и данныхрасформирована IEEE Сетевая безопасностьрасформирована IEEE a-nБеспроводные локальные сети IEEE Использовалась для 100BASE-X Ethernet IEEE Кабельные модемырасформирована IEEE Беспроводные персональные сети (WPAN), Bluetooth EEE Bluetooth сертификация IEEE Физический слой и управление доступом к среде для беспроводных персональных сетей с низким уровнем скорости ( Low-rate WPAN). IEEE Беспроводная городская сеть (WiMAX сертификация) IEEE e(Мобильные) Широковещательные беспроводные сети IEEE Служба местного многоточечного распределения IEEE Мобильный широковещательный беспроводной доступ IEEE Рабочая группа чрезвычайных сервисовновая (Март, 2010) 25

26 Стандартные сегменты сети Ethernet/Fast Ethernet Сеть Ethernet (10 Мбит/с, IEEE 802.3, шина и пассивная звезда): 10BASE5 (толстый коаксиальный кабель) до 500 м; 10BASE2 (тонкий коаксиальный кабель) до 185 м; 10BASE-T (две витые пары) до 100 м; 10BASE-FL (оптоволоконный кабель) до 2 км. Сеть Fast Ethernet (100 Мбит/с, IEEE 802.3u, пассивная звезда): 100BASE-T4 (четыре витые пары) до 100 м; 100BASE-TX (две витые пары) до 100 м; 100BASE-FX (оптоволоконный кабель) до 412 м.

27 Стандартные сегменты Gigabit Ethernet (стандарт IEEE 802.3z) 1000BASE-SX (мультимодовый оптоволоконный кабель с длиной волны 850 нм) до 500 м; 1000BASE-LX (одномодовый оптоволоконный кабель с длиной волны 1300 нм) до 2 км; 1000BASE-CX (четыре экранированных витых пары STP) до 25 м; 1000BASE-T (стандарт IEEE 802.3ab четыре неэкранированных витых пары UTP категории 5 или 6) до 100 м.

28 Стандартные сегменты сети Гигабитный/10-гигабитный Ethernet Сеть Гигабитный Ethernet ( Gigabit Ethernet, 1 Гбит/с ): 1000BASE-T, IEEE 802.3ab стандарт, использующий витую пару категорий 5e. В передаче данных участвуют 4 пары. Скорость передачи данных 250 Мбит/с по одной паре. Используется метод кодирования PAM5, частота основной гармоники 62,5 МГц. Расстояние до 100 метров; 1000BASE-TX стандарт, использует раздельную приёмо-передачу (по одной паре в каждом направлении, 6 категории), что существенно упрощает конструкцию приёмопередающих устройств; 1000BASE-X; 1000BASE-SX, IEEE 802.3z стандарт, использующий многомодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров. 1000BASE-LX, IEEE 802.3z стандарт, использующий одномодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя зависит только от типа используемых приемопередатчиков и, как правило, составляет от 5 до 50 км. 1000BASE-LH (Long Haul) стандарт, использующий одномодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя до 100 километров. 10-гигабитный Ethernet (Ethernet 10G, 10 Гбит/с) : 10GBASE-CX4 технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний (до 15 метров), используется медный кабель CX4 и коннекторы InfiniBand;InfiniBand 10GBASE-LX4 использует уплотнение по длине волны для поддержки расстояний от 240 до 300 метров по многомодовому волокну. Также поддерживает расстояния до 10 километров при использовании одномодового волокна; 10GBASE-LR и 10GBASE-ER эти стандарты поддерживают расстояния до 10 и 40 километров соответственно.

Спецификации стандарта Ethernet ОбозначениеСкоростьТопологи я Тип кабеляМаксимальная длина кабельного сегмента Тип стандарта 10Base510 Мбит/сШинаКоаксиальный RG-8500 мEthernet 10Base210 Мбит/сШинаКоаксиальный RG мEthernet 10BaseT10 Мбит/сЗвездаUTP 3100 мEthernet 10BaseFL10 Мбит/сЗвездаМногомодовое оптоволокно 62,5/ мEthernet 10BaseFB10 Мбит/сЗвездаМногомодовое оптоволокно 62,5/ мEthernet 10BaseFP10 Мбит/сЗвездаМногомодовое оптоволокно 62,5/ мEthernet 100BaseTX100 Мбит/сЗвездаUTP 5100 мFastEthernet 100BaseT4100 Мбит/сЗвездаUTP 3100 мFastEthernet 100BaseFX100 Мбит/сЗвездаМногомодовое оптоволокно 62,5/ м при полуд канале и/или 2000 м при полнодупл FastEthernet 1000BaseLX1000 Мбит/сЗвездаОдномодовое оптоволокно 9/ мGigabitEthernet 1000BaseLX1000 Мбит/сЗвездаМногоходовое оптоволокно 50/125 или 62,5/ мGigabitEthernet 1000BaseSX1000 Мбит/сЗвездаМногомодовое оптоволокно 50/125 (частота 400 МГц)500 мGigabitEthernet 1000BaseSX1000 Мбит/сЗвездаМногомодовое оптоволокно 50/125 (частота 500 МГц)550 мGigabitEthernet 1000BaseSX1000 Мбит/сЗвездаМногомодовое оптоволокно 62,5/125 (частота 160 МГц)220 мGigabitEthernet 1000BaseSX1000 Мбит/сЗвездаМногомодовое оптоволокно 62,5/125 (частота 200 МГц)275 мGigabitEthernet 1000BaseLH1000 Мбит/сЗвездаОдномодовое оптоволокно 9/12510 кмGigabitEthernet 1000BaseZX1000 Мбит/сЗвездаОдномодовое оптоволокно 9/ кмGigabitEthernet 1000BaseCX1000 Мбит/сЗвездаЭкранированный медный кабель (сопротивление 150 Ом) 25 мGigabitEthernet 1000BaseT1000 Мбит/сЗвездаНа основе неэкранированной витой пары, категория 5 (или 5Е) 100 мGigabitEthernet

Стандарты беспроводной связи

Пример структуры промышленного объекта Промышленный объект состоит из нескольких насосных электроприводов, устройства сбора информации с различных технологических датчиков, например, датчиков давления, температуры, расхода, в том числе установленных удаленно, операторского пульта и диспетчерского пункта. Управление насосами производится с операторского пульта, а в диспетчерском пункте производится непрерывный мониторинг системы.

Стандарт беспроводной связи ZigBee ZigBee стандарт беспроводной связи, который изначально разрабатывался как средство для передачи небольших объемов информации на малые расстояния с минимальным энергопотреблением. Фактически этот стандарт описывает правила работы программно- аппаратного комплекса, реализующего беспроводное взаимодействие устройств друг с другом.