Основные характеристики и классификация компьютерных сетей По территориальной

Основные характеристики и классификация компьютерных сетей По территориальной распространенности сети могут быть локальными, глобальными, и региональными. Локальная сеть (LAN - Local Area Network) - сеть в пределах предприятия, учреждения, одной организации. Региональная сеть (MAN - Metropolitan Area Network) - сеть в пределах города или области. Глобальная сеть (WAN - Wide Area Network) – сеть на территории государства или группы государств. Рис. 1 слайд 1

Основные характеристики и классификация компьютерных сетей По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на низко-, средне- и высокоскоростные: низкоскоростные сети - до 10 Мбит/с; среднескоростные сети- до 100 Мбит/с; высокоскоростные сети - свыше 100 Мбит/с. По типу среды передачи сети разделяются на: проводные (на коаксиальном кабеле, на витой паре, оптоволоконные); беспроводные с передачей информации по радиоканалам или в инфракрасном диапазоне. слайд 2

Основные характеристики и классификация компьютерных сетей По способу организации взаимодействия компьютеров сети делят на одноранговые и с выделенным сервером (иерархические сети). Все компьютеры одноранговой сети равноправны. Любой пользователь сети может получить доступ к данным, хранящимся на любом компьютере. Главное достоинство одноранговых сетей – это простота установки и эксплуатации. Главный недостаток состоит в том, что в условиях одноранговых сетей затруднено решение вопросов защиты информации. Поэтому такой способ организации сети используется для сетей с небольшим количеством компьютеров и там, где вопрос защиты данных не является принципиальным. В иерархической сети при установке сети заранее выделяются один или несколько серверов - компьютеров, управляющих обменом данных по сети и распределением ресурсов. Любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера называют клиентом сети или рабочей станцией. слайд 3

Основные характеристики и классификация компьютерных сетей Сервер в иерархических сетях - это постоянное хранилище разделяемых ресурсов. Сам сервер может быть клиентом только сервера более высокого уровня иерархии. Серверы обычно представляют собой высокопроизводительные компьютеры, возможно, с несколькими параллельно работающими процессорами, винчестерами большой емкости и высокоскоростной сетевой картой. Иерархическая модель сети является наиболее предпочтительной, так как позволяет создать наиболее устойчивую структуру сети и более рационально распределить ресурсы. Также достоинством иерархической сети является более высокий уровень защиты данных. К недостаткам иерархической сети, по сравнению с одноранговыми сетями, относятся: 1. Необходимость дополнительной ОС для сервера. 2. Более высокая сложность установки и модернизации сети. 3. Необходимость выделения отдельного компьютера в качестве сервера слайд 4

Основные характеристики и классификация компьютерных сетей По технологии использования сервера различают сети с архитектурой файл-сервер и сети с архитектурой клиент-сервер. В первой модели используется файловый сервер, на котором хранится большинство программ и данных. По требованию пользователя ему пересылаются необходимая программа и данные. Обработка информации выполняется на рабочей станции. В системах с архитектурой клиент-сервер обмен данными осуществляется между приложением-клиентом и приложениемсервером. Хранение данных и их обработка производится на мощном сервере, который выполняет также контроль за доступом к ресурсам и данным. Рабочая станция получает только результаты запроса. К основным характеристикам сетей относятся: Пропускная способность – максимальный объем данных, передаваемых сетью в единицу времени. Пропускная способность измеряется в Мбит/с. Время реакции сети - время, затрачиваемое программным обеспечением и устройствами сети на подготовку к передаче информации по данному каналу. Время реакции сети измеряется миллисекундах. слайд 5

Каналы передачи данных Рис. 2 За последние двадцать лет пропускная способность каналов выросла с 56 кбит/c до 100 Гбит/с. Разработаны технологии, способные работать в случае оптических кабелей со скоростью 50 Тбит/с. Вероятность ошибки при этом сократилась с 10 -5 на бит до пренебрежимо низкого уровня. Современный же лимит в несколько Гбит/с связан главным образом с тем, что люди не научились делать быстродействующие преобразователи электрических сигналов в оптические. Сопоставление возможностей различных технологий передачи данных представлено на рис. 3. Радиоканалы покрывают диапазон от десятков килобит в секунду до десятков мегабит в сек. слайд 6

Каналы передачи данных Рис. 3 Сравнение возможностей скрученной пары, коаксиального кабеля, много- и одномодовых волокон слайд 7

Каналы передачи данных Кабельные каналы для целей телекоммуникаций исторически использовались первыми. Да и сегодня по суммарной длине они превосходят даже спутниковые каналы. Основную долю этих каналов, насчитывающих многие сотни тысяч километров, составляют телефонные медные кабели. Эти кабели содержат десятки или даже сотни скрученных пар проводов. Полоса пропускания таких кабелей обычно составляет 3 -3, 5 к. Гц при длине 2 -10 км. Эта полоса диктовалась ранее нуждами аналогового голосового обмена в рамках коммутируемой телефонной сети. C учетом возрастающих требованиям к широкополосности каналов скрученные пары проводов пытались заменить коаксиальными кабелями, которые имеют полосу от 100 до 500 МГц (до 1 Гбит/с), и даже полыми волноводами. Именно коаксиальные кабели стали в начале транспортной средой локальных сетей ЭВМ (10 base-5 и 10 base-2; см. рис. 4). Рис. 4 1 - центральный проводник; 2 - изолятор; 3 проводник-экран; 4 - внешний изолятор слайд 8

Каналы передачи данных Коаксиальная система проводников из-за своей симметричности вызывает минимальное внешнее электромагнитное излучение. Сигнал распространяется по центральной медной жиле, контур тока замыкается через внешний экранный провод. При заземлении экрана в нескольких точках по нему начинают протекать выравнивающие токи (ведь разные “земли” обычно имеют неравные потенциалы). На рис. 5 проиллюстрирована схема наводок по экрану коаксиального кабеля. Входной сигнал Авх подается через центральную жилу с одно стороны кабеля. На противоположной стороне кабель нагружен на сопротивление R, равное волновому импедансу кабеля. Если экран кабеля соединен с землей на обоих концах, то при наличии источника наводок по экрану будет протекать переменный ток наводки. Рис. 5. Схема наводок по экрану коаксиального кабеля слайд 9

Каналы передачи данных Коаксиальный кабель с полосой пропускания 500 МГц при ограниченной длине может обеспечить скорость передачи несколько Гбит/сек. Пределеьные расстояния, для которых может быть применен коаксиальный кабель составляет 10 -15 км. Но по мере развития технологии скрученные пары смогли вытеснить из этой области коаксиальные кабели. Это произошло, когда полоса пропускания скрученных пар достигла 200 -350 МГц при длине 100 м (неэкранированные и экранированные скрученные пары категории 5 и 6), а цены на единицу длины сравнялись. Скрученные пары проводников позволяют использовать биполярные приемники, что делает систему менее уязвимой (по сравнению с коаксиальными кабелями) к внешним наводкам. Но основополагающей причиной вытеснения коаксиальных кабелей явилась относительная дешевизна скрученных пар. Скрученные пары бывают одинарными, объединенными в многопарный кабель или оформленными в виде плоского ленточного кабеля. Применение проводов сети переменного тока для локальных сетей и передачи данных допустимо для весьма ограниченных расстояний. слайд 10

Каналы передачи данных В таблице 1 приведены характеристики каналов, базирующихся на обычном и широкополосном коаксиальном кабелях Таблица 1 Стандартный кабель Широкополосный 2 км 10 - 15 км Скорость передачи данных 1 - 50 Мбит/с 100 - 140 Мбит/с Режим передачи полудуплекс 50 д. Б 85 д. Б < 50 устройств 1500 каналов с одним или более устройств на канал CSMA/CD FDM/FSK Максимальная длина канала Ослабление влияния электромагнитных и радиочастотных наводок Число подключений Доступ к каналу слайд 11

Каналы передачи данных Таблица 2. Новые европейские стандарты для скрученных пар (CENELEC) Стандарт Назначение Экран Полоса пропускания EN 50288 -2 -1 Для магистральной прокладки + < 100 МГц (кат. 5) EN 50288 -2 -2 Для подключения приборов и коммутации + < 100 МГц (кат. 5) EN 50288 -3 -1 Для магистральной прокладки - < 100 МГц (кат. 5) EN 50288 -3 -2 Для подключения приборов и коммутации - < 100 МГц (кат. 5) EN 50288 -4 -1 Для магистральной прокладки + < 600 МГц (кат. 7) EN 50288 -4 -2 Для подключения приборов и коммутации + < 600 МГц (кат. 7) EN 50288 -5 -1 Для магистральной прокладки + < 250 МГц (кат. 6) EN 50288 -5 -2 Для подключения приборов и коммутации + < 250 МГц (кат. 6) EN 50288 -6 -1 Для магистральной прокладки - < 250 МГц (кат. 6) EN 50288 -6 -2 Для подключения приборов и коммутации - < 250 МГц (кат. 6) слайд 12

Каналы передачи данных Таблица 3. Обзор категорий кабелей со скрученными парами проводов (ISO/IEC 11801 = EN 50173) Катего рия Полоса пропускания Применения 3 до 16 МГц Ethernet, Token Ring, телефон 4 до 20 МГц Ethernet, Token Ring, телефон 5 до 100 МГц Ethernet, ATM, FE, Token Ring, телефон 6 до 200/250 МГц Giga. Ethernet, FE, ATM, Token Ring 7 до 600 МГц Giga. Ethernet, FE, ATM, Token Ring слайд 13

Каналы передачи данных Таблица 4. Обзор классов соединений согласно требованиям ISO/IEC 11801 (EN 50173) Класс Категория Применение A Голос и сетевые приложения до 100 к. Гц B Информационные приложения до 1 МГц С 4 Информационные приложения до 16 МГц D 5 -5 e Информационные приложения до 100 МГц E 6 Информационные приложения до 200/250 МГц F 7 Информационные приложения до 600 МГц LWL слайд 14 Информационные приложения от 10 МГц

Каналы передачи данных Оптоволоконные каналы А. Г. Белл в 1880 году запатентовал фотофон - прибор для передачи голоса посредством светового сигнала с селеновым фотодетектором. Первые коммерческие телефонные системы были созданы лишь в 1977 году и работали со скоростью 44, 7 Мбит/с. Одномодовые волоконные кабели начали производиться в 1983 году. В 1990 году Линн Моллинер (Bellcore) продемонстрировал передачу данных со скоростью 2, 5 Гбит/c на расстояние 7500 км (без промежуточных усилителей сигнала) В 1990 году в США суммарная протяженность оптических волокон составляла около 9000000 км. В 2000 году общая длина оптоволокон только в США превысила 30 миллионов километров. Оптоволоконные линии связи работают в частотном диапазоне 1013 - 1016 Гц, что на 6 порядков больше, чем в случае радиочастотных каналов (это обеспечивает пропускную способность 50000 Гбит/c). слайд 15

Каналы передачи данных Земная атмосфера является плохой средой для распространения света. По этой причине только разработка кремниевых волокон с низким коэффициентом поглощения в инфракрасном диапазоне (< 0, 2 д. Б/км) сделало возможным широкое распространение оптических каналов связи. Укладывается ~1000 км оптоволоконного кабеля в день. В настоящее время каналы обычно имеют пропускную способность ~1 Гбит/c и это связано с ограниченным быстродействием оборудования, преобразующего оптический сигнал в электрический и обратно. В ближайшие годы следует ожидать увеличения быстродействия таких устройств в 100 -1000 раз. В 2002 году компанией Zonu разработан фототрансивер (GBIC) на 1, 25 Гбит/c для передачи и приема данных по одному и тому же волокну при длине волны 1310 нм. Для одномодового волокна расстояние передачи может составлять до 10 км. При длине волны 1550 нм достижимо расстояние передачи в 40 км. Разрабатывается вариант для скоростей передачи 2, 5 Гбит/c слайд 16

Каналы передачи данных Рис. 6 При построении сетей используются многожильные кабели (рис. 6) ; существуют и другие разновидности кабеля: например, двух- или четырехжильные, а также плоские). В верхней части рисунка [a] изображено отдельное оптоволокно, а в нижней [Б] сечение восьмижильного оптического кабеля. Свет (длина волны l ~ 1350 или 1500 нм) вводится в оптоволокно (диаметром d<100 m) с помощью светоизлучающего диода или полупроводникового лазера. Для обеспечения механической прочности извне волокно покрывается полимерным слоем (2 А). Кабель может содержать много волокон, например 8 (1 Б). В центре кабеля помещается стальной трос (3 Б), который используется при прокладке кабеля. С внешней стороны кабель защищается (от крыс!) стальной оплеткой (2 Б) и герметизируется эластичным полимерным покрытием. слайд 17

Каналы передачи данных Существует несколько типов оптических волокон, обладающих различными свойствами. Они отличаются друг от друга зависимостью коэффициента преломления от радиуса центрального волокна. На рис. 7 показаны три разновидности волокна (А, Б и В). Буквами А и Б помечен мультимодовый вид волокон. Тип Б имеет меньшую дисперсию времени распространения и по этой причине вносит меньшие искажения формы сигнала. Установлено, что, придавая световым импульсам определенную форму (обратный гиперболический косинус), дисперсионные эффекты можно полностью исключить. При этом появляется возможность передавать импульсы на расстояние в тысячи километров без искажения их формы. Такие импульсы называются солитонами. При современных же технологиях необходимо использовать повторители через каждые 30 км (против 5 км для медных проводов). По сравнению с медными проводами оптоволоконные кабели несравненно легче. Так одна тысяча скрученных пар при длине 1 км весит 8 тонн, а два волокна той же длины, обладающие большей пропускной способностью, имеют вес 100 кг. Это обстоятельство открывает возможность укладки оптических кабелей вдоль высоковольтных линий связи, подвешивая или обвивая их вокруг проводников слайд 18

Каналы передачи данных Рис. 7. Разновидности оптических волокон, отличающиеся зависимостью коэффициента преломления от радиуса слайд 19

Каналы передачи данных слайд 1

Каналы передачи данных слайд 1