Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій
Навчально-науковий інститут телекомунікацій та інформатизації
КАФЕДРА ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
Для проведення практичного заняття з навчальної дисципліни “Глобальна інформаційна інфраструктура”
Модуль 1 Основи глобальної інформаційної інфраструктури
ТЕМА 1. Загальні відомості та визначення ГІІ
Практичне заняття 1 Застосування різних типів кабелю та мережевих адаптерів у ГІІ
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій
Навчально-науковий інститут телекомунікацій та інформатизації
КАФЕДРА ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
Завідуючий кафедрою
_______к.т.н., доцент М.П. Гніденко
(підпис, прізвище)
“ ____ “ _____________ 2012 року
Для проведення практичного заняття з навчальної дисципліни “Глобальна інформаційна інфраструктура”
Модуль 1 Основи глобальної інформаційної інфраструктури
ТЕМА 1. Загальні відомості та визначення ГІІ
Практичне заняття 1 Застосування різних типів кабелю та мережевих адаптерів у ГІІ
Обговоренo на засіданні кафедри
Протокол №
« » 2012р. .
.
1. Цель работы
Ознакомление с назначением, установкой и принципом работы сетевых карт, применяемых в компьютерных сетях, а также с основными типами сетевых разъемов и кабелей.
2. Теоретические положения.
Аппаратура локальных сетей обеспечивает реальную связь между абонентами. Выбор аппаратуры имеет важнейшее значение на этапе проектирования сети, так как стоимость аппаратуры составляет наиболее существенную часть от стоимости сети в целом, а замена аппаратуры связана не только с дополнительными расходами, но зачастую и с трудоемкими работами. К аппаратуре локальных сетей также относят сетевые адаптеры, трансиверы, кабели для передачи информации, разъемы для присоединения кабелей.
Одним из наиболее важных компонентов любой локальной сети является сетевой кабель, посредством, которого выполняется прокладка коммуникаций. В настоящей работе мы рассмотрим три типа сетевых кабелей, используемых в локальных сетях класса 10Base-2, 10Base-5, 10(100)Base-T, 10Base-F.
Коаксиальный кабель представляет собой электрический кабель, состоящий из центрального медного провода и металлической оплетки (экрана), разделенных между собой слоем диэлектрика (внутренней изоляции) и помещенных в общую внешнюю оболочку (рис. 2.1.)
Рис. 2.1. Конструкция коаксиального кабеля
1— центральный провод (проводящая жила); 2— изолирующий слой
центрального провода; 3— экранирующий слой («экран»);
4— защитная оболочка (внешний изолятор)
Коаксиальный кабель до недавнего времени был очень популярен, что связано с его высокой помехозащищенностью (благодаря металлической оплетке), более широкими, чем в случае витой пары, полосами пропускания (свыше 1ГГц), а также большими допустимыми расстояниями передачи (до километра). К нему труднее механически подключиться для несанкционированного прослушивания сети, он дает также заметно меньше электромагнитных излучений вовне. Однако монтаж и ремонт коаксиального кабеля существенно сложнее, чем витой пары, а стоимость его выше (он дороже примерно в 1,5 – 3 раза). Сложнее и установка разъемов на концах кабеля. Сейчас его применяют реже, чем витую пару.
Основное применение коаксиальный кабель находит в сетях с топологией типа шина. При этом на концах кабеля обязательно должны устанавливаться терминаторы для предотвращения внутренних отражений сигнала, причем один (и только один!) из терминаторов должен быть заземлен. Без заземления металлическая оплетка не защищает сеть от внешних электромагнитных помех и не снижает излучение передаваемой по сети информации во внешнюю среду. Но при заземлении оплетки в двух или более точках из строя может выйти не только сетевое оборудование, но и компьютеры, подключенные к сети. Терминаторы должны быть обязательно согласованы с кабелем, необходимо, чтобы их сопротивление равнялось волновому сопротивлению кабеля. Например, если используется 50-омный кабель, для него подходят только 50-омные терминаторы.
Волновое сопротивление кабеля указывается в сопроводительной документации. Чаще всего в локальных сетях применяются 50-омные (RG-58, RG-11, RG-8) и 93-омные кабели (RG-62)., Распространенные в телевизионной технике 75-омные кабели в локальных сетях не используются. Марок коаксиального кабеля немного. Он не считается особо перспективным. Не случайно в сети Fast Ethernet не предусмотрено применение коаксиальных кабелей. Однако во многих случаях классическая шинная топология (а не пассивная звезда) очень удобна. Как уже отмечалось, она не требует применения дополнительных устройств – концентраторов.
Существует два основных типа коаксиального кабеля:
Тонкий кабель используется для передачи на меньшие расстояния, чем толстый, поскольку сигнал в нем затухает сильнее. Зато с тонким кабелем гораздо удобнее работать: его можно оперативно проложить к каждому компьютеру, а толстый требует жесткой фиксации на стене помещения. Подключение к тонкому кабелю (с помощью разъемов BNC байонетного типа) проще и не требует дополнительного оборудования. А для подключения к толстому кабелю надо использовать специальные довольно дорогие устройства, прокалывающие его оболочки и устанавливающие контакт как с центральной жилой, так и с экраном. Толстый кабель примерно вдвое дороже, чем тонкий, поэтому тонкий кабель применяется гораздо чаще. На рис. 2.2. приведена фотография части коаксиального кабеля с установленным разъемом и терминатором.
Рис.2.2. Готовый к использованию коаксиальный кабель
Важным параметром коаксиального кабеля является тип его внешней оболочки. Применяются как non-plenum (PVC), так и plenum кабели. Естественно, тефлоновый кабель дороже поливинилхлоридного. Обычно тип оболочки можно отличить по окраске (например, для PVC кабеля фирма Belden использует желтый цвет, а для тефлонового – оранжевый).
Типичные величины задержки распространения сигнала в коаксиальном кабеле составляют для тонкого кабеля около 5 нс/м, а для толстого – около 4,5 нс/м.
Существуют варианты коаксиального кабеля с двойным экраном (один экран расположен внутри другого и отделен от него дополнительным слоем изоляции). Такие кабели имеют лучшую помехозащищенность и защиту от прослушивания, но они немного дороже обычных.
В настоящее время считается, что коаксиальный кабель устарел, в большинстве случаев его вполне может заменить витая пара или оптоволоконный кабель. И новые стандарты на кабельные системы уже не включают его в перечень типов кабелей.
Витые пары проводов используется в дешевых и сегодня, пожалуй, самых популярных кабелях. Кабель на основе витых пар представляет собой несколько пар скрученных попарно изолированных медных проводов в единой диэлектрической (пластиковой) оболочке. Он довольно гибкий и удобный для прокладки. Скручивание проводов позволяет свести к минимуму индуктивные наводки кабелей друг на друга и снизить влияние переходных процессов.
Обычно в кабель входит две (рис.2.3.) или четыре витые пары.
Рис. 2.3. Кабель типа «витая пара»
Неэкранированные витые пары характеризуются слабой защищенностью от внешних электромагнитных помех, а также от подслушивания, которое может осуществляться с целью, например, промышленного шпионажа. Причем перехват передаваемой по сети информации возможен как с помощью контактного метода (например, посредством двух иголок, воткнутых в кабель), так и с помощью бесконтактного метода, сводящегося к радиоперехвату излучаемых кабелем электромагнитных полей. Причем действие помех и величина излучения вовне увеличивается с ростом длины кабеля. Для устранения этих недостатков применяется экранирование кабелей.
В случае экранированной витой пары STP каждая из витых пар помещается в металлическую оплетку-экран для уменьшения излучений кабеля, защиты от внешних электромагнитных помех и снижения взаимного влияния пар проводов друг на друга (crosstalk – перекрестные наводки). Для того чтобы экран защищал от помех, он должен быть обязательно заземлен. Естественно, экранированная витая пара заметно дороже, чем неэкранированная. Ее использование требует специальных экранированных разъемов. Поэтому встречается она значительно реже, чем неэкранированная витая пара.
Основные достоинства неэкранированных витых пар – простота монтажа разъемов на концах кабеля, а также ремонта любых повреждений по сравнению с другими типами кабеля. Все остальные характеристики у них хуже, чем у других кабелей. Например, при заданной скорости передачи затухание сигнала (уменьшение его уровня по мере прохождения по кабелю) у них больше, чем у коаксиальных кабелей. Если учесть еще низкую помехозащищенность, то понятно, почему линии связи на основе витых пар, как правило, довольно короткие (обычно в пределах 100 метров). В настоящее время витая пара используется для передачи информации на скоростях до 1000 Мбит/с, хотя технические проблемы, возникающие при таких скоростях крайне сложны.
Согласно стандарту EIA/TIA 568, существуют пять основных и две дополнительные категории кабелей на основе неэкранированной витой пары (UTP):
Кабель категории 1 – это обычный телефонный кабель (пары проводов не витые), по которому можно передавать только речь. Этот тип кабеля имеет большой разброс параметров (волнового сопротивления, полосы пропускания, перекрестных наводок).
Кабель категории 2 – это кабель из витых пар для передачи данных в полосе частот до 1 МГц. Кабель не тестируется на уровень перекрестных наводок. В настоящее время он используется очень редко. Стандарт EIA/TIA 568 не различает кабели категорий 1 и 2.
Кабель категории 3 – это кабель для передачи данных в полосе частот до 16 МГц, состоящий из витых пар с девятью витками проводов на метр длины. Кабель тестируется на все параметры и имеет волновое сопротивление 100 Ом. Это самый простой тип кабелей, рекомендованный стандартом для локальных сетей. Еще недавно он был самым распространенным, но сейчас повсеместно вытесняется кабелем категории 5.
Кабель категории 4 – это кабель, передающий данные в полосе частот до 20 МГц. Используется редко, так как не слишком заметно отличается от категории 3. Стандартом рекомендуется вместо кабеля категории 3 переходить сразу на кабель категории 5. Кабель категории 4 тестируется на все параметры и имеет волновое сопротивление 100 Ом. Кабель был создан для работы в сетях по стандарту IEEE 802.5.
Кабель категории 5 – в настоящее время самый совершенный кабель, рассчитанный на передачу данных в полосе частот до 100 МГц. Состоит из витых пар, имеющих не менее 27 витков на метр длины (8 витков на фут). Кабель тестируется на все параметры и имеет волновое сопротивление 100 Ом. Рекомендуется применять его в современных высокоскоростных сетях типа Fast Ethernet и TPFDDI. Кабель категории 5 примерно на 30—50% дороже, чем кабель категории 3.
Кабель категории 6 – перспективный тип кабеля для передачи данных в полосе частот до 200 (или 250) МГц.
Кабель категории 7 – перспективный тип кабеля для передачи данных в полосе частот до 600 МГц.
Полное волновое сопротивление наиболее совершенных кабелей категорий 3, 4 и 5 должно составлять 100 Ом ±15% в частотном диапазоне от 1 МГц до максимальной частоты кабеля. Требования не очень жесткие: величина волнового сопротивления может находиться в диапазоне от 85 до 115 Ом. Здесь же следует отметить, что волновое сопротивление экранированной витой пары STP по стандарту должно быть равным 150 Ом ±15%. Для согласования сопротивлений кабеля и оборудования в случае их несовпадения применяют согласующие трансформаторы (Balun). Существует также экранированная витая пара с волновым сопротивлением 100 Ом, но используется она довольно редко. На рис.2.4. приведена фотография части UTP-кабеля с установленным разъемом типа RJ-45.
Рис.2.4. Готовый к использованию кабель типа «витая пара»
Второй важнейший параметр, задаваемый стандартом, – это максимальное затухание сигнала, передаваемого по кабелю, на разных частотах. В таблице 2.1 приведены предельные значения величины затухания в децибелах для кабелей категорий 3, 4 и 5 на расстояние 1000 футов (то есть 305 метров) при нормальной температуре окружающей среды 20°С.
Таблица 2.1
|
Частота, МГц |
Максимальное затухание, дБ |
||
|
Категория 3 |
Категория 4 |
Категория 5 |
|
|
0,064 |
2,8 |
2,3 |
2,2 |
|
0,256 |
4,0 |
3,4 |
3,2 |
|
0,512 |
5,6 |
4,6 |
4,5 |
|
0,772 |
6,8 |
5,7 |
5,5 |
|
1,0 |
7,8 |
6,5 |
6,3 |
|
4,0 |
17 |
13 |
13 |
|
8,0 |
26 |
19 |
18 |
|
10,0 |
30 |
22 |
20 |
|
16,0 |
40 |
27 |
25 |
|
20,0 |
- |
31 |
28 |
|
25,0 |
- |
- |
32 |
|
31,25 |
- |
- |
36 |
|
62,0 |
- |
- |
52 |
|
100 |
- |
- |
67 |
Из таблицы видно, что величины затухания на частотах, близких к предельным, для всех кабелей очень значительны. Даже на небольших расстояниях сигнал ослабляется в десятки и сотни раз, что предъявляет высокие требования к приемникам сигнала.
Еще один специфический параметр, определяемый стандартом - это величина так называемой перекрестной наводки на ближнем конце (NEXT – Near End CrossTalk). Он характеризует влияние разных проводов в кабеле друг на друга. Суть данного параметра иллюстрируется на рис. 2.2. Сигнал, передаваемый по одной из витых пар кабеля (верхняя пара), наводит индуктивную помеху на другую (нижнюю) витую пару кабеля. Две витые пары в сети обычно передают информацию в разные стороны, поэтому наиболее важна наводка на ближнем конце воспринимающей пары (нижней на рисунке), так как именно там находится приемник информации. Перекрестная наводка на дальнем конце (FEXT – Far End CrossTalk) не имеет такого большого значения.
Таблица 2.2. Допустимые уровни перекрестных наводок NEXT
|
Частота, МГц |
Перекрестная наводка на ближнем конце, дБ |
||
|
Категория 3 |
Категория 4 |
Категория 5 |
|
|
0,150 0,772 1,0 4,0 8,0 10,0 16,0 20,0 25,0 31,25 62,5 100,0 |
- 54 -43 -41 -32 -28 -26 -23 — — — — — |
-68 -58 -56 -47 -42 -41 -38 -36 — — — — |
-74 -64 -62 -53 -48 -47 -44 -42 -41 -40 -35 -32 |
В таблице 2.2 представлены значения допустимой перекрестной наводки на ближнем конце для кабелей категорий 3, 4 и 5 на различных частотах сигнала. Естественно, более качественные кабели обеспечивают меньшую величину перекрестной наводки.
Рис. 2.2. Перекрестные помехи в кабелях на витых парах
Стандарт определяет также максимально допустимую величину рабочей емкости каждой из витых пар кабелей категории 4 и 5. Она должна составлять не более 17 нФ на 305 метров (1000 футов) при частоте сигнала 1 кГц и температуре окружающей среды 20°С.
Для присоединения витых пар используются разъемы (коннекторы) типа RJ-45, похожие на разъемы, используемые в телефонах (RJ-11), но несколько большие по размеру. Разъемы RJ-45 имеют восемь контактов вместо четырех в случае RJ-11. Присоединяются разъемы к кабелю с помощью специальных обжимных инструментов. При этом золоченые игольчатые контакты разъема прокалывают изоляцию каждого провода, входят между его жилами и обеспечивают надежное и качественное соединение. Надо учитывать, что при установке разъемов стандартом допускается расплетение витой пары кабеля на длину не более одного сантиметра.
Чаще всего витые пары используются для передачи данных в одном направлении (точка-точка), то есть в топологиях типа звезда или кольцо. Топология шина обычно ориентируется на коаксиальный кабель. Поэтому внешние терминаторы, согласующие неподключенные концы кабеля, для витых пар практически никогда не применяются.
Кабели выпускаются с двумя типами внешних оболочек:
Кабель в поливинилхлоридной (ПВХ, PVC) оболочке дешевле и предназначен для работы в сравнительно комфортных условиях эксплуатации.
Кабель в тефлоновой оболочке дороже и предназначен для более жестких условий эксплуатации.
Кабель в ПВХ оболочке называется еще non-plenum, а в тефлоновой – plenum. Термин plenum обозначает в данном случае пространство под фальшполом и над подвесным потолком, где удобно размещать кабели сети. Для прокладки в этих скрытых от глаз пространствах как раз удобнее кабель в тефлоновой оболочке, который, в частности, горит гораздо хуже, чем ПВХ – кабель, и не выделяет при этом ядовитых газов в большом количестве.
Еще один важный параметр любого кабеля, который жестко не определяется стандартом, но может существенно повлиять на работоспособность сети, – это скорость распространения сигнала в кабеле или, другими словами, задержка распространения сигнала в кабеле в расчете на единицу длины.
Производители кабелей иногда указывают величину задержки на метр длины, а иногда – скорость распространения сигнала относительно скорости света (или NVP – Nominal Velocity of Propagation, как ее часто называют в документации). Связаны эти две величины простой формулой:
tз =1/(3 x 108 x NVP)
где tз – величина задержки на метр длины кабеля в наносекундах. Например, если NVP=0,65 (65% от скорости света), то задержка tз будет равна 5,13 нс/м. Типичная величина задержки большинства современных кабелей составляет около 4—5 нс/м.
В таблице 2.3 приведены величины NVP и задержек на метр длины (в наносекундах) для некоторых типов кабеля двух самых известных компаний-производителей AT&T и Belden.
Таблица 2.3. Временные характеристики некоторых кабелейФирма Марка Категория Оболочка NVP Задержка
AT&T 1010 3 non-plenum 0,67 4,98
AT&T 1041 4 non-plenum 0,70 4,76
AT&T 1061 5 non-plenum 0,70 4,76
AT&T 2010 3 plenum 0,70 4,76
AT&T 2041 4 plenum 0,75 4,44
AT&T 2061 5 plenum 0,75 4,44
Belden 1229A 3 non-plenum 0,69 4,83
Belden 1455A 4 non-plenum 0,72 4,63
Belden 1583A 5 non-plenum 0,72 4,63
Belden 1245A2 3 plenum 0,69 4,83
Belden 1457A 4 plenum 0,75 4,44
Belden 1585A 5 plenum 0,75 4,44
Стоит также отметить, что каждый из проводов, входящих в кабель на основе витых пар, как правило, имеет свой цвет изоляции, что существенно упрощает монтаж разъемов, особенно в том случае, когда концы кабеля находятся в разных комнатах, и контроль с помощью приборов затруднен.
Примером кабеля с экранированными витыми парами может служить кабель STP IBM типа 1, который включает в себя две экранированные витые пары AWG типа 2. Волновое сопротивление каждой пары составляет 150 Ом. Для этого кабеля применяются специальные разъемы, отличающиеся от разъемов для неэкранированной витой пары (например, DB9). Имеются и экранированные версии разъема RJ-45.
Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель – это принципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными двумя типами электрического или медного кабеля. Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент – это прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением.
Рис.2.5. Конструкция оптического кабеля
Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на структуру коаксиального электрического кабеля (рис.2.5). Только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром около 1 – 10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции – стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна. В данном случае речь идет о режиме так называемого полного внутреннего отражения света от границы двух веществ с разными коэффициентами преломления (у стеклянной оболочки коэффициент преломления значительно ниже, чем у центрального волокна). Металлическая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование от внешних электромагнитных помех здесь не требуется. Однако иногда ее все-таки применяют для механической защиты от окружающей среды (такой кабель иногда называют броневым, он может объединять под одной оболочкой несколько оптоволоконных кабелей).
Оптоволоконный кабель обладает исключительными характеристиками по помехозащищенности и секретности передаваемой информации. Никакие внешние электромагнитные помехи в принципе не способны исказить световой сигнал, а сам сигнал не порождает внешних электромагнитных излучений. Подключиться к этому типу кабеля для несанкционированного прослушивания сети практически невозможно, так как при этом нарушается целостность кабеля. Теоретически возможная полоса пропускания такого кабеля достигает величины 1012 Гц, то есть 1000 ГГц, что несравнимо выше, чем у электрических кабелей. Стоимость оптоволоконного кабеля постоянно снижается и сейчас примерно равна стоимости тонкого коаксиального кабеля.
Типичная величина затухания сигнала в оптоволоконных кабелях на частотах, используемых в локальных сетях, составляет от 5 до 20 дБ/км, что примерно соответствует показателям электрических кабелей на низких частотах. Но в случае оптоволоконного кабеля при росте частоты передаваемого сигнала затухание увеличивается очень незначительно, и на больших частотах (особенно свыше 200 МГц) его преимущества перед электрическим кабелем неоспоримы, у него просто нет конкурентов.
Однако оптоволоконный кабель имеет и некоторые недостатки.
Самый главный из них – высокая сложность монтажа (при установке разъемов необходима микронная точность, от точности скола стекловолокна и степени его полировки сильно зависит затухание в разъеме). Для установки разъемов применяют сварку или склеивание с помощью специального геля, имеющего такой же коэффициент преломления света, что и стекловолокно. В любом случае для этого нужна высокая квалификация персонала и специальные инструменты. Поэтому чаще всего оптоволоконный кабель продается в виде заранее нарезанных кусков разной длины, на обоих концах которых уже установлены разъемы нужного типа. Следует помнить, что некачественная установка разъема резко снижает допустимую длину кабеля, определяемую затуханием.
Также надо помнить, что использование оптоволоконного кабеля требует специальных оптических приемников и передатчиков, преобразующих световые сигналы в электрические и обратно, что порой существенно увеличивает стоимость сети в целом.
Оптоволоконный кабель менее прочен и гибок, чем электрический. Типичная величина допустимого радиуса изгиба составляет около 10 – 20 см, при меньших радиусах изгиба центральное волокно может сломаться. Плохо переносит кабель и механическое растяжение, а также раздавливающие воздействия.
Чувствителен оптоволоконный кабель и к ионизирующим излучениям, из-за которых снижается прозрачность стекловолокна, то есть увеличивается затухание сигнала. Резкие перепады температуры также негативно сказываются на нем, стекловолокно может треснуть.
Применяют оптоволоконный кабель только в сетях с топологией звезда и кольцо. Никаких проблем согласования и заземления в данном случае не существует. Кабель обеспечивает идеальную гальваническую развязку компьютеров сети. В будущем этот тип кабеля, вероятно, вытеснит электрические кабели или, во всяком случае, сильно потеснит их. Запасы меди на планете истощаются, а сырья для производства стекла более чем достаточно.
Существуют два различных типа оптоволоконного кабеля:
Суть различия между этими двумя типами сводится к разным режимам прохождения световых лучей в кабеле (рис.2.6)
Рис.2.6. Прохождение световых лучей в одно- и многомодовых оптоволоконных кабелях
В одномодовом кабеле практически все лучи проходят один и тот же путь, в результате чего они достигают приемника одновременно, и форма сигнала почти не искажается (рис. 2.6). Одномодовый кабель имеет диаметр центрального волокна около 1,3 мкм и передает свет только с такой же длиной волны (1,3 мкм). Дисперсия и потери сигнала при этом очень незначительны, что позволяет передавать сигналы на значительно большее расстояние, чем в случае применения многомодового кабеля. Для одномодового кабеля применяются лазерные приемопередатчики, использующие свет исключительно с требуемой длиной волны. Такие приемопередатчики пока еще сравнительно дороги и не долговечны. Однако в перспективе одномодовый кабель должен стать основным типом благодаря своим прекрасным характеристикам. К тому же лазеры имеют большее быстродействие, чем обычные светодиоды. Затухание сигнала в одномодовом кабеле составляет около 5 дБ/км и может быть даже снижено до 1 дБ/км.
В многомодовом кабеле траектории световых лучей имеют заметный разброс, в результате чего форма сигнала на приемном конце кабеля искажается (рис. 2.6). Центральное волокно имеет диаметр 62,5 мкм, а диаметр внешней оболочки 125 мкм (это иногда обозначается как 62,5/125). Для передачи используется обычный (не лазерный) светодиод, что снижает стоимость и увеличивает срок службы приемопередатчиков по сравнению с одномодовым кабелем. Длина волны света в многомодовом кабеле равна 0,85 мкм, при этом наблюдается разброс длин волн около 30 – 50 нм. Допустимая длина кабеля составляет 2 – 5 км. Многомодовый кабель – это основной тип оптоволоконного кабеля в настоящее время, так как он дешевле и доступнее. Затухание в многомодовом кабеле больше, чем в одномодовом и составляет 5 – 20 дБ/км.
Типичная величина задержки для наиболее распространенных кабелей составляет около 4—5 нс/м, что близко к величине задержки в электрических кабелях.
Оптоволоконные кабели, как и электрические, выпускаются в исполнении plenum и non-plenum.
Сетевые адаптеры (они же контроллеры, карты, платы, интерфейсы, NIC – Network Interface Card) – это основная часть аппаратуры локальной сети. Назначение сетевого адаптера – сопряжение компьютера (или другого абонента) с сетью, то есть обеспечение обмена информацией между компьютером и каналом связи в соответствии с принятыми правилами обмена. Именно они реализуют функции двух нижних уровней модели OSI. Как правило, сетевые адаптеры выполняются в виде платы (рис.2.7.), вставляемой в слоты расширения системной магистрали (шины) компьютера (чаще всего PCI, ISA или PC-Card). Плата сетевого адаптера обычно имеет также один или несколько внешних разъемов для подключения к ней кабеля сети.
Рис. 2.7. Плата сетевого адаптера
Например, сетевые адаптеры Ethernet могут выпускаться со следующими наборами разъемов:
Функции сетевого адаптера делятся на магистральные и сетевые. К магистральным относятся те функции, которые осуществляют взаимодействие адаптера с магистралью (системной шиной) компьютера (то есть опознание своего магистрального адреса, пересылка данных в компьютер и из компьютера, выработка сигнала прерывания компьютера и т.д.). Сетевые функции обеспечивают общение адаптера с сетью.
К основным сетевым функциям адаптеров относятся:
Типичный алгоритм взаимодействия компьютера с сетевым адаптером выглядит следующим образом.
Если компьютер хочет передать пакет, то он сначала формирует этот пакет в своей памяти, затем пересылает его в буферную память сетевого адаптера и дает команду адаптеру на передачу. Адаптер анализирует текущее состояние сети и при первой же возможности выдает пакет в сеть (выполняет управление доступом к сети). При этом он производит преобразование информации из буферной памяти в последовательный вид для побитной передачи по сети, подсчитывает контрольную сумму, кодирует биты пакета в сетевой код и через узел гальванической развязки выдает пакет в кабель сети. Буферная память в данном случае позволяет освободить компьютер от контроля состояния сети, а также обеспечить требуемый для сети темп выдачи информации.
Если по сети приходит пакет, то сетевой адаптер через узел гальванической развязки принимает биты пакета, производит их декодирование из сетевого кода и сравнивает сетевой адрес приемника из пакета со своим собственным адресом. Адрес сетевого адаптера, как правило, устанавливается производителем адаптера. Если адрес совпадает, то сетевой адаптер записывает пришедший пакет в свою буферную память и сообщает компьютеру (обычно – сигналом аппаратного прерывания) о том, что пришел пакет и его надо читать. Одновременно с записью пакета производится подсчет контрольной суммы, что позволяет к концу приема сделать вывод, имеются ли ошибки в этом пакете. Буферная память в данном случае опять же позволяет освободить компьютер от контроля сети, а также обеспечить высокую степень готовности сетевого адаптера к приему пакетов.
Чаще всего сетевые функции выполняются специальными микросхемами высокой степени интеграции, что дает возможность снизить стоимость адаптера и уменьшить площадь его платы.
Некоторые адаптеры позволяют реализовать функцию удаленной загрузки, то есть поддерживать работу в сети бездисковых компьютеров, загружающих свою операционную систему прямо из сети. Для этого в состав таких адаптеров включается постоянная память с соответствующей программой загрузки. Правда, не все сетевые программные средства поддерживают данный режим работы.
Сетевой адаптер выполняет функции первого и второго уровней модели OSI (рис.2.8.).
Рис. 2.8. Функции сетевого адаптера в модели OSI
Все остальные аппаратные средства локальных сетей (кроме адаптеров) имеют вспомогательный характер, и без них часто можно обойтись. Это сетевые промежуточные устройства.
Трансиверы или приемопередатчики (от английского TRANsmitter + reCEIVER) служат для передачи информации между адаптером и кабелем сети или между двумя сегментами (частями) сети. Трансиверы усиливают сигналы, преобразуют их уровни или преобразуют сигналы в другую форму (например, из электрической в световую и обратно). Соединение сетевой карты с внешним трансивером осуществляется посредством специального кабеля через специальный разъем AUI (Attachment Unit Interface). Трансиверами также часто называют встроенные в адаптер приемопередатчики.
3. Задание на самостоятельную работу
3.1. Изучить данное методическое руководство. Ознакомиться с теоретическими положениями, содержанием и порядком выполнения работы.
3.2. Оформить протокол и дать ответы на контрольные вопросы
4. Содержание и порядок выполнения работы
4.1. Запустить демонстрационную программу Demo06.exe, которая находится в папке D:\Netless\Demos.
Программа содержит в себе слайды с текстовой, графической и видео информацией.
Рабочее окно программы изображено на Рис 4.1.
Рис. 4.1. Рабочее окно демонстрационной программы.
В правом верхнем углу каждого слайда содержится его номер. В левом верхнем углу размещено название темы слайда.
Для перемещения между слайдами следует использовать управляющие кнопки «Back» и «Next» (назад и вперед), для завершения работы программы – кнопку «Exit» (выход).
Для проигрывания видеоролика следует использовать кнопку со значком либо кнопку «Play» (проигрывать).
В пределах одного слайда возможен выбор нескольких пунктов, о чем свидетельствует изменение вида указателя мыши при наведении его на соответствующие пункты меню (обычно выделены крупным текстом, рамкой).
4.2. Ознакомится с текстовым содержимым всех слайдов демонстрационной программы. Просмотреть все видеофрагменты, которые содержатся в слайдах. Отметить в протоколе основные составляющие компьютерной сети, основные компоненты сетевой карты, преимущества и недостатки использования разных типов сетевого кабеля.
4.3. Текстовое содержимое демонстрационной программы представлено на английском языке. Для удобства ниже по тексту приведен дословный перевод каждого слайда на русский язык.
|
Слайд 1 |
Тема: Обзор |
|
Выберите пункт меню либо нажмите кнопку "Следующий слайд"
Назначение сетевой карты
Компоненты сетевой карты
Взаимосвязь между сетевыми картами и компьютером
Инсталляция сетевой карты
Сравнение типов кабелей и разъемов, применяемых в компьютерных сетях
|
|
Слайд 2 |
Тема: Назначение |
|
Сетевые карты являются физическим интерфейсом, или устройством соединения компьютера с сетевым кабелем. Назначение сетевой карты: - подготовка данных для передачи от компьютера в сеть - передача данных с одного компьютера на другой - получение данных из сети и передача компьютеру |
|
Слайд 3 |
Тема: Компоненты сетевой карты |
|
- Память (Memory) является компонентом сетевой карты, которая служит для временного хранения пакетов, ожидающих своей очереди для отправки в сеть. - Разъемы для кабеля (Cable connectors) служат для физического соединения сетевой карты с кабелем. Эта карта имеет следующие разъемы: RJ-45, AUI, BNC. - Процессор (Processor), служит для окончательного преобразования пакетов данных в вид сигналов, подходящих для данного кабеля. На принимающей стороне процессор производит обратное преобразование этих сигналов в пакеты. - Шинный разъем (Bus connector) служит для подсоединения сетевой карты в соответствующий слот компьютера. - Перемычка (Jumper) или DIP-переключатель, служит для управления настройками сетевой карты, которые могут зависеть от конфигурации компьютера. |
|
Слайд 4 |
Тема: Взаимосвязь с компьютером |
|
Для инсталляции сетевой карты в компьютер сначала нужно выключить компьютер и отключить его от сети питания. Внимание: перед попыткой вставить в компьютер сетевую карту, выключите компьютер и отключите его от сети питания. Работа с компьютером, который все еще включен в сеть питания, может привести к удару током, и произвести различные разрушительные действия как компонентам компьютера так и вам. (смотреть видео) |
|
Слайд 5 |
Тема: Взаимосвязь с компьютером |
|
После отключения всех кабелей, снимите крышку компьютера. Для этого необходимо открутить несколько болтов на задней стенке системного блока компьютера. (смотреть видео) |
|
Слайд 6 |
Тема: Взаимосвязь с компьютером |
|
Это типичная внутренняя структура компьютера. Отметьте слоты расширения, куда будет вставлена (инсталлирована) плата сетевой карты. Основные компоненты компьютера: - Привод компакт-диска (CD-ROM) предназначен для считывания данных с компакт дисков. - Жесткий диск (Hard Disk) предназначен для хранения программ и данных. Содержимое может быть добавлено или удалено по желанию - Процессор (CPU) является "мозгом" компьютера, который обрабатывает данные. - Слоты расширения (Expansion Slots) являются разъемами, куда вставляется сетевая карта. - Источник питания/вентилятор (Power supply/Fan) предоставляет необходимое напряжение питания для всех устройств компьютера, а также охлаждает его. - Память (Memory) предназначена для хранения данных пока компьютер включен. При его выключении все содержимое этой памяти уничтожается. |
|
Слайд 7 |
Тема: Инсталляция |
|
Сетевая карта может быть установлена в один из слотов расширения. Убедитесь, что она надежно встала на свое место. Закройте крышку компьютера и подсоедините все кабели обратно. (смотреть видео) |
|
Слайд 8 |
Тема: Кабели и разъемы |
|
Существует два типа приемником (трансиверов, tranceivers): внутренние и внешние. Сетевая карта, показанная на рисунке, содержит внутренний приемник и AUI. Для этой сетевой карты кабель типа 10Base-T можно подсоединить непосредственно к разъему RJ-45 карты и использовать внутренний передатчик. Или использовать AUI для подсоединения внешнего ресивера. |
|
Слайд 9 |
Тема: Кабели и разъемы |
|
Рассмотрим три типа внешних приемников: - (первый слева) Внешний приемник для "тонкого" Ethernet'a с AUI разъемом - (второй слева) Внешний приемник для Ethernet'a, который подсоединяется непосредственно к сетевой карте - (третий слева) Внешний приемник для "тонкого" Ethernet'a с ответвителем |
|
Слайд 10 |
Тема: Кабели и разъемы |
|
(нажмите на имени типа кабеля в меню, информацию и изображение которого вы хотите увидеть, или используйте стрелки на клавиатуре) 1. Толстый коаксиальный кабель (Thicknet: Plenum vs. Teflon) Plenum кабель предназначен для прокладки в т.н. пленумных полостях, т.е. закрытых полостях, образованных строительными и иными конструкциями, где возможен свободный поток воздуха - классический пример: подвесной потолок со встроенными вентиляционными решетками и в пространстве подвесного потолка, на стене - штатные приточно-вытяжные вент решетки системы вентиляции здания. Кабель в тефлоновой оболочке может использоваться в других ситуациях. 2. Толстый и тонкий коаксиальный кабель (Thicknet vs. Thinnet) Толстый коаксиальный кабель используется для прокладки кабеля на большие расстояния, до 500 метров, например, для соединения двух небольших сетей. Тонкий кабель, похожий на толстый коаксиальный, более гибкий для работы, но может применятся для прокладки на расстояния до 185 метров (далее сигнал может затухать). 3. RG-58 RG-58 C/U военная спецификация RG-58 A/U RG-58 A/U содержит скрученный проволочный сердечник RG-58 U содержит цельный медный сердечник 4. RJ-11 vs. RJ-45 RJ-11 является 4-х контактным разъемом, идентичен по размерам со стандартным телефонным разъемом RJ-45 больше по размерам, содержит 8 контактов. Обычно, RJ-45 используется для витых пар (10Base-T) 5. Волоконно-оптический кабель Оптоволоконный кабель содержит тонкий стеклянный цилиндр, по которому передаются световые сигналы вместо электрических импульсов. Такие сигналы не подвержены влиянию электрических наводок, и и могут передавать намного больше информации. |
|
Слайд 11 |
Тема: Кабели и разъемы |
|
Сравнительная таблица для кабелей |
|
Слайд 12 |
Тема: Заключение |
|
Сетевые карты являются физическим интерфейсом, или "соединителями" компьютеров с сетевыми кабелями. Они подготавливают данные из компьютерного представления (0 и 1) в формат сигнала, пригодный для передачи по кабелю, передают эти сигналы по кабелю, принимают их и преобразуют в компьютерные эквиваленты. Вы можете вставить сетевую карту в один из слотов расширения в компьютере. Компоненты сетевой карты включают память соединительные разъемы, шинный разъем, процессор и переключатели. |
5. Оформление работы
Каждый студент оформляет индивидуальный протокол. В протоколе показать ход выполнения работы по п.п. 4.2.
1. Что такое сетевая карта.
2. Основные элементы сетевой карты.
3. Принцип взаимодействия сетевой карты с персональным компьютером.
4. Отличия электрических и оптоволоконных типов кабелей
Задание на самостоятельную работу:
1. В.Г. Олифер, Н.А. Олифер Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: учебник для вузов. СПб.: Питер, 2006.
2. Новиков Ю.В., Кондратенко С.В. Локальные сети: архитектура, алгоритмы, проектирование.- М.: Издательство ЭКОМ, 2000.
3. Д.Н Колесниченко Сделай сам компьютерную сеть. Монтаж, настройка, обслуживание. СПб.: Наука и Техника, 2004.
Методичну розробку склали
Ст. викладач кафедри інформаційних технологій
Г.І. Гайдур
“___”__________20__р.