Физическая реализация среды передачи данных

13.5.1. Разделяемые среды передачи

К разделяемым средам передачи данных относятся физические среды, через которые осуществляется передача данных. Это провода, кабели, радиоволны, лазерные лучи или другие среды. Поскольку сегодня подавляющее большинство компьютерных сетей в качестве физической среды передачи использует кабели, остановимся более подробно на типологии кабельных компонентов.

Витая пара

Витая пара получила свое название оттого, что внутри такого кабеля каждая пара проводов скручена с большим шагом (причем с разным). Подобная конструк­ция кабеля позволяет обеспечить хорошую помехозащищенность. Стандартный кабель содержит в себе 4 витые пары (то есть 8 проводников), что соответствует количеству контактов в разъеме 8Р8С, используемом для подключения кабеля к сетевому адаптеру. Есть несколько категорий и типов кабеля типа «витая пара», отличающихся друг от друга максимальной пропускной способностью.

Кабели типа «витая пара» могут быть экранированными или неэкранированны- ми. Лучшей помехозащищенностью обладает экранированный кабель. Чаще всего витая пара применяется при построении звездообразной топологии.

На рис. 13.10 изображены два типа кабеля, простая витая пара (слева) и экра­нированная витая пара (справа).

Рис. 13.10. Витая пара

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель представляет собой кабель с медной жилой в центре в тол­стой изоляционной оболочке с экранирующей оплеткой. Изначально кабели такого рода были предназначены для передачи сигналов радиочастоты (таким, например, является кабель телевизионной антенны). Кабель, применяемый в компьютерных сетях, внешне напоминает телевизионный, но его технологические параметры (на­пример, волновое сопротивление) другие, поэтому эти два вида кабеля не являются взаимозаменяемыми.

Для построения компьютерных сетей применяют два типа коаксиального ка­беля: толстый и тонкий.

Толстый кабель (thick) имеет диаметр около 12 мм и является многослойным. Его составляют центральная жила, изоляция, оплетка, снова изоляция, вторая оплетка, оболочка. Недостатки толстого кабеля: он дорогостоящий, тяжелый, плохо изгибается, трудно монтируется. В качестве достоинств можно указать возмож­ность организовать передачу данных на расстояние до 500 метров. Схематическое изображение толстого коаксиального кабеля представлено на рис. 13.11.

Тонкий кабель (thin) - имеет диаметр около 6 мм, центральную жилу, изолятор, оплетку и оболочку. К его недостаткам относится то, что расстояние, на которое можно передавать данные, меньше, чем у толстого кабеля (до 185 м). Достоинства: меньшая стоимость, легкость, гибкость, удобство в прокладке, монтаже и подклю­чении. Схематическое изображение тонкого коаксиального кабеля представлено на рис. 13.12.

Изолятор Изолятор Оболочка Внешняя оплетка Внутренняя оплетка Центральная жила Рис. 13.11. Толстый коаксиальный кабель

Изолятор Оболочка Оплетка Центральная жила Рис. 13.12. Тонкий коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель служит в основном для организации сетей с топологией общей шины. Для подключения компьютеров к шине, образуемой коаксиальным кабелем, используются специальные разъемы (BNC-коннекторы).

Оптоволоконный кабель

Передача данных через оптоволоконный кабель происходит посредством све­товых импульсов. Принцип действия оптоволоконного кабеля основан на спо­собности света распространяться в некоторых средах, практически не теряя ин­тенсивности, если в среде отсутствует преломление, а есть только отражение (то есть нет выхода сигнала за границы среды). В зависимости от того, каким образом распространяется свет, оптоволоконные кабели разделяют на три типа:

□ Многомодовый кабель с постоянной плотностью — в таком кабеле свет проходит по разным путям отражения (модам) и за счет резкого излома при отражении подвергается сильному рассеянию (дисперсии) на выходе оптоволоконного канала.

□ Многомодовый кабель с переменной плотностью — в этом кабеле свет также от­ражается от внутренней поверхности и проходит разными путями, но за счет переменной плотности сердечника, чем дальше от центра идет свет, тем быстрее он распространяется, поэтому дисперсия в нем значительно меньше.

□ Одномодовый кабель — в этом кабеле толщина сердечника сравнима с длиной световой волны, в результате у света есть только один путь распространения и дисперсия практически отсутствует.

Отсутствие дисперсии сказывается на качестве передачи сигнала. Многомо- довые кабели могут передавать данные со скоростью до 1 Гбит/с на расстояние до 2000 м. Одномодовый кабель способен передать данные со скоростью свыше 10 Гбит/с на расстояние до 20 км.

Пропускная способность и помехозащищенность могли бы сделать оптоволо­конную технологию самой распространенной. Однако широкое использование оп­товолоконной технологии передачи данных затрудняется следующими факторами:

□ трудностью монтажа;

□ высокой стоимостью кабеля и монтажных приспособлений;

□ высокой стоимостью преобразователей цифрового сигнала в световые импульсы и обратно.

13.5.2. Сетевые адаптеры

Между компьютером и кабелем с разъемом должно быть еще одно устрой­ство, которое преобразует сигналы среды передачи в компьютерные данные. Это устройство называют сетевым адаптером, или сетевой картой. Сетевая карта — это устройство, которое вставляется в слот материнской платы компьютера и имеет разъем для подключения витой пары или коаксиального кабеля. Некоторые сетевые карты оснащены разъемами обоих типов. Современные переносные персональные компьютеры обычно имеют встроенную сетевую карту с разъемом под витую пару. Кроме того, в последнее время широкое распространение получили внешние сете­вые адаптеры, подключаемые к компьютеру через высокоскоростную шину USB2.

На рис. 13.13 изображены два сетевых адаптера, верхний с разъемом для под­ключения витой пары, нижний — коаксиального кабеля (разъем BNC).

ШШШ'

шшшшшяшяшшшшш

ШяШШЯшшШ

SjjBii

Рис. 13.13. Сетевые адаптеры

13.5.3. Концентраторы

Как уже отмечалось, наиболее распространенная сегодня в локальных сетях звездообразная топология реализуется при помощи устройств, называемых сете­выми концентраторами, или хабами (hubs).

Изображенный на рис. 13.14 хаб имеет 16 портов, а это значит, что к нему можно подключить 16 компьютеров или 15 компьютеров и один восходящий канал (up­link), то есть канал связи с хабом верхнего уровня.

Рис. 13.14. Сетевой концентратор

Помимо хабов (концентраторов) для построения сетей применяются сходные по назначению устройства, называемые коммутаторами, или свичами (switch). Отличием коммутатора от концентратора является то, что коммутатор запоминает адреса компьютеров, подключенных к его портам, и данные отправляются не ши­роковещательно, всем компьютерам в сети, а конкретному адресату. Такой режим значительно улучшает работу сети и снижает число коллизий, когда несколько компьютеров пытаются одновременно передать свои данные.

13.5.4. Маршрутизаторы

В отличие от хабов, маршрутизаторы, или роутеры (router), предназначены не для объединения компьютеров локальной сети, а для соединения сетей между собой. При этом соединяемые сети могут различаться не только назначением (локальная — глобальная), но и технологиями. В задачи маршрутизатора входит корректное преобразование данных из одного формата в другой, а также отправка их в нужные сегменты сети.