Стандартизация и унификация ЛВС

2. Token ring

Изначально  технология была разработана компанией IBM в 1984 году. В 1985 комитет IEEE 802 на основе этой технологии принял стандарт IEEE 802.5. В последнее время даже в продукции IBM доминируют технологии семейства Ethernet, несмотря на то, что ранее в течение  долгого времени компания использовала Token Ring в качестве основной технологии для построения локальных сетей.

Token Ring —  технология локальной вычислительной  сети (LAN) кольца с «маркёрным доступом»  — протокол локальной сети, который  находится на канальном уровне  модели OSI. Он использует специальный  трёхбайтовый фрейм, названный  маркёром, который перемещается  вокруг кольца. Владение маркёром  предоставляет право обладателю  передавать информацию на носителе. Кадры кольцевой сети с маркёрным  доступом перемещаются в цикле.

Станции на локальной вычислительной сети (LAN) Token ring логически организованы в  кольцевую топологию с данными, передаваемыми последовательно  от одной кольцевой станции до другой с управляющим маркером, циркулирующим  вокруг кольцевого доступа управления. Этот механизм передачи маркёра совместно  использован ARCNET, маркёрной шиной, и FDDI, и имеет теоретические преимущества перед стохастическим CSMA/CD Ethernet.

Сети  с передачей маркёра перемещают вдоль сети небольшой блок данных, называемый маркёром. Владение этим маркёром гарантирует право передачи. Если узел, принимающий маркёр, не имеет  информации для отправки, он просто переправляет маркёр к следующей  конечной станции. Каждая станция может  удерживать маркёр в течение определенного  максимального времени (по умолчанию  — 10 мс).

Данная  технология предлагает вариант решения  проблемы коллизий, которая возникает  при работе локальной сети. В технологии Ethernet, такие коллизии возникают при  одновременной передаче информации несколькими рабочими станциями, находящимися в пределах одного сегмента, то есть использующих общий физический канал  данных.

Если  у станции, владеющей маркёром, имеется  информация для передачи, она захватывает  маркёр, изменяет у него один бит (в  результате чего маркёр превращается в последовательность «начало блока  данных»), дополняет информацией, которую  он хочет передать и отсылает эту  информацию к следующей станции  кольцевой сети. Когда информационный блок циркулирует по кольцу, маркёр в сети отсутствует (если только кольцо не обеспечивает «раннего освобождения маркёра» — early token release), поэтому другие станции, желающие передать информацию, вынуждены ожидать. Следовательно, в сетях Token Ring не может быть коллизий. Если обеспечивается раннее высвобождение  маркёра, то новый маркёр может быть выпущен после завершения передачи блока данных.

Информационный  блок циркулирует по кольцу, пока не достигнет предполагаемой станции  назначения, которая копирует информацию для дальнейшей обработки. Информационный блок продолжает циркулировать по кольцу; он окончательно удаляется после  достижения станции, отославшей этот блок. Станция отправки может проверить  вернувшийся блок, чтобы убедиться, что он был просмотрен и затем  скопирован станцией назначения.

Модификации Token Ring и их отличительные особенности приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Характеристики модификаций  Token Ring

Характеристики	IBM token ring	IEEE 802.5
Скорость передачи данных	4,16 Мбит/с	4,16 Мбит/с
Количество станций в сегменте	260 (экранированная витая пара) 72 (неэкранированная витая  пара)	250
Топология	Кольцо	Не специализировано
Кабель	Витая пара	Не специализировано

 

3. FDDI

FDDI —  Волоконно-оптический интерфейс  передачи данных) — стандарт передачи  данных в локальной сети, протянутой  на расстоянии до 200 километров. Стандарт  основан на протоколе Token Ring. Кроме  большой территории, сеть FDDI способна  поддерживать несколько тысяч  пользователей.

В качестве среды передачи данных в FDDI рекомендуется  использовать волоконно-оптический кабель, однако можно использовать и медный кабель, в таком случае используется сокращение CDDI (Copper Distributed Data Interface). В  качестве топологии используется схема  двойного кольца, при этом данные в  кольцах циркулируют в разных направлениях. Одно кольцо считается  основным, по нему передаётся информация в обычном состоянии; второе —  вспомогательным, по нему данные передаются в случае обрыва на первом кольце. Для  контроля за состоянием кольца используется сетевой маркер, как и в технологии Token Ring.

Поскольку такое  дублирование повышает надёжность системы, данный стандарт с успехом применяется  в магистральных каналах связи.

Сравнительная характеристика протоколов FDDI, Token Ring и Ethernet приведена в таблице 3.

 

Таблица 3 - Сравнительная характеристика протоколов FDDI, Token Ring и  Ethernet

Характеристика	FDDI	Token Ring	Ethernet
Описание стандарта	IEEE 802.2	IEEE 802.5	IEEE 802.3
Скорость	100Мб/с	16 Мб/с	до 100Гб/с
Максимальная длина сети	200 км	1000 м	2500 м
Макс.расстояние между узлами	2 км	100 м	2500 м
Максимальное количество узлов	500	260 для экранированной витой пары, 72 для   неэкранированной витой  пары	1024
Среда передачи данных	Многомодовое  оптоволокно,  неэкранированная  витая пара	Экранированная и неэкранированная витая пара,  оптоволокно	Толстый коаксиальный кабель,  тонкий коаксиальный кабель,  витая пара,  оптоволокно
Топология	Двойное кольцо	Шина/звезда	Звезда/кольцо

 

5. Линии и методы передачи данных

5.1 Проводные компьютерные сети

Телефонный  провод двух- или четырёхжильный телефонный кабель, предназначенный для стационарной скрытой и открытой абонентской  проводки телефонной сети внутри помещений. Считается морально устаревшим ввиду  ненадёжности, низкой помехозащищённости, невозможности высокоскоростной передачи данных. Однако ввиду своей низкой стоимости находит применение в  телефонной разводке внутри помещений, так как является самым дешёвым  решением во многих ситуациях. Позволяет  получать доступ в интернет при помощи технологии Dial-up и xDSL.

Коаксиальный  кабель - это кабель с центральным  медным проводом, который окружен  слоем изолирующего материала для  того, чтобы отделить центральный  проводник от внешнего проводящего  экрана (медной оплетки или слой алюминиевой фольги). Внешний проводящий экран кабеля покрывается изоляцией. Существует два типа коаксиального  кабеля: тонкий коаксиальный кабель диаметром 5 мм и толстый коаксиальный кабель диаметром 10 мм. Стоимость коаксиального  кабеля выше стоимости витой пары и выполнение монтажа сети сложнее, чем витой парой. Коаксиальный кабель применяется, например, в локальных сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа “общая шина”. Коаксиальный кабель более помехозащищенный, чем витая пара и снижает собственное излучение. Пропускная способность – 50-100 Мбит/с. Допустимая длина линии связи – несколько километров. Несанкционированное подключение к коаксиальному кабелю сложнее, чем к витой паре.

Витая пара — кабель связи, который представляет собой витую пару медных проводов (или несколько пар проводов), заключенных в экранированную оболочку. Пары проводов скручиваются между собой  с целью уменьшения наводок. Витая  пара является достаточно помехоустойчивой. Существует два типа этого кабеля: неэкранированная витая пара  UTP и экранированная витая пара STP.

Используется  в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве физической среды  передачи сигнала во многих технологиях, таких как Ethernet, Arcnet и Token ring. В настоящее  время, благодаря своей дешевизне  и лёгкости в монтаже, является самым  распространённым решением для построения проводных (кабельных) локальных сетей.

Характерным для этого кабеля является простота монтажа. При монтаже кабеля витой пары должен выдерживаться минимально допустимый радиус изгиба (8 внешних диаметров кабеля). Больший изгиб может привести к увеличению внешних наводок на сигнал или привести к разрушению оболочки кабеля. Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи разъёма 8P8C (который ошибочно называют RJ45).

Кабель  используется для передачи данных на скорости 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Витая  пара обычно используется для связи  на расстояние не более нескольких сот метров.  К недостаткам  кабеля "витая пара" можно отнести  возможность простого несанкционированного подключения к сети.

Оптоволоконный  кабель  – это оптическое волокно  на кремниевой или пластмассовой  основе, заключенное в материал с  низким коэффициентом преломления  света, который закрыт внешней оболочкой.

Оптическое  волокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому  кабель состоит из двух волокон. На передающем конце оптоволоконного  кабеля требуется преобразование электрического сигнала в световой, а на приемном конце обратное преобразование. Основное преимущество этого типа кабеля – чрезвычайно высокий уровень помехозащищенности и отсутствие излучения. Несанкционированное подключение очень сложно.  Скорость передачи данных 3Гбит/c. Основные недостатки оптоволоконного кабеля –  это сложность его монтажа, небольшая механическая прочность и чувствительность к ионизирующим излучениям.

Сравнительные характеристики указанных выше проводных линий связи представлены в таблице 4.

 

Таблица 4 – Сравнительные характеристики проводных линий связи

Характеристика	Телефонный провод	Коаксиальный кабель	Витая пара	Оптоволоконный кабель
Стандартизация	ГОСТ Р 51311-99	IEEE 802.3, 10Base2 для поддержки Ethernet по тонкому  коаксиальному кабелю и 10Base5 —  по толстому коаксиальному кабелю	IEEE 802.3, 10Base-T	ITUT - G652
Используемый разъем	RJ-11	BNC-коннектор TNC-коннектор SMA-коннектор SMB-коннектор SMC-коннектор	RJ-45	ST, FC, SC, LC, UPC или APC
Пропускная способность	до 24 Мбит/с по ADSL2+	до 100 Мбит/с	до 100 Мбит/с	до 3Гбит/c
Топология	Звезда	Шина	Звезда, кольцо	Звезда

 

5.2 Беспроводные компьютерные сети

Беспроводные  сети это технология, позволяющая создавать вычислительные сети, полностью соответствующие стандартам для обычных проводных сетей, без использования кабельной проводки.

Радиорелейные каналы связи состоят из последовательности станций, являющихся ретрансляторами. Связь осуществляется в пределах прямой видимости, дальности между  соседними станциями - до 50 км. Цифровые радиорелейные линии связи (ЦРРС) применяются в качестве региональных и местных систем связи и передачи данных, а также для связи между  базовыми станциями сотовой связи.

В спутниковых  системах используются антенны СВЧ-диапазона  частот для приема радиосигналов от наземных станций и ретрансляции этих сигналов обратно на наземные станции. В спутниковых сетях используются три основных типа спутников, которые находятся на геостационарных орбитах, средних или низких орбитах. Разнесенные друг от друга они могут обеспечить охват почти всей поверхности Земли. Целесообразнее использовать спутниковую связь для организации канала связи между станциями, расположенными на очень больших расстояниях, и возможности обслуживания абонентов в самых труднодоступных точках. Пропускная способность высокая – несколько десятков Мбит/c.

Радиоканалы сотовой связи строятся по тем  же принципам, что и сотовые телефонные сети. Сотовая связь - это беспроводная телекоммуникационная система, состоящая  из сети наземных базовых приемо-передающих станций и сотового коммутатора (или центра коммутации мобильной  связи).

Базовые станции  подключаются к центру коммутации, который обеспечивает связь, как  между базовыми станциями, так и  с другими телефонными сетями и с глобальной сетью Интернет. По выполняемым функциям центр коммутации аналогичен обычной АТС проводной связи.

LMDS (Local Multipoint Distribution System) - это стандарт сотовых  сетей беспроводной передачи  информации для фиксированных  абонентов. Система строится по  сотовому принципу, одна базовая  станция позволяет охватить район  радиусом несколько километров (до 10 км) и подключить несколько тысяч  абонентов. Сами БС объединяются  друг с другом высокоскоростными  наземными каналами связи либо  радиоканалами. Скорость передачи  данных до 45 Мбит/c.

Радиоканалы передачи данных WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) аналогичны Wi-Fi. WiMAX, в отличие  от традиционных технологий радиодоступа, работает и на отраженном сигнале, вне  прямой видимости базовой станции. Эксперты считают, что мобильные  сети WiMAX открывают гораздо более  интересные перспективы для пользователей, чем фиксированный WiMAX, предназначенный  для корпоративных заказчиков. Информацию можно  передавать на расстояния до 50 км со скоростью до 70 Мбит/с.