Физическая среда обеспечивает перенос информации между абонентами вычислительной сети. Как уже упоминалось, физическая передающая среда ЛВС представлена тремя типами кабелей: витая пара проводов, коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель.

3.3.3.1. Кабель типа «витая пара» ( twisted pair ) состоит из двух изолированных проводов, свитых между собой. Скручивание проводов уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на передаваемые сигналы.

Различают неэкранированную и экранированную витую пару.

В зависимости от количества проводов различают пять типов кабеля «неэкранированная витая пара» (UTP – Unshielded Twisted Pair): level1 – level5. Возможности каждого типа представлены в табл. 1.

Таблица 1

Из таблицы видно, что для применения в современных ЛВС допустимы только кабели типа level3–level5, причем последний предпочтительнее. Для соединения кабеля с сетевым адаптером и концентраторами используется специальный соединитель типа RJ-45 – восьмипроводный (четыре пары) соединитель. Его конструкция аналогична стандартному четырехпроводному телефонному соединителю RJ-11.

Основной недостаток витой пары – плохая помехозащищенность. Технологические усовершенствования позволяют повысить помехозащищенность (экранированная витая пара), но при этом возрастает стоимость этого типа передающей среды. Кроме того, существует ограничение (100 м) на протяженность сети, поэтому обязательно применение хотя бы активных концентраторов. Кабели «витая пара» применяют для создания сетей стандартов 10BaseT (10 Мбит/с) и 100BaseT (100 Мбит/с).

3.3.1.2. Коаксиальный кабель (рис. 8) был первым типом кабеля, использованным для соединения компьютеров в сеть Ethernet.

Рис. 8

Коаксиальный кабель может передавать данные со скоростью 10 Мбит/с на максимальное расстояние от 185 до 500 метров. Коаксиальный кабель сопротивлением 50 Ом/м (RG-58) применяется в сетях передачи данных, а кабель сопротивлением 75 Ом (RG-59) – в сетях кабельного телевидения[3]. Для соединения кабеля с адаптерами применяют специальные T-образные коннекторы (соединители) BNC. На концах кабеля обязательно должны располагаться специальные 50-омные заглушки.

Известны две разновидности коаксиального кабеля, используемого в ЛВС: «толстый Ethernet» (Thick Ethernet, Thicknet) и «тонкий Ethernet» (Thin Ethernet, Thinnet). Оба кабеля применяются для создания сетей стандарта 10Base5.

Кабель «толстый Ethernet» в основном использовался в магистральных сетях. Сейчас он потерял свое значение из-за низкой скорости передачи и заменяется оптоволоконным. Кабель «тонкий Ethernet» широко использовался в сетях зданий. В последние годы практически не применяется, так как применение витой пары level5 может обеспечить более высокую скорость. Кроме того, через каждые 185 м в сети должен размещаться повторитель или усилитель сигнала, а кабель чувствителен к механическому воздействию, менее технологичен в прокладке.

3.3.1.3. Оптоволоконный кабель – идеальная передающая среда. Он не подвержен действию электромагнитных полей и сам практически не имеет излучения. Последнее свойство позволяет использовать его в сетях, требующих повышенной секретности информации.

Скорость передачи информации по оптоволоконному кабелю находится в диапазоне от 100 Мбит/с до 2 Гбит/с. Расстояние, на которое могут быть переданы данные без применения повторителей, достигает 2 км.

Для соединения оптоволоконного кабеля с обычной Ethernet-сетью применяют специальные оптические конвертеры, которые позволяют включать кабель в сетевые адаптеры или концентраторы.

В основном оптоволоконные кабели применяют для создания магистралей.

3.3.1.4. Беспроводные технологии (радиосвязь, микроволновая связь, инфракрасная связь) используют в случае невозможности применения традиционных кабельных соединений (большие расстояния, мобильность, трудности прокладки и др.). Для создания такого рода каналов связи применяется специальное оборудование (радиомодемы, радио-Ethernet, спутниковое и инфракрасное оборудование).

Применение беспроводных технологий требует повышенного внимания к вопросам безопасности, может быть очень дорогим. В большинстве случаев регулируется государством, но иногда бывает, чуть ли, не единственным средством решения задачи организации связи.

Основные топологии ЛВС

Вычислительные машины, входящие в состав ЛВС, могут быть расположены самым случайным образом на территории, где создается вычислительная сеть. Следует заметить, что для способа обращения к передающей среде и методов управления сетью небезразлично, как расположены абонентские ЭВМ. Поэтому имеет смысл говорить о топологии ЛВС.

Топология ЛВС – это усредненная геометрическая схема соединений узлов сети. Существуют четыре основные топологии: «шина», «кольцо», «звезда» и «ячеистая». Рассмотрим топологии шина и звезда, а также их комбинацию, так как в чистом виде топологии встречаются редко. Топология кольцо обычно используется в сетях технологии Token Ring и в волоконно-оптических линиях связи, здесь же рассматриваются сети Ethernet. Ячеистая топология строится в тех сетях, в которых необходимо обеспечить высокую устойчивость от сбоев[4], но она значительно удорожает сеть.

3.3.2.1. Шина.В этой топологии сеть состоит из единственного кабеля, к которому присоединены все компьютеры сети (рис. 9).

Такая сеть изготавливается либо на кабеле «толстый Ethernet», либо «тонкий Ethernet», т. е. магистраль (шина) требует установки на своих концах 50-омных заглушек.

Рис.9

Достоинства этой топологии – в быстром и простом способе установки. Данная сеть самая дешевая, содержит минимальное количество оборудования и материалов. Это хороший способ сооружения сетей, а также одноранговых сетей.

Недостатки: неполадки одного компонента сети приводят к выходу из строя всей сети. Кроме того, если происходит повреждение магистрального кабеля, то обнаружить место повреждения достаточно сложно.

3.3.2.2. Звезда. В данной топологии все компьютеры соединены между собой через центральный концентратор (рис. 10).

Рис. 10

Такая сеть строится на основе кабеля «витая пара» или опто-волоконного кабеля.

Главное достоинство этой топологии состоит в том, что выход из строя одного компонента сети (за исключением концентратора) не выводит из строя всю сеть. В данной сети гораздо проще находить повреждения, значительно упрощается добавление компьютера и изменение конфигурации сети.

Недостатки: большой расход кабельного материала, следовательно, более высокая стоимость, а также факт наличия резервного концентратора, необходимого для быстрого восстановления сети в случае выхода из строя основного концентратора.

3.3.2.3. Шина-звезда. Данная топология призвана объединить достоинства двух предыдущих, а также снизить их недостатки. Здесь концентраторы соединяются между собой по схеме «шина» либо с помощью коаксиального кабеля через BNC-коннекторы, либо через каскадирующие порты RJ-45[5].

Рис. 11

На каждом концентраторе создается сеть по схеме «звезда»
(рис. 11), но в случае применения коаксиального кабеля его также можно использовать для включения рабочих станций.