Лекция 3. Нижние уровни модели сети

Три нижних уровня модели OSI являются сетезависимыми, т.е. программные и аппаратные средства физического, канального и сетевого уровней зависят от сетевых технологий. Аппаратные средства физического уровня представлены кабелями, беспроводной средой передачи данных, разъемами, повторителями сигналов (repeater), многопортовыми повторителями или концентраторами (hub), преобразователями среды (transceiver), например, преобразователями электрических сигналов в оптические и наоборот. Отдельно следует отметить сетевые карты (Network Interface Card – NIC), функционирование которых охватывает как канальный, так и физический уровни. В модели TCP/IP канальный и физический уровни представлены объединенным уровнем Network Access.

В качестве среды передачи в компьютерных сетях используют коаксиальный кабель (coaxial cable), неэкранированную (UTP – unshielded twisted pair) и экранированную витую пару (STP –shielded twisted pair), оптоволоконный кабель (fiber optic), беспроводные радиоканалы. Для каждой среды и технологии передачи данных определен свой стандарт.

3.1. Физический уровень. Медные кабели

Локальные сети, как правило, строятся на основе неэкранированной витой пары UTP. По сравнению с неэкранированной, экранированная витая пара (STP) обеспечивает лучшую защиту передаваемого сигнала от помех. Однако UTP дешевле, поэтому применяется в наиболее популярных технологиях Ethernet, Fast Ethernet. В кабеле UTP четыре пары скрученных медных проводов. Поэтому для подключения кабеля к компьютерам или другим сетевым устройствам используется разъем (коннектор) RJ-45, имеющий 8 контактов.

Экранированная витая пара STP является стандартным кабелем фирмы IBM. Основным кабелем является STP Type 1 с волновым сопротивлением 150 Ом.

Основными характеристиками кабелей являются: максимальная частота передаваемого по кабелю сигнала, затухание, величина перекрестных наводок, сопротивление, емкость и др. Основные характеристики специфицированы международным стандартом ISO/IEC 11801. Стандарт ISO/IEC 11801специфицирует по категориям кабели и разъемы (табл. 3.1). Кабели категории 7 – экранированные.

Таблица 3.1

Категории кабелей и разъемов

Категория кабеля и разъема	Макс. частота сигнала, МГц	Типовые приложения
Категория 3	16	Локальные сети Token Ring, Ethernet 10Base-T, голосовые каналы и др.
Категория 5	100	Локальные сети со скоростью передачи данных до 100 Мбит/с
Категория 7	600	Локальные сети со скоростью передачи данных до 1000 Мбит/с

Ранее использовавшийся в локальных сетях кабель UTP категории 3 в новых сетях заменен кабелем категории 5. Основные характеристики симметричного кабеля UTP категории 5: затухание от 0,8 дБ на частоте 64 кГц до 22 дБ на частоте 100 МГц; волновое сопротивление 100 или 120 Ом; активное сопротивление не более 9,4 Ом на 100 м; емкость не более 5,6 нФ на 100 м. В настоящее время кабель UTP категории 5 заменяется кабелем категории 5е, по которому передаются данные со скоростью выше 125 Мбит/с.

Для подключения конечного узла (host) к повторителю или коммутатору (рис.3.1 а) используется прямой кабель (Straight-through Cable), схема подключения проводов которого к контактам разъемов приведена на рис.3.1 б. Первая пара проводов (контакты 1, 2) используется для передачи, вторая пара (контакты 3, 6) – для приема. Оставшиеся 2 пары не используются.

Прямой кабель используется для соединений:

1. Коммутатора с маршрутизатором

2. Коммутатора с компьютерами или серверами

3. Концентратора с компьютерами или серверами.

Рис. 3.1. Прямой кабель

Для соединения коммутаторов (switch) или концентраторов (hub) между собой используется кроссовый кабель (Crossover Cable), схема которого приведена на рис.3.2.

Рис.3.2. Кроссовый кабель

Кроссовый кабель использует 4 провода, причем, контакты 1 и 2 одного разъема RJ-45 соединяются с контактами 3 и 6 другого.

Кроссовый кабель используется для соединений:

1. Коммутатора с коммутатором

2. Коммутатора с концентратором

3. Концентратора с концентратором

4. Маршрутизатора с маршрутизатором

5. Маршрутизатора с компьютером

6. Компьютера с компьютером.

Для конфигурирования коммутатора или маршрутизатора их соединяют с последовательным СОМ-портом (RS-232) персонального компьютера. При этом используется консольный кабель, называемый также Rollover Cable (рис.3.3). Из рис.3.3 следует, что второй разъем кабеля имеет нумерацию контактов обратную первому.

Рис.3.3. Консольный кабель

Интерфейс коммутатора или маршрутизатора для связи с терминалом называется консольным портом. При необходимости могут использоваться переходные адаптеры от разъема RJ-45 консольного кабеля к разъему DB-9 или DB-25 СОМ-порта терминала.