Коммуникационное оборудование сетей их назначение, основные функции и параметры.

К коммуникационному оборудованию (сетевым устройствам) относятся специальные устройства для соединения линий связи, усиления сигнала, образования нужной сетевой топологии, адресной пересылки данных, защиты информации и т. д.

Пассивное коммуникационное оборудование — всевозможные соединители, разъемы, терминаторы (заглушки), система портов и кабелей, оборудование для обслуживания системы портов и кабелей.

К активным оконечным сетевым устройствам относится сетевая карта (сетевой адаптер) и модем — устройства, соединяющие компьютер с линией связи. К активным промежуточным устройствам относятся:

Сетевой адаптер — это устройство, которое позволяет принимать байтовые пакеты информации и преобразовывать их в удобочитаемую форму для операционной системы, установленной на компьютере. вся компьютерная техника может общаться только путём языка нулей и единиц, или по-другому, с помощью «Бинарного кода». С приходом в наш мир сетей, компьютеры научились разговаривать и общаться между собой. Для этого используют два вида подключения:

·         По кабелю;

·         По Wi-Fi;

Но просто так подключить к сети компьютер не получится. Он должен иметь определённое устройство, которое способна не просто принимать и отправлять сигналы в нужной кодировке, но также проверять их на наличие ошибок.

Для этого и был изобретён сетевой адаптер или «Network Adapter». Он, по сути, переводит электрические импульсы от такого-же адаптера в код, который понятен компьютеру. При чем между двумя конечными устройствами, может быть огромное количество коммутатором, маршрутизаторов и других сетевых устройств.

Репитер GSM — повторитель и усилитель сигналов сотовой связи (приемо - передающее устройство), предназначенный для локального расширения её зоны покрытия. Представляет собой сложное активное радиоэлектронное устройство, функционирующее в комплекте с антеннами и радиочастотными кабелями. Репитер GSM является двунаправленным усилителем, связывающим донорную антенну с сервисной антенной, одновременно с усилением производится коррекция формы сигнала. При этом донорная антенна принимает сигналы базовой станции, репитер передаёт их в усиленном виде на сервисную антенну, сервисная антенна передаёт их на телефонный аппарат абонента; ответный сигнал аппарата абонента принимается сервисной антенной, усиливается репитером и передаётся донорной антенной к базовой станции. Для правильного функционирования репитера необходимо наличие хорошей электромагнитной развязки между донорной и сервисной антеннами, для того чтобы не возник эффект самовозбуждения, когда сигнал от сервисной антенны улавливается донорной антенной, усиливается и вновь подаётся на сервисную, циркулируя таким образом по кругу. Эффект аналогичен свисту в колонках при их близком расположении к микрофону и приводит к глушению сигналов сотовой связи для всех рядом расположенных абонентов. Развязка между антеннами обеспечивается путём разнесения их на значительное расстояние, экранированием строительными конструкциями, применением направленных антенн и направлением их в разные стороны. Кроме репитеров некоторое распространение получили более совершенные устройства - Ретрансляторы GSM, в них приём и передача на антеннах производятся на разных частотных каналах, что исключает возможность возникновения самовозбуждения. Большинство современных репитеров сигнала GSM несмотря на свою простоту и надежность оснащены системой защиты от самовозбуждения. Некоторые простые модели сообщают индикацией о необходимости разноса антенн, другие - блокируют работу устройства на временные промежутки и включаются автоматически через заданные интервалы.

Репитер, ретранслятор, бустер — это синонимы для одного вида устройства, которое является двухсторонним линейным усилителем сотового сигнала. Репитер GSM является частью системы усиления сотовой связи, которая состоит:

·         Сам репитер.

·         Донорная (внешняя) основная антенна - устанавливается на улице и принимает сигнал от базовых станций сотовых операторов и передает сигнал от абонента на базовую станцию оператора связи (двунаправленное излучение).

·         Абонентские (внутренние) антенны — находятся внутри помещений и взаимодействуют с абонентскими устройствами, такими как телефоны, планшеты, модемы, роутеры.

·         Кабели, разъёмы, делители мощности (разветвители) и пр.

Сетевой концентратор или Хаб — сетевое устройство, предназначенное для объединения нескольких устройств сегмент сети. Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна.

В настоящее время почти не выпускаются — им на смену пришли сетевые коммутаторы (свитчи), выделяющие каждое подключенное устройство в отдельный сегмент. Сетевые коммутаторы ошибочно называют «интеллектуальными концентраторами».

Принцип работы

Концентратор работает на физическом уровне сетевой модели OSI, повторяет приходящий на один порт сигнал на все активные порты. В случае поступления сигнала на два и более порта одновременно возникает коллизия, и передаваемые кадры данных теряются. Таким образом, все подключенные к концентратору устройства находятся в одном домене коллизий. Концентраторы всегда работают в режиме полудуплекса, все подключенные устройства Ethernet разделяют между собой предоставляемую полосу доступа.

Характеристики сетевых концентраторов

·         Количество портов — разъёмов для подключения сетевых линий, обычно выпускаются концентраторы с 4, 5, 6, 8, 16, 24 и 48 портами (наиболее популярны с 4, 8 и 16). Концентраторы с большим количеством портов значительно дороже. Однако концентраторы можно соединять каскадно друг к другу, наращивая количество портов сегмента сети. В некоторых для этого предусмотрены специальные порты.

·         Скорость передачи данных — измеряется в Мбит/с, выпускаются концентраторы со скоростью 10, 100 и 1000. Кроме того, в основном распространены концентраторы с возможностью изменения скорости, обозначаются как 10/100/1000 Мбит/с. Скорость может переключаться как автоматически, так и с помощью перемычек или переключателей. Обычно, если хотя бы одно устройство присоединено к концентратору на скорости нижнего диапазона, он будет передавать данные на все порты с этой скоростью.

·         Тип сетевого носителя — обычно это витая пара или оптоволокно, но существуют концентраторы и для других носителей, а также смешанные, например, для витой пары и коаксиального кабеля.

Маршрутизатор или Роутер— специализированный компьютер, который пересылает пакеты между различными сегментами сети на основе правил и таблиц маршрутизации. Маршрутизатор может связывать разнородные сети различных архитектур. Для принятия решений о пересылке пакетов используется информация о топологии сети и определённые правила, заданные администратором.

Маршрутизаторы работают на «сетевом» (третьем) уровне сетевой модели OSI, в отличие от коммутаторов (свитчей) и концентраторов (хабов), которые работают соответственно на втором и первом уровнях модели OSI.

Обычно маршрутизатор использует адрес получателя, указанный в заголовке пакета, и определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута — пакет отбрасывается.

Существуют и другие способы определения маршрута пересылки пакетов, когда, например, используется адрес отправителя, используемые протоколы верхних уровней и другая информация, содержащаяся в заголовках пакетов сетевого уровня. Нередко маршрутизаторы могут осуществлять трансляцию адресов отправителя и получателя, фильтрацию транзитного потока данных на основе определённых правил с целью ограничения доступа, шифрование/расшифровывание передаваемых данных и т. д.

Таблица маршрутизации может составляться двумя способами:

·         статическая маршрутизация — когда записи в таблице вводятся и изменяются вручную. Такой способ требует вмешательства администратора каждый раз, когда происходят изменения в топологии сети. С другой стороны, он является наиболее стабильным и требующим минимума аппаратных ресурсов маршрутизатора для обслуживания таблицы.

·         динамическая маршрутизация — когда записи в таблице обновляются автоматически при помощи одного или нескольких протоколов маршрутизации — RIP, OSPF, IGRP, EIGRP, IS-IS, BGP, и др. Кроме того, маршрутизатор строит таблицу оптимальных путей к сетям назначения на основе различных критериев — количества промежуточных узлов, пропускной способности каналов, задержки передачи данных и т. п. Критерии вычисления оптимальных маршрутов чаще всего зависят от протокола маршрутизации, а также задаются конфигурацией маршрутизатора. Такой способ построения таблицы позволяет автоматически держать таблицу маршрутизации в актуальном состоянии и вычислять оптимальные маршруты на основе текущей топологии сети. Однако динамическая маршрутизация оказывает дополнительную нагрузку на устройства, а высокая нестабильность сети может приводить к ситуациям, когда маршрутизаторы не успевают синхронизировать свои таблицы, что приводит к противоречивым сведениям о топологии сети в различных её частях и потере передаваемых данных.

Маршрутизаторы помогают уменьшить загрузку сети благодаря её разделению на домены коллизий или широковещательные домены, а также благодаря фильтрации пакетов. В основном их применяют для объединения сетей разных типов, зачастую несовместимых по архитектуре и протоколам, например, для объединения локальных сетей Ethernet и WAN-соединений, использующих протоколы xDSL, PPP, ATM, Frame relay и т.  д. Нередко маршрутизатор используется для обеспечения доступа из локальной сети в глобальную сеть Интернет, осуществляя функции трансляции адресов и межсетевого экрана.

В качестве маршрутизатора может выступать как специализированное (аппаратное) устройство, так и обычный компьютер, выполняющий функции маршрутизатора. Существует несколько пакетов программного обеспечения (на основе ядра Linux, на основе операционных систем BSD) с помощью которого можно превратить ПК в высокопроизводительный и многофункциональный маршрутизатор, например, Quagga, IPFW или простой в применении PF.

Ранее маршрутизаторы часто называли шлюзами, теперь под шлюзом понимается специальный компьютер или аппаратное устройство на стыке двух сетей. Одной из функций шлюзов является перевод данных между сетями с отличающимися протоколами. Маршрутизация в шлюзах сводится только к соединению двух подсетей.

Сетевой приёмопередатчик или трансивер — устройство для передачи и приёма сигнала между двумя физически разными средами системы связи. Это приёмник-передатчик, физическое устройство, которое соединяет стык ГВМ (главной вычислительной машины) с локальной сетью, такой как Ethernet. Приёмопередатчики Ethernet содержат электронные устройства, передающие сигнал от витой пары к оптоволоконным кабелям и обнаруживающие противоречия.

Приёмопередатчик позволяет станции передавать и получать из общей сетевой среды передачи. Дополнительно, приёмопередатчики Ethernet определяют противоречия в среде и обеспечивают электрическую изоляцию между станциями. 10BASE2 и 10BASE5 приёмопередатчики подключаются напрямую к среде передачи (кабель) общая шина. Хотя первый обычно использует внутренний приёмопередатчик, встроенный в схему регулятора и тройника для подключения к кабелю, а второй (10Base5) использует отдельный внешний приёмопередатчик и AUI-кабель или приёмопередаточный кабель для подключения к регулятору. 10BASE-F, 10BASE-T, FOIRL также обычно используют внутренние приёмопередатчики. Надо сказать, что существуют также внешние приёмопередатчики для 10Base2, 10BaseF, 10baseT и FOIRL, которые могут отдельно подключаться к порту AUI или напрямую, или через AUI-кабель.

Если приёмопередатчик является связующим звеном между оптическим и медным кабелями, то его часто называют средопреобразователем.

Ретранслятор — оборудование связи, которое соединяет два или более радиопередатчика, удалённых друг от друга на большие расстояния.

В случае использования космических средств связи говорят о спутниках связи или о спутниках-ретрансляторах.

Активные ретрансляторы

Ретранслятор активный — приёмо-передающее радиотехническое устройство, располагающееся на промежуточных пунктах линий радиосвязи, усиливающее принимаемые сигналы и передающее их дальше.

В качестве промежуточного пункта может использоваться как неподвижный объект (башня радиорелейной линии, здание), так и подвижный объект (например, автомобиль, самолёт, корабль, спутник связи и т. д.), оборудованные аппаратурой ретрансляции сигнала.

Активный ретранслятор имеет антенну (или несколько антенн), радиоприёмник, радиопередатчик, источник электрического питания, средства дистанционного управления и контроля оборудования, средства автоматизации.

Современная аппаратура ретранслятора обычно выполнена на полупроводниковых приборах, однако мощные каскады передатчиков чаще конструируются с применением ламп (бегущей волны, магнетронов, клистронов и т. п.)

Широко распространенные ретрансляторы сигнала мобильной связи (такие как Aileron, D-Link, Energy, TP-Link и прочие) выполнены с использованием дуплексов, усилителей входного и выходного сигнала, приемо-передающих антенн. Системы усиления сотовой отличаются коэффициентом усиления и выходной мощностью.

В отличие от пассивных ретрансляторов, активные имеют ограничения на число линий связи и пропускную способность, определяемые его оборудованием.

Чтобы избежать взаимных помех на приёмных и передающих концах аппаратуры, применяется разделение сигналов:

·         пространственное

·         частотное

·         временное

·         кодовое

Для повышения надёжности ретранслятора в него обычно встраивается система контроля, не допускающая перегрузки передатчика выходным сигналом, и резервный комплект оборудования, включаемый автоматически или дистанционно.

В проводных системах связи аналогичные устройства (отличие только в среде распространения сигнала) обычно называются повторителями, репитерами (в цифровых системах) и линейными усилителями (в аналоговых). В смешанных и комбинированных сетях эти термины (ретранслятор, репитер, повторитель, линейный усилитель) могут применяться как обобщающие синонимы в соответствующем контексте.

Пассивные ретрансляторы

Ретранслятор пассивный — устройство, определённой формы механическая конструкция, электропроводящая среда или небесное тело заранее известной или специально созданной формы, способное рассеивать или направленно отражать электромагнитное излучение рабочего диапазона частот линии связи и используемое в качестве промежуточного пункта этой линии.

В отличие от активных устройств, пассивные отражатели успешно обслуживают сети связи из практически неограниченного числа линий с различными частотами радиосигналов, так как взаимные помехи на отражателе с линейными характеристиками отсутствуют.

При работе через пассивный ретранслятор необходимый уровень перепринимаемого сигнала обеспечивают:

·         увеличением мощности радиопередатчика

·         увеличением размеров и эффективности антенн передающей и принимающей станций

·         сужением используемой полосы частот

·         понижением скорости передачи информации.

На линиях радиорелейной связи в качестве таких ретрансляторов используются плоские и Уголковые отражатели, антенные системы (зеркальные антенные комплексы).

В космической связи применяются пассивные спутники связи. Таков, в частности, американский «Эхо-2», представляющий собой надувной шар диаметром 40 м из полимерной плёнки, покрытый алюминием.

Исследуется возможность применения искусственных облаков из паров металла, ионизируемых солнечным излучением или радиоизлучением с Земли.

Также неоднократно проводились эксперименты по использованию поверхности Луны.

В отношении пассивных ретрансляторов применяется также термин «зеркало», вне зависимости от их практической конструкции.

Пояс иголок

Пояс иголок — искусственное космическое образование, созданное на околоземной орбите из большого количества коротких кусков тонкой металлической проволоки, выброшенных из контейнера искусственного спутника Земли;

Основное применение — может служить пассивным ретранслятором с ненаправленным рассеянием. Два пояса иголок на высоте около 4000 км — в экваториальной и полярной плоскостях — обеспечивают связь между любыми наземными пунктами.

Служит такой ретранслятор несколько лет, чрезвычайно надёжен и дешёв, однако:

·         обладает малой предельной скоростью передачи сообщения (из-за очень большой протяжённости в пространстве).

·         опасен для других космических объектов.

·         для эффективного использования требуются значительные мощности наземных передатчиков.

Межсетевой экран (брандмауэр) — это шлюз, фильтрующий трафик, поступающий в сеть, для борьбы с несанкционированным доступом из внешних по отношению к ней сетей.