Лекция 2 Физический и канальный уровни
• Описание уровня 1 (физического) эталонной модели OSI
• Кодирование
• Название и определение четырех сред передачи данных
• Критерии для оценки качественных характеристик среды передачи данных
• Описание уровня 2 (канального) эталонной модели OSI
• Описание и назначение МАС-адреса
• Описание и назначение сетевого адаптера.
Физический уровень
Термин "физический уровень" используется для того, чтобы показать, как сетевые функции привязаны к эталонной модели OSI. Как здание нуждается в фундаменте, так и сеть должна иметь основание, на котором она будет строиться. В эталонной модели OSI таким фундаментом служит физический уровень (рис. 2.1).
v 
Физический уровень определяет электрические, механические, процедурные и функциональные спецификации для активизации, поддержания и деактивизации физической связи между конечными системами.
Назначением физического уровня является передача данных. Данные, которыми является любой тип информации (рисунки, тексты и звуки), представлены в виде импульсов: либо электрических, называемых напряжением — при передаче по медному кабелю, либо световых — при передаче по оптоволоконному кабелю. Процесс передачи, называемый кодированием, выполняется с помощью среды передачи данных — кабелей и разъемов.
Среда передачи данных
Средой передачи данных называется физическая среда, пригодная для прохождения сигнала. Чтобы компьютеры могли обмениваться кодированной информацией, среда должна обеспечить их физическое соединение друг с другом. Существует несколько видов сред, применяемых для соединения компьютеров (рис. 2.2):
- коаксиальный кабель;
- неэкранированная витая пара;
- экранированная витая пара;
- оптоволоконный кабель.
Коаксиальный кабель
Коаксиальный кабель состоит из внешнего цилиндрического пустотелого проводника, окружающего один внутренний провод (рис. 2.3).
Рисунок 2.3 – Коаксиальный кабель
Коаксиальный кабель состоит из двух проводящих элементов. Один из них— медный провод, находящийся в центре кабеля и окруженный слоем гибкой изоляции. Поверх изоляционного материала расположен экран из тонких переплетающихся медных проводов или из металлической фольги, который в электрической цепи играет роль второго провода. Как следует из названия, внешняя оплетка служит для экранирования центрального провода от влияния помех. Снаружи экран покрыт оболочкой.
Для локальных сетей применение коаксиального кабеля дает несколько преимуществ.
Коаксиальный кабель может использоваться без усиления сигнала на больших расстояниях, чем экранированная или неэкранированная витая пара. Это означает, что сигнал может проходить более длинные расстояния между сетевыми узлами, не нуждаясь в повторителе для усиления сигнала, как в витой паре Коаксиальный кабель дешевле, чем оптоволоконный. Наконец, в течение долгого времени коаксиальный кабель использовался во всех типах обмена данными, что позволило хорошо изучить эту технологию.
Коаксиальный кабель бывает разной толщины. Как правило, с более толстым кабелем работать менее удобно Об этом следует помнить, особенно если кабель надо будет протягивать по уже существующим коробам и желобам с ограниченным размером Такой кабель так и называют— толстым (thicknet). Он достаточно жесткий из-за экрана и имеет оболочку желтого цвета. В некоторых ситуациях прокладка толстого кабеля весьма затруднительна, поэтому необходимо помнить, что чем сложнее среда передачи данных в установке, тем дороже сама установка.
Неэкранированная витая пара
Кабель на основе неэкранированной витой пары (unshielded twisted-pair, UTP) используется во многих сетях и представляет собой четыре пары скрученных между собой проводов, при этом каждая пара изолирована от других (рис. 2.4).
Рисунок 2.4 – Многие сети используют кабель UTP,
который состоит из четырех пар проводов
Кабель UTP, применяемый в сетях передачи данных, имеет четыре пары медных проводов сортамента 22 или 24 и наружный диаметр около 0,17 дюйма (4,35 мм). Небольшой диаметр кабеля UTP дает определенные преимущества при прокладке. Поскольку неэкранированная витая пара может использоваться в большинстве сетевых архитектур, популярность ее продолжает расти.
Кабель UTP проще в установке и дешевле других типов сред передачи данных. Фактически удельная стоимость UTP на единицу длины меньше, чем у любого другого типа кабелей, использующихся в локальных сетях. Однако реальным преимуществом витой пары остается ее размер. Так как этот кабель имеет небольшой внешний диаметр, то он будет не так быстро заполнять сечение коробов, как другие виды кабелей. Этот фактор становится особенно важным, когда речь идет о прокладке сети в старых зданиях. Кроме того, на концах кабеля UTP, как правило, используется специальный разъем — RJ-коннектор (registered jack connector) (рис. 2.5).
Рисунок 2.5 – UTP использует RJ-коннекторы
(Registered Jack, «зарегистрированный разъем»). RJ коннекторы (а не RG, как иногда ошибочно пишут) широко распространены и знакомы практически всем. Корпус RJ разъема состоит из прозрачного пластика, внутри которого – несколько ножей-контактов, покрытых золотым напылением. В компьютерных сетях (4-жильная витая пара) используется стандартный разъем RJ-45, имеющий маркировку "8p8c" (8 Position, 8 Contacts). Контакты коннектора RJ-45 различаются в зависимости от вида кабеля, с которым они применяются (одножильный или многожильный), но существуют и универсальные разъемы. Для оконечивания экранированного кабеля используются экранированные разъемы. Они отличаются наличием металлического кожуха, который соединяется с экраном самого кабеля, и используются только с экранированным оборудованием (розетками, патч-панелями и др.). В системах телефонии обычно используются коннекторы типов RJ-11 или RJ-12, поскольку число жил телефонного кабеля не превышает 6-ти. Для того чтобы самостоятельно обжать коннектор, необходим инструмент для зачистки и обрезки витой пары.
Вообще говоря, кабель UTP более подвержен электрическим шумам и помехам, чем другие типы носителей. Одно время можно было сказать, что кабель UTP уступает в скорости передачи данных другим видам кабелей. Но сейчас это уже не так. Фактически, сегодня UTP является самой быстрой средой передачи данных на основе медных проводников. Однако, в случае использования кабеля UTP, расстояние между усилителями сигнала меньше, чем при использовании коаксиального кабеля.