دانلود مقاله کابل و شبکه

کابل و شبکه
در شبکه های محلی از کابل بعنوان محیط انتقال و بمنظور ارسال اطلاعات استفاده می گردد.ازچندین نوع کابل در شبکه های محلی استفاده می گردد.

در برخی موارد ممکن است در یک شبکه صرفا از یک نوع کابل استفاده و یا با توجه به شرایط موجود از چندین نوع کابل استفاده گردد.

نوع کابل انتخاب شده برای یک شبکه به عوامل متفاوتی نظیر : توپولوژی شبکه، پروتکل و اندازه شبکه بستگی خواهد داشت .

آگاهی از خصایص و ویژگی های متفاوت هر یک از کابل ها و تاثیر هر یک از آنها بر سایر ویژگی های شبکه، بمنظور طراحی و پیاده سازی یک شبکه موفق بسیار لازم است .

________________________________________
کابل Unshielded Twisted Pair )UTP)

متداولترین نوع کابلی که در انتقال اطلاعات استفاده می گردد ، کابل های بهم تابیده می باشند.

این نوع کابل ها دارای دو رشته سیم به هم پیچیده بوده که هر دو نسبت زمین دارای یک امپدانش یکسان می باشند.

بدین ترتیب امکان تاثیر پذیری این نوع کابل ها از کابل های مجاور و یا سایر منابع خارجی کاهش خواهد یافت .

کابل های بهم تابیده دارای دو مدل متفاوت : Shielded ( روکش دار ) و Unshielded ( بدون روکش ) می باشند.

کابل UTP نسبت به کابل STP بمراتب متداول تر بوده و در اکثر شبکه های محلی استفاده می گردد.کیفیت کابل های UTP متغیر بوده و از کابل های معمولی استفاده شده برای تلفن تا کابل های با سرعت بالا را شامل می گردد.

کابل دارای چهار زوج سیم بوده و درون یک روکش قرار می گیرند.

هر زوج با تعداد مشخصی پیچ تابانده شده ( در واحد اینچ ) تا تاثیر پذیری آن از سایر زوج ها و یاسایر دستگاههای الکتریکی کاهش یابد.

کابل های UTP دارای استانداردهای متعددی بوده که در گروههای (Categories) متفاوت زیر تقسیم شده اند:


Type
کاربرد

Cat 1 فقط صوت ( کابل های تلفن )
Cat 2 داده با سرعت 4 مگابیت در ثانیه
Cat 3 داده با سرعت 10 مگابیت در ثانیه
Cat 4 داده با سرعت 20 مگابیت در ثانیه
Cat 5 داده با سرعت 100 مگابیت در ثانیه
________________________________________
مزایای کابل های بهم تابیده

1-سادگی و نصب آسان
2-انعطاف پذیری مناسب

3-دارای وزن کم بوده و براحتی بهم تابیده می گردند.

________________________________________
معایب کابل های بهم تابیده
<><>


1-تضعیف فرکانس

2-بدون استفاده از تکرارکننده ها ، قادر به حمل سیگنال در مسافت های طولانی نمی باشند.

3-پایین بودن پهنای باند

4-بدلیل پذیرش پارازیت در محیط های الکتریکی سنگین بخدمت گرفته نمی شوند.

کانکتور استاندارد برای کابل های UTP ، از نوع RJ-45 می باشد.

کانکتور فوق شباهت زیادی به کانکتورهای تلفن (RJ-11) دارد.

هر یک از پین های کانکتور فوق می بایست بدرستی پیکربندی گردند.

(RJ:Registered Jack)

________________________________________
کابل کواکسیال



یکی از مهمترین محیط های انتقال در مخابرات کابل کواکسیال و یا هم محور می باشد .

این نوع کابل ها از سال 1936 برای انتقال اخبار و اطلاعات در دنیار به کار گرفته شده اند.

در این نوع کابل ها، دو سیم تشکیل دهنده یک زوج ، از حالت متقارن خارج شده و هر زوج از یک سیم در مغز و یک لایه مسی بافته شده در اطراف آن تشکیل می گردد.

در نوع دیگر کابل های کواکسیال ، به حای لایه مسی بافته شده ، از تیوپ مسی استوانه ای استفاده می شود.

ماده ای پلاستیکی این دو هادی را از یکدیگر جدا می کند.

ماده پلاستیکی ممکن است بصورت دیسکهای پلاستیکی یا شیشه ای در فواصل مختلف استفاده و مانع از تماس دو هادی با یکدیگر شود و یا ممکن است دو هادی در تمام طول کابل بوسیله مواد پلاستیکی از یکدیگر جدا گردند.

________________________________________
مزایای کابل های کواکسیال

1-قابلیت اعتماد بالا

2-ظرفیت بالای انتقال ، حداکثر پهنای باند 300 مگاهرتز

3-دوام و پایداری خوب

4-پایطن بودن مخارج نگهداری

5-قابل استفاده در سیستم های آنالوگ و دیجیتال

6-هزینه پائین در زمان توسعه

7-پهنای باند نسبتا وسیع که مورد استفاده اکثر سرویس های مخابراتی از جمله تله کنفرانس صوتی و تصویری است .

________________________________________
معایب کابل های کواکسیال






1-مخارج بالای نصب

2-نصب مشکل تر نسبت به کابل های بهم تابیده

3-محدودیت فاصله

4-نیاز به استفاده از عناصر خاص برای انشعابات
از کانکتورهای BNC)Bayone -Neill - Concelman) بهمراه کابل های کواکسیال استفاده می گردد.

اغلب کارت های شبکه دارای کانکتورهای لازم در این خصوص می باشند.

فیبر نوری یکی از جدیدترین محیط های انتقال در شبکه های کامپیوتری ، فیبر نوری است .

فیبر نوری از یک میله استوانه ای که هسته نامیده می شود و جنس آن از سیلیکات است تشکیل می گردد.

شعاع استوانه بین دو تا سه میکرون است .

روی هسته ، استوانه دیگری ( از همان جنس هسته ) که غلاف نامیده می شود ، استقرار می یابد.

ضریب شکست هسته را با M1 و ضریب شکست غلاف را با M2 نشان داده و همواره M1>M2 است .

در این نوع فیبرها ، نور در اثر انعکاسات کلی در فصل مشترک هسته و غلاف ، انتشار پیدا خواهد کرد.

منابع نوری در این نوع کابل ها ، دیود لیزری و یا دیودهای ساطع کننده نور می باشند.منابع فوق ، سیگنال های الکتریکی را به نور تبدیل می نمایند.

مزایای فیبر نوری 1-حجم و وزن کم 2-پهنای باند بالا 3-تلفات سیگنال کم و در نتیجه فاصله تقویت کننده ها زیاد می گردد.

4-فراوانی مواد تشکیل دهنده آنها 5-مصون بودن از اثرات القاهای الکترو معناطیسی مدارات دیگر 6-آتش زا نبودن آنها بدلیل عدم وجود پالس الکتریکی در آنها 7-مصون بودن در مقابل عوامل جوی و رطوبت 8-سهولت در امر کابل کشی و نصب 9-استفاده در شبکه های مخابراتی آنالوگ و دیجیتال 10-مصونیت در مقابل پارازیت معایب فیبر نوری 1-براحتی شکسته شده و می بایست دارای یک پوشش مناسب باشند.

مسئله فوق با ظهور فیبر های تمام پلاستیکی و پلاستیکی / شیشه ای کاهش پیدا کرده است .

2-اتصال دو بخش از فیبر یا اتصال یک منبع نور به فیبر ، فرآیند دشواری است .

در چنین حالتی می توان از فیبرهای ضخیم تر استفاده کرد اما این مسئله باعث تلفات زیاد و کم شدن پهنای باند می گردد.

3-از اتصالات T شکل در فیبر نوری نمی توان جهت گرفتن انشهاب استفاده نمود.

در چنین حالتی فیبر می بایست بریده شده و یک Detector اضافه گردد.

دستگاه فوفق می بایست قادر به دریافت و تکرار سیگنال را داشته باشد.

4-تقویت سیگنال نوری یکی از مشکلات اساسی در زمینه فیبر نوری است .

برای تقویت سیگنال می بایست سیگنال های توری به سیگنال های الکتریکی تبدیل ، تقویت و مجددا" به علائم نوری تبدیل شوند.

کابل های استفاده شده در شبکه های اترنت Specification Cable Type Maximum length 10BaseT Unshielded Twisted Pair 100 meters 10Base2 Thin Coaxial 185 meters 10Base5 Thick Coaxial 500 meters 10BaseF Fiber Optic 2000 meters 100BaseT Unshielded Twisted Pair 100 meters 100BaseTX Unshielded Twisted Pair 220 meters لایه فیزیکی لایه فیزیکی پایین ترین لایه می باشد.این لایه وظیفه انتقال بیت ها از طریق کانال مخابراتی را عهده دار می شود.مسائل طراحی در این لایه عمدتا از نوع فیزیکی، الکتریکی، تایمینگ، رسانه فیزیکی انتقال است.

در این لایه باید نقش عوامل طبیعی را نیز در نظر داشته باشیم.

در این بخش بیشتر درباره نحوه انتقال فیزیکی اطلاعات بحث می گردد.

این رسانه ها را می توان در دو دسته تقسیم بندی نمود: رسانه های هدایت پذیر همچون سیم مسی و فیبر نوری.

رسانه های هدایت ناپذیر همچون بیسیم ٬ امواج رادیوی زمینی و ماهواره.

رسانه های فیزیکی مختلف با توجه پارامتر های پهنای باند٬ تأخیر انتشار٬ سهولت نصب و نگهداری مقایسه می گردند.

رسانه های هدایت پذیر رسانه مغناطیسی زوج بهم تابیده این سبک انتقال اطلاعات به کمک نوار مغناطیسی ٬ دیسک ٬ سی دی ٬ دی وی دی انجام می گیرد.

با یک حساب سر انگشتی می توان نتیجه گرفت که به کمک این ابزار ها و ارسال آنها از طریق پست می توان تا پهنای باند 400 Gbps هم رسید که آرزوی دست نیافتنی برای شبکه های رایانه ای خصوصأ در ایران به شمار می رود!!!

در مورد قیمت هم وضعیت به همین شکل است.

زوج تابیده چیزی که کاملا مشخص است این است که باید در قضاوت خود عجله نکنیم.

تاخیر انتشار نوار مغناطیسی نا امید کننده است.

با بایستی چندین ساعت جهت رسیدن اولین بسته اطلاعاتی از ارسال کننده به کامپیوتر خود صبر کنیم.

زوج تابیدهٔ بدون زره (UTP) زوج تابیده یا twisted pair یکی از با سابقه ترین رسانه های انتقال است که بر پایه انتقال ولتاژ یا آمپراژ عمل می کند.

زوج تابیده٬ دو رشته سیم مسی به هم تابیده است که درون عایقی به شعاع یک میلیمتر قرار گرفته است.

تاباندن این دو رشته سیم به دور هم جهت خنثی سازی یکدیگر و صرفه جویی در تلف شدن انرژی می باشد.

زوج تابیدهٔ زره دار(STP) این سیم ها معمولا جهت انتقال سیگنالهای آنالوگ و دیجیتال مورد استفاده قرار می گیرند(مثلا در شبکه های تلفن).

پهنای باند این رسانه به دو عامل ضخامت سیم و طول سیم بستگی دارد.

Cat 3 ٬ Cat 5 ٬ Cat 6 ٬ Cat 7 از مدل های این نوع رسانه به شمار می روند که در بازار به تمام آنها زوج تابیدهٔ بدون زره یا UTP گفته می شود.

البته مدل زره دار آن که گران نیز بود با نام STP در بعضی کاربردهای خاص استفاده می شود.

کابل کواکسیال کابل کواکسیال یا کواکس دارای غلافی فلزی است که باعث شده برتری هایی نسبت به زوج تابیده ‍یدا کند.

کابل کواکسیال تشکیل شده است از سیم مسی سخت به نام هسته یا Core ٬ لایه عایق استوانه ای ٬ توری فلزی و پوشش پلاستیکی.

این ساختار در شکل مشخص شده است.

ساختار کابل کواکسیال این کابل سرعت مناسبی دارد و نویز کمتری می گیرد.

پهنای باند آن به کیفیت مواد به کار رفته و طول کامل ارتباط مستقیم دارد.

===فیبر نوری=== فیبر نوری از پالس‌های نور برای انتقال داده‌ها از طریق تارهای سیلکون بهره می‌گیرد.

یک کابل فیبر نوری که کمتر از یک اینچ قطر دارد می‌تواند صدها هزار مکالمهٔ صوتی را حمل کند .

فیبرهای نوری تجاری ظرفیت ۲٫۵ گیگابایت در ثانیه تا ۱۰ گیگابایت در ثانیه را فراهم می‌‌سازند .

فیبر نوری از چندین لایه ساخته می‌شود.

درونی‌ترین لایه را هسته می‌‌نامند.

هسته شامل یک تار کاملاً بازتاب کننده از شیشه خالص (معمولاً) است.

هسته در بعضی از کابل‌ها از پلاستیک کاملاً بازتابنده ساخته می‌شود، که هزینه ساخت را پایین می‌‌آورد.

با این حال، یک هسته پلاستیکی معمولاً کیفیت شیشه را ندارد و بیشتر برای حمل داده‌ها در فواصل کوتاه به کار می‌رود.

حول هسته بخش پوسته قرار دارد، که از شیشه یا پلاستیک ساخته می‌شود.

هسته و پوسته به همراه هم یک رابط بازتابنده را تشکیل می‌‌دهند که باعث می‌شود که نور در هسته تابیده شود تا از سطحی به طرف مرکز هسته باز تابیده شود که در آن دو ماده به هم می‌‌رسند.

این عمل بازتاب نور به مرکز هسته را (بازتاب داخلی کلی) می‌‌نامند.

قطر هسته و پوسته با هم حدود ۱۲۵ میکرون است (هر میکرون معادل یک میلیونیم متر است)، که در حدود اندازه یک تار موی انسان است.

بسته به سازنده، حول پوسته چند لایه محافظ، شامل یک پوشش قرار می‌گیرد.

ساختار فیبر نوری یک پوشش محافظ پلاستکی سخت لایه بیرونی را تشکیل می‌‌دهد.

این لایه کل کابل را در خود نگه می‌‌دارد، که می‌تواند صدها فیبر نوری مختلف را در بر بگیرد.

قطر یک کابل نمونه کمتر از یک اینچ است .

از لحاظ کلی، دو نوع فیبر وجود دارد: تک حالتی و چند حالتی.

فیبر تک حالتی یک سیگنال نوری را در هر زمان انتشار می‌‌دهد، در حالی که فیبر چند حالتی می‌تواند صدها حالت نور را به طور هم‌زمان انتقال بدهد .

فیبر نوری طراحان فیبرهای نسل سوم، فیبرهایی را مد نظر داشتند که دارای کمترین تلفات و پاشندگی باشند.

برای دستیابی به این نوع فیبرها، محققین از حداقل تلفات در طول موج ۵۵/۱ میکرون و از حداقل پاشندگی در طول موج ۳/۱ میکرون بهره جستند و فیبری را طراحی کردند که دارای ساختار نسبتاً پیچیده‌تری بود.

در عمل با تغییراتی در پروفایل ضریب شکست فیبرهای تک مد از نسل دوم، که حداقل پاشندگی آن در محدوده ۳/۱ میکرون قرار داشت، به محدوده ۵۵/۱ میکرون انتقال داده شد و بدین ترتیب فیبر نوری با ماهیت متفاوتی موسوم به فیبر دی.اس.اف ساخته شد.

لایه شبکه مدل مرجع OSI وظایف این لایه به ترتیب زیر است: کنترل عملکرد زیر شبکه مسیر یابی کنترل گلوگاه ها کیفیت سرویس دهی به پیوستن شبکه های نا همگن لایه پیوندداده مدل مرجع OSI وظایف این لایه به ترتیب زیر است: رفع خطاهای فیزیکی فریم بندی داده‌ها هماهنگی بین سرعت گیرنده و فرسنده کنترل دسترسی به کانال مشترک توپولوژی تعریف مجموعه X به همراه گردایه T از زیرمجموعه‌های X را یک فضای توپولوژیکی گویند هر گاه: مجموعه تهی و X عضو T باشند.

اجتماع هر گردایه از مجموعه‌های عضو T در T قرار دارد.

اشتراک هر دو مجموعه عضو T در T قرار دارد.

مجموعه T را یک توپولوژی روی X می‌گوییم.

همچنین اعضای T مجموعه‌های باز در X و متتم آنها مجموعه‌های بسته در X هستند.

اعضای X را نقاط می‌‌نامیم.

ارتباط بین دو فضای توپولوژیک روی یک مجموعه مانند X توپولوژیهای متعددی می‌توان تعریف کرد (حداقل دو توپولوژی گسسته و ناگسسته را می‌توانیم روی X تعریف کنیم).

حال فرض کنید T1 و T2 دو توپولوژی روی X هستند.

اگر هر عضو T1، عضوی از T2 نیز باشد آنگاه می‌گوییم T2 ظریفتر از T1 است.

در این صورت اثباتی که برای وجود یک مجموعه باز معین ارائه می‌‌دهیم در مورد توپولوژی ظریفتر هم برقرار است.

توابع پیوسته فرض می‌‌کنیم (X,T)و(Y,U) دو فضای توپولوژیک دلخواه باشند: تابع f:X − > Y در نقطهٔ x واقع در X را پیوسته گوییم، هرگاه به ازای هر مجموعهٔ باز شامل f(x) مانند YB، مجموعهٔ بازی مانند XB شامل x وجود داشته باشد به طوری که [XB]f زیر مجموعهٔ YB باشد.

به همین ترتیب می‌‌گوییم تابع f:X − > Y در مجموعهٔ A واقع در X پیوسته است رد صورتی که در تمام نقاط A پیوسته باشد.

قضیه : تابع f:X − > Y در X پیوسته است اگر و تنها اگر به ازای هر زیر مجموعه باز در Y مانند YB، مجموعه ی1-[YB]f زیر مجموعهٔ باز X باشد.

به طور خلاصه : فرض کنید X و Y دو فضای توپولوژیکی هستند.

یک تابع بین X و Y را پیوسته می‌گوییم اگر تصویر معکوس هر مجموعه باز در X یک مجموعه باز در Y باشد.

در واقع نشان می‌‌دهیم که هیچ شکستگی یا انفصال در تابع وجود ندارد.

مثال R یک فضای توپولوژیکی است و مجموعه‌های باز در آن بازه‌های باز هستند.

به طور کلی فضای اقلیدسی Rn یک فضای توپولوژیکی است و مجموعه‌های باز در آن گوی‌های باز هستند.

چند قضیه توپولوژی هر بازه بسته با طول متناهی در Rn فشرده است.

و معکوس تصویر پیوسته یک فضای فشرده، فشرده است.

قضیه تیخونوف: حاصلضرب فضاهای فشرده، یک فضای فشرده است.

زیر مجموعه فشرده یک فضای هاسدورف، بسته است.

هر فضای متری هاسدورف است.

توپولوژی حلقوی " Ring " ]12]: این توپولوژی توسط شرکت IBM اختراع شد وبهمین دلیل است که این توپولوژی بنام IBM Tokenring " مشهور است.

در این توپولوژی کلیه کامپیوتر ها به گونه ای به یکدیگر متصل هستند که مجموعه آنها یک حلقه را می سازد.

کامپیوتر مبدا اطلاعات را به کامپیوتری بعدی در حلقه ارسال نموده وآن کامپیوتر آدرس اطلاعات رابرای خود کپی می کند، آنگاه اطلاعات را به کامپیوتر بعدی در حلقه منتقل خواهد کرد وبهمین ترتیب این روند ادامه پیدا می کند تا اطلاعات به کامپیوتر مبدا برسد.

سپس کامپیوتر مبدا این اطلاعات را از روی حلقه حذف می کند.

نقاط ضعف توپولوژی فوق عبارتند از: *اگر یک کامپیوتر از کار بیفتد ، کل شبکه متوقف می شود.

* به سخت افزار پیچیده نیاز دارد " کارت شبکه آن گران قیمت است ".

* برای اضافه کردن یک ایستگاه به شبکه باید کل شبکه را متوقف کرد.

نقاط قوت توپولوژی فوق عبارتند از : * نصب شبکه با این توپولوژی ساده است.

* توسعه شبکه با این توپولوژی به راحتی انجام می شود.

* در این توپولوژی از کابل فیبر نوری میتوان استفاده کرد.

توپولوژی اتوبوسی " BUS"]13]: در یک شبکه خطی چندین کامپیوتر به یک کابل بنام اتوبوسی متصل می شوند.

در این توپولوژی ، رسانه انتقال بین کلیه کامپیوتر ها مشترک است.

یکی از مشهورترین قوانین نظارت بر خطوط ارتباطی در شبکه های محلی اترنت است.

توپولوژی اتوبوس از متداوالترین توپولوژی هایی است که در شبکه محلی مورد استفاده قرار می گیرد.

سادگی ، کم هزینه بودن وتوسعه آسان این شبکه ، از نقاط قوت توپولوژی اتوبوسی می باشد.

نقطه ضعف عمده این شبکه آن است که اگر کابل اصلی که بعنوان پل ارتباطی بین کامپیوتر های شبکه می باشد قطع شود، کل شبکه از کار خواهد افتاد.

توپولوژی توری " Mesh"]14] : در این توپولوژی هر کامپیوتری مستقیما به کلیه کامپیوترهای شبکه متصل می شود.

مزیت این توپولوژی آن است که هر کامپیوتر با سایر کامپیوتر ها ارتباطی مجزا دارد.

بنابراین ، این توپولوژی دارای بالاترین درجه امنیت واطمینان می باشد.

اگر یک کابل ارتباطی در این توپولوژی قطع شود ، شبکه همچنان فعال باقی می ماند.

از نقاط ضعف اساسی این توپولوژی آن است که از تعداد زیادی خطوط ارتباطی استفاده می کند، مخصوصا زمانیکه تعداد ایستگاه ها افزایش یابند.

به همین جهت این توپولوژی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست.

برای مثال ، در یک شبکه با صد ایستگاه کاری ، ایستگاه شماره یک نیازمند به نود ونه می باشد.

تعداد کابل های مورد نیاز در این توپولوژی با رابطه N(N-1)/2 محاسبه می شود که در آن N تعداد ایستگاه های شبکه می باشد.

توپولوژی درختی " Tree" ]15] : این توپولوژی از یک یا چند هاب فعال یا تکرار کننده برای اتصال ایستگاه ها به یکدیگر استفاده می کند.

هاب مهمترین عنصر شبکه مبتنی بر توپولوژی در ختی است : زیرا کلیه ایستگاه ها را به یکدیگر متصل می کند.

وظیفه هاب دریافت اطلاعات از یک ایستگاه و تکرار وتقویت آن اطلاعات وسپس ارسال آنها به ایستگاه دیگر می باشد.

توپولوژی ترکیبی " Hybrid" این توپولوژی ترکیبی است از چند شبکه با توپولوژی متفاوت که توسط یک کابل اصلی بنام استخوان بندی " Back bone" به یکدیگر مرتبط شده اند .

هر شبکه توسط یک پل ارتباطی " Bridg" به کابل استخوان بندی متصل می شود.

پروتکل[16] : برای برقراری ارتباط بین رایانه ها ی سرویس گیرنده و سرویس دهنده قوانین کامپیوتری برای انتقال ودریافت داده مشخص شده اند که به قرارداد یا پروتکل موسومند.

این قرارداد ها وقوانین بصورت نرم افزاری در سیستم برای ایجاد ارتباط ایفای نقش می کنند.

پروتکل با قرارداد ، در واقع زبان مشترک کامپیوتری است که برای درک وفهم رایانه بهنگام در خواست وجواب متقابل استفاده می شود.

پروتکل تعیین کننده مشخصه های شبکه ، روش دسترسی وانواع فیزیکی توپولوژی ها ، سرعت انتقال داده ها وانواع کابل کشی است .