Что выбрать для прокладки локальной сети

Выбор канала связи: оптоволоконный, коаксиальный или витая пара?

Выбор канала связи для передачи данных является важным шагом при создании сети. Существует несколько типов каналов связи, каждый из которых имеет свои особенности и преимущества.

Оптоволоконный канал. Оптоволоконный канал представляет собой систему передачи данных с помощью световых сигналов, которые пропускаются через стеклянное или пластиковое волокно. Оптоволокно является самым новым и передовым типом канала связи, обладающим рядом значительных преимуществ:

Большая скорость передачи данных. Оптоволокно позволяет передавать огромные объемы информации на большие расстояния. Скорость передачи данных может достигать нескольких терабит в секунду.
Малые потери сигнала. Оптоволокно обладает высокой пропускной способностью и позволяет передавать данные на большие расстояния без существенных потерь качества сигнала.
Надежность. Оптоволокно устойчиво к электромагнитным помехам, влаге и другим неблагоприятным условиям, что делает его идеальным выбором для использования в промышленных и телекоммуникационных сетях.

Коаксиальный канал. Коаксиальный канал представляет собой систему передачи данных посредством электрического сигнала, передаваемого через центральный проводник и экранирование. Коаксиальный кабель также имеет свои преимущества:

Хорошая защита от помех. Экранирование коаксиального кабеля позволяет защитить передаваемые данные от внешних электромагнитных помех.
Высокая скорость передачи данных. Коаксиальный канал позволяет передавать данные со значительной скоростью.
Простота в использовании. Коаксиальные кабели достаточно просты в установке и подключении.

Витая пара. Витая пара представляет собой систему передачи данных посредством электрического сигнала, передаваемого через пару проводов, свитых вместе. Витая пара является самым распространенным типом канала связи в локальных сетях. Ее преимущества включают:

Низкая стоимость. Витая пара является наиболее доступным типом кабеля, что делает его привлекательным с экономической точки зрения.
Удобство использования. Витая пара достаточно гибкая и удобная в установке.
Хорошая совместимость. Витая пара поддерживает широко используемые протоколы связи, такие как Ethernet, что делает ее идеальным выбором для использования в локальной сети.

Итак, выбор канала связи зависит от конкретных требований и особенностей сети. Оптоволоконный канал обеспечивает наивысшую скорость передачи данных и надежность, но может быть дорогим в использовании. Коаксиальный канал предлагает хорошую защиту от помех, но может быть менее гибким. Витая пара является наиболее доступным и универсальным типом канала связи в локальных сетях.

В целом, выбор канала связи должен основываться на потребностях и бюджете проекта

Важно учесть все преимущества и ограничения каждого типа кабеля перед принятием окончательного решения

Уровни сетевой модели OSI и уровни TCP/IP

Для упрощения структуры большинство сетей организуются в наборы уровней, каждый последующий возводится над предыдущим.

Целью каждого уровня является предоставление неких сервисов для вышестоящих уровней. При этом от них скрываются детали реализации предоставляемого сервиса.

Протоколы, реализующие модель OSI никогда не применялись на практике, но имена и номера уровней используются по сей день.

Физический.
Канальный.
Сетевой.
Транспортный.
Сеансовый.
Представления.
Прикладной.

Для лучшего понимания приведу пример. Вы открываете страницу сайта в интернете. Что происходит?

Канальный уровень. Канальный уровень это технология каким образом будут связаны узлы (передающий и принимающий), тут вспоминает топологию сетей: кольцо, шина, дерево. Данный уровень определяет порядок взаимодействия между большим количеством узлов.

Сетевые протоколы (IPv4 и IPv6).
Протоколы маршрутизации и построения маршрутов.

Сеансовый уровень. Отвечает за управление сеансами связи. Производит отслеживание: кто, в какой момент и куда передает информацию. На этом уровне происходит синхронизация передачи данных.

Прикладной уровень. Осуществляет взаимодействие приложения (например браузера) с сетью.

Уровни TCP/IP

Набор протоколов TSP/IP основан на собственной модели, которая базируется на модели OSI.

Прикладной, представления, сеансовый = Прикладной.
Транспортный = Транспортный.
Сетевой = Интернет.
Канальный, физический = Сетевой интерфейс.

Уровень сетевого интерфейса

Уровень сетевого интерфейса (называют уровнем 2 или канальным уровнем) описывает стандартный метод связи между устройствами которые находятся в одном сегменте сети.

Этот уровень предназначен для связи расположенных недалеко сетевых интерфейсов, которые определяются по фиксированным аппаратным адресам (например MAC-адресам).

Уровень сетевого интерфейса так же определяет физические требования для обмена сигналами интерфейсов, кабелей, концентраторов, коммутаторов и точек доступа. Это подмножество называют физическим уровнем (OSI), или уровнем 1.

Например, интерфейсы первого уровня это Ethernet, Token Ring, Point-to-Point Protocol (PPP) и Fiber Distributed Data Interface (FDDI).

Немного о Ethernet на примере кадра web-страницы

Пакеты Ethernet называют кадрами. Первая строка кадра состоит из слова Frame. Эта строка содержит общую информацию о кадре.

В полном заголовке Ethernet есть такие значения как DestinationAddress и SourceAddress которые содержат MAC-адреса сетевых интерфейсов.

Поле EthernetType указывает на следующий протокол более высокого уровня в кадре (IPv4).

Уровень Интернета

Уровень интернета называют сетевым уровнем или уровнем 3. Он описывает схему адресации которая позволяет взаимодействовать устройствам в разных сетевых сегментах.

Если адрес в пакете относится к локальной сети или является широковещательным адресом в локальной сети, то по умолчанию такой пакет просто отбрасывается. Поэтому говорят, что маршрутизаторы блокируют широковещание.

Стек TCP/IP реализован корпорацией Microsoft ну уровне интернета (3). Изначально на этом уровне использовался только один протокол IPv4, позже появился протокол IPv6.

Протокол версии 4 отвечает за адресацию и маршрутизацию пакетов между узлами в десятках сегментах сети. IPv4 использует 32 разрядные адреса. 32 разрядные адреса имеют довольно ограниченное пространство, в связи с этим возникает дефицит адресов.

Протокол версии 6 использует 128 разрядные адреса. Поэтому он может определить намного больше адресов. В интернете не все маршрутизаторы поддерживают IPv6. Для поддержки IPv6 в интернете используются туннельные протоколы.

В Windows по умолчанию включены обе версии протоколов.

Транспортный уровень

Транспортный уровень модели TCP/IP представляет метод отправки и получения данных устройствами. Так же он создает отметку о предназначении данных для определенного приложения. В TCP/IP входят два протокола транспортного уровня:

Протокол TCP. Протокол принимает данные у приложения и обрабатывает их как поток байт.Байты группируются, нумеруются и доставляются на сетевой хост. Получатель подтверждает получение этих данных. Если подтверждение не получено, то отправитель отправляет данные заново.
Протокол UDP.Этот протокол не предусматривает гарантию и подтверждение доставки данных. Если вам необходимо надежное подключение, то стоит использовать протокол TCP.

Прикладной уровень

Обучаю HTML, CSS, PHP. Создаю и продвигаю сайты, скрипты и программы. Занимаюсь информационной безопасностью. Рассмотрю различные виды сотрудничества.

В данной статье мы рассмотрим основные методы коммутации в сетях.

Минусы

Дальность передачи. Уступает проводным технологиям. На практике большинство устройств, функционирующих по технологиям Wi-Fi, инфракрасного излучения и Bluetooth, работает на расстоянии всего лишь нескольких метров. Диспетчер по радиорелейной линии или портативной рации может передавать на десятки километров, но не всегда слышит ответ из-за низкорасположенной антенны автомобиля.
Затухание. Некоторые материалы и предметы гасят сигнал до 0, в результате образуются «мертвые зоны», где не работает радиосвязь. Вот поэтому зона распространения Bluetooth и Wi-Fi небольшая. В многоэтажных и длинных зданиях сигнал в компьютерных сетях часто настолько сильно затухает, что от данного способа коммуникаций приходится отказаться. В радиорелейных каналах в промежуточных точках устанавливают ретрансляторы. Эти устройства усиливают уровень сигналов и восстанавливают форму, чтобы передавать сообщения по линии связи дальше.
Помехозащищенность. Если на пути распространения сообщения оказываются источники электромагнитных излучений (радиоцентры, электростанции, телевизионные башни, искусственно созданные «глушилки» и т.п.), то форма его может сильно исказиться, и при приеме появляются ошибки, которые трудно или невозможно исправить. Производители беспроводного «железа» редко закладывают при изготовлении своих устройств возможность шифрования сигнала. Имея соответствующие навыки, злоумышленники могут подключиться и подслушать разговор или перехватить сообщение, поскольку не нужно физически присоединяться к кабелю.
Электропитание. Не всегда возможно или удобно приборы питать от сети, поэтому применяют аккумуляторы или дополнительные батарейки. Если владелец сервера или Умного дома не уследит, то настройки могут «слететь» и их придется перенастраивать заново.
Не всегда обеспечивается обратная связь. Например, в системах Умного дома, что не позволяет контролировать состояние оборудования.

Проводные (воздушные) линии связи

Эти линии могут использоваться для передачи телеграфного, телефонного или компьютерного сигнала. Они состоят из проводов, через которые и осуществляется обмен данными. Этот тип связи подходит для передачи цифровых и аналоговых сигналов, потому его популярность достаточно высокая.

К недостаткам такого подключения относится сравнительно невысокая скорость передачи сигнала и низкая степень защищенности от помех.

Также возможно банальное самовольное подключение недобросовестных абонентов, что ведет к снижению качества передачи данных и финансовым потерям компаний-вещателей.

Типы сообщений в USB

Спецификация шины определяет четыре различных типа передачи (transfer type) данных для конечных точек:

управляющие передачи
(Control Transfers
) — используются хостом для конфигурирования устройства во время подключения, для управления устройством и получения статусной информации в процессе работы. Протокол обеспечивает гарантированную доставку таких посылок. Длина поля данных управляющей посылки не может превышать 64 байт на полной скорости и 8 байт на низкой. Для таких посылок хост гарантированно выделяет 10% полосы пропускания;
передачи массивов данных
(Bulk Data Transfers
) — применяются при необходимости обеспечения гарантированной доставки данных от хоста к функции или от функции к хосту, но время доставки не ограничено. Такая передача занимает всю доступную полосу пропускания шины. Пакеты имеют поле данных размером 8, 16, 32 или 64 байт. Приоритет у таких передач самый низкий, они могут приостанавливаться при большой загрузке шины. Допускаются только на полной скорости передачи. Такие посылки используются, например, принтерами или сканерами;
передачи по прерываниям
(Interrupt Transfers
) — используются в том случае, когда требуется передавать одиночные пакеты данных небольшого размера. Каждый пакет требуется передать за ограниченное время. Операции передачи носят спонтанный характер и должны обслуживаться не медленнее, чем того требует устройство. Поле данных может содержать до 64 байт на полной скорости и до 8 байт на низкой. Предел времени обслуживания устанавливается в диапазоне 1—255 мс для полной скорости и 10—255 мс — для низкой. Такие передачи используются в устройствах ввода, таких как мышь и клавиатура;
изохронные передачи
(Isochronous Transfers
) — применяются для обмена данными в «реальном времени», когда на каждом временном интервале требуется передавать строго определенное количество данных, но доставка информации не гарантирована (передача данных ведется без повторения при сбоях, допускается потеря пакетов). Такие передачи занимают предварительно согласованную часть пропускной способности шины и имеют заданную задержку доставки. Изохронные передачи обычно используются в мультимедийных устройствах для передачи аудио- и видеоданных, например, цифровая передача голоса. Изохронные передачи разделяются по способу синхронизации конечных точек — источников или получателей данных — с системой: различают асинхронный, синхронный и адаптивный классы устройств, каждому из которых соответствует свой тип канала USB.

Контроллер последовательной шины USB: совместимость и расширенные возможности

Контроллер последовательной шины USB (Universal Serial Bus) является ключевым компонентом для обмена данными между компьютером и подключенными устройствами по USB. Он обеспечивает стандартизацию и протоколирование данных, обеспечивая передачу информации через USB-порты.

Преимущества применения контроллера последовательной шины USB:

Универсальность: USB является широко распространенным стандартом для подключения различных устройств, таких как принтеры, сканеры, веб-камеры, клавиатуры, мыши, флэш-накопители и другие периферийные устройства.
Плаг-энд-плей: USB-порты поддерживают функцию «плаг-энд-плей», что означает, что устройства могут быть подключены и отключены в любое время без перезагрузки компьютера.
Скорость передачи данных: Контроллер USB обычно поддерживает высокую скорость передачи данных, что позволяет быстро и эффективно обмениваться информацией.
Питание устройств: USB-порты обеспечивают электропитание устройств, что позволяет подключенным устройствам работать без использования дополнительных источников питания.
Поддержка горячей замены: Если устройство требует замены или обновления, оно может быть подключено или отключено в любое время без вмешательства в работу компьютера.

Контроллеры USB имеют возможность работать с различными поколениями USB, включая USB 1.1, USB 2.0, USB 3.0 и USB 3.1. Они поддерживают стандарты коммуникации, такие как USB HID (Human Interface Device), USB Mass Storage, USB Audio и другие.

Расширенные возможности контроллеров последовательной шины USB:

Поддержка высокоскоростной передачи данных до 10 Гбит/с: USB 3.1 предлагает улучшенную производительность и позволяет передавать большие объемы данных со значительно большей скоростью, чем предыдущие версии.
Поддержка повышенного энергопотребления: USB Power Delivery (USB PD) позволяет устройствам потреблять больше энергии и заряжать аккумуляторы в устройствах, таких как ноутбуки и смартфоны.
Поддержка различных видеоформатов: контроллеры USB также могут поддерживать передачу видео и аудио данных через USB-порты с использованием технологий, таких как USB Video Class (UVC), DisplayLink и других.
Поддержка различных устройств ввода и вывода: контроллеры USB могут обеспечивать поддержку различных устройств ввода и вывода, включая клавиатуры, мыши, джойстики, микрофоны и динамики.

Контроллеры последовательной шины USB обеспечивают совместимость и расширенные возможности для подключенных устройств, делая их универсальными и удобными в использовании. Они играют важную роль в современных компьютерных системах и способствуют продолжительному развитию технологии USB.

Распиновка USB 3.0 типы A и B

Шина версии 3.0 имеет подключение по 10 или 9 проводам. 9 контактов используется, если отсутствует провод Shield. Расположение контактов выполняется таким образом, чтобы можно было подключать устройства ранних модификаций.

Распайка USB 3.0:

A — штекер;
B — гнездо;
1, 2, 3, 4 — контакты, совпадающие с распиновкой контактов в спецификации 2.0, имеют ту же цветовую гамму;
5, 6 контакты для передачи данных по протоколу SUPER_SPEED, имеют обозначение SS_TX- и SS_TX+ соответственно;
7 — заземление GND;
8, 9 — контактные площадки проводов для приема данных по протоколу SUPER_SPEED, обозначение контактов: SS_RX- и SS_RX+.

Применение контроллера последовательной шины USB

Контроллер последовательной шины USB предоставляет возможность подключения устройств к компьютеру посредством USB-порта. Этот тип контроллера широко применяется в различных областях, включая:

Периферийные устройства: Контроллер последовательной шины USB позволяет подключать различные периферийные устройства к компьютеру, такие как клавиатуры, мыши, принтеры, сканеры и др. Это позволяет пользователям легко подключать и использовать такие устройства без необходимости установки дополнительных драйверов.
Хранение данных: Контроллер последовательной шины USB также используется для подключения внешних накопителей данных, таких как флеш-накопители, жесткие диски и SSD-накопители. Это обеспечивает быстрый и удобный способ передачи данных между компьютером и внешними устройствами хранения.
Аудио и видео устройства: Контроллер USB позволяет подключать аудио и видео устройства к компьютеру, такие как наушники, микрофоны, динамики, веб-камеры и другие. Это позволяет пользователям наслаждаться высококачественным звуком и видео без необходимости установки дополнительного оборудования.
Мобильные устройства: Большинство современных мобильных устройств, таких как смартфоны и планшеты, используют контроллер последовательной шины USB для подключения к компьютеру для синхронизации данных, зарядки аккумулятора и передачи файлов. Таким образом, контроллер USB играет важную роль в мобильной связи и обмене данными.

В современном мире применение контроллера последовательной шины USB охватывает множество областей, обеспечивая удобный и универсальный способ подключения различных устройств к компьютеру. Благодаря его надежности и простоте использования, USB-технология продолжает развиваться и находить новые применения в различных отраслях.

Распиновка USB на материнской плате

По умолчанию, на материнских платах уже есть выведенные порты USB на задней панели. Но дополнительно практически всегда присутствуют штыревые выходы, например, для передней панели системного блока. В подключении нет ничего сложного. Встречаются два варианта коммутации. Это может быть набор фишек для вставки в штырьки, либо используется целый блок. Один набор штырей на плате рассчитан на два USB-разъёма. Для версии 2.0 используется 9 контактов, для 3.0 — 19. Если подключение происходит с помощью набора фишек, то можно использовать всего четыре контакта для одного разъёма, а в случае с 3.0 — 9.

Разъёмы USB на плате подписаны. USB 3.0 заметно отличается от 2.0 размером ФОТО: forum.oszone.net

Назначение контактов на материнской плате строго регламентировано. Обе линии имеют один и тот же набор, исключение составляет пятый контакт, который служит своеобразным маяком, чтобы не подключить блок неправильно. Если он находится справа, то самая крайняя левая пара контактов отвечает за передачу питания, затем две пары для данных и правая — земля. Можно ориентироваться и по надписям на фишках, и по цветам. Хотя последний способ не так надёжен.

Схема контактов USB 2.0 на материнской плате ФОТО: forum.oszone.net

Изучать назначение контактов для USB 3.0 на плате не имеет смысла, так как разработчики максимально упростили подключение. Для этого используется фишка со всем необходимым комплектом контактов, воткнуть который неправильно практически невозможно.

Вообще, распиновка USB постепенно уходит в прошлое. Актуальным было знать размещение контактов для версий 1.0 и 2.0. Затем же кабели и разъёмы стали всё больше унифицироваться и проектироваться с наименьшими для пользователей проблемами при подключении. Большинству из них вообще никогда не придётся сталкиваться с ручной установкой или пайкой контактов. Это, скорее, удел радиолюбителей и «гиков».

Watch this video on YouTube

Предыдущая
DIY HomiusКак защитить входную дверь от взлома: 5 простых способов
Следующая
DIY HomiusДом на колёсах своими руками: как превратить микроавтобус в уютное жильё

Распиновка Micro-USB-разъема

Кабель Micro-USB имеет соединители с 5 контактными площадками. К ним подводится отдельный монтажный провод в изоляции нужного цвета. Чтобы штекер точно и плотно садился в гнездо, верхняя экранирующая часть имеет специальную фаску. Контакты микро-USB пронумерованы цифрами от 1 до 5 и читаются справа налево.

Распиновки коннекторов микро- и мини-USB идентичны, представлены в таблице:

Номер провода	Назначение	Цвет
1	VCC питание 5V	красный
2	данные	белый
3	данные	зеленый
4	функция ID, для типа A замыкается на заземление
5	заземление	черный

Экранирующий провод не припаивается ни к одному контакту.

Подключение кабеля USB для RS232 к компьютеру

Когда ваш USB кабель для RS232 готов, можно приступить к подключению к компьютеру. В этом разделе мы рассмотрим, как это правильно сделать.

Удостоверьтесь, что ваш компьютер включен и операционная система загружена.
Найдите свободный USB порт на задней или передней панели компьютера. Он должен быть маркирован символом USB.
Возьмите один конец вашего USB кабеля для RS232. Круглый коннектор должен быть подключен к соответствующему порту на вашем компьютере.
Если у вас есть переходник USB-A к порту USB-C или другой тип разъема, подключите его к кабелю и компьютеру.
Другой конец кабеля, с разъемом DB9 или DB25, должен быть подключен к устройству, поддерживающему RS232. Обычно это могут быть модемы, принтеры, сканеры или другие устройства с последовательным портом.

Внимательно проверьте все подключения, убедитесь, что они надежно и правильно выполнены.

После правильного подключения USB кабеля для RS232 к компьютеру вы должны увидеть, что операционная система обнаруживает новое устройство. Если устройство требует драйверов, установите их с помощью поставляемого диска или загрузите их с сайта производителя.

Теперь ваш USB кабель для RS232 подключен к компьютеру и готов к использованию. Вы можете начать работать с подключенным устройством и настраивать его соответствующим образом.

Развитие USB

До эры USB практически каждое внешнее устройство должно было быть подключено к ПК с помощью своего собственного кабеля. Каждый раз приходилось устанавливать другие драйверы и перезагружать систему много раз в течение этого процесса. Всё это вызывало проблемы, требовало почти секретных знаний и ограничивало широкое использование компьютеров среди домашних пользователей.

Работа над новым интерфейсом началась в начале 90-х годов, когда инженер Intel Аджай Бхатт решил, что использование компьютерной периферии должно быть намного проще. Ему удалось убедить работодателя, коллег и другие компании принять его точку зрения, а через несколько лет определить параметры и возможности стандарта и представить первые устройства.

Во время своей работы у него была одна мысль: «Вы берете устройство, подключаете его к компьютеру, и оно работает». Помимо Intel, в разработке стандарта также участвовали такие компании, как Compaq, DEC, IBM, Microsoft, NEC и Nortel.

Начало эры USB

Cтандарт USB был определен в конце 1995 года, и с 1996 года стали появляться компьютеры с новыми портами. Microsoft добавила поддержку USB в Windows 95 OSR2.1, но система требовала специального обновления. Первый большой показ рабочих устройств состоялся на выставке Comdex в Лас-Вегасе в 1998 году.

Apple не участвовала в работе над стандартом, но именно эта компания впервые представила компьютер, оснащенный только USB-портами в том же году. Всё стало быстро меняться, когда появилась Windows 98. Рынок был «наводнен» различными устройствами нового стандарта.

Интерфейс USB предлагал возможность самоконфигурации, это означало, что пользователю не нужно корректировать настройки, такие как прерывания или адреса памяти (до эры USB это было проклятием пользователей).

Более того, стандарт даже не предоставляет интерфейс. Стандартизованные разъемы гарантируют удобное подключение, а устройства, использующие стандарт, можно включать и выключать без перезагрузки компьютера. USB также позволяет избавиться от некоторых шнуров питания. Кроме того, благодаря необходимой сертификацией, пользователю гарантируется, что оборудование с логотипом USB будет работать так, как заявлено производителем.

Преимущество USB

Дополнительным преимуществом USB является возможность подключения нескольких внешних устройств к одному разъему. Один контроллер USB может обрабатывать 127 подключений. Чтобы сделать возможным подключение такого количества кабелей вообще, используются специальные концентраторы со многими выходами. Концентраторы могут быть каскадированы до пяти уровней. Концентратор может быть частью компьютера, отдельным устройством или внешним оборудованием – монитором или клавиатурой.

Максимальная длина USB-кабеля для стандартов USB 1.x и 2.x ограничена 5 метрами. Для версии 3.x стандарт ничего не говорит о длине, но определяет электрические требования, которым должно соответствовать соединение. Используя медные провода, на практике получается примерно 3 метра.

По прошествии более двадцати лет мы пришли к третьей версии стандарта USB, а готовится четвертая. Скорость передачи данных с использованием этого интерфейса за это время увеличилась в несколько тысяч раз, а разъёмы, использованные за эти годы, несколько раз меняли свой внешний вид.

Заключение

Подводя итого, можно сделать следующие выводы:

В качестве основного канала связи в профессиональных СКУД могут использоваться только те беспроводные технологии, которые эквивалентны по функционалу, назначению и стоимости стандартной проводной компьютерной сети предприятия — это Wi-Fi, Wi-Max и аналогичные беспроводные сети.
Технологии сенсорных сетей типа ZigBee, Z-Wawe и многие аналогичные должны использоваться по своему прямому назначению — для получения информации от различных датчиков без прокладки проводов на ограниченной (локальной) территории, но могут использоваться и для обслуживания беспроводных точек прохода с невысокой интенсивностью проходов
Такая привлекательная сеть как GSM может использоваться либо в «домашних» системах, либо как дополнительный канал удаленного доступа к серверу СКУД для получения отчетов и аналогичных действий. При этом, используя готовую инфраструктуру, за создание которой не требуется явно платить, готовьтесь постоянно оплачивать трафик такой сети.