Компьютер-Информ || Архив || Рубрики || Поиск || Подписка || Работа || О "КИ" || Карта
Локальные проводные сети
Алексей Николаев, [email protected]
Сергей Шутов, [email protected]
Без сетей теперь не обходятся даже малые предприятия. Согласно данным обследования компании ╚Ри-Вита╩, уже в 68 % малых предприятий России компьютеры и сервер увязаны в сеть. Простота подключения проводов от компьютера к компьютеру (или установки шлюза беспроводного доступа) как и все современные hi-tech-решения подразумевают под собой на самом деле достаточно сложные явления, понятия и проблемы. И чтобы не наступить на грабли, специалист, увязывающий все в сеть, должен помнить о начале начал ≈ о стандартах! Но, к сожалению, опыт показывает, что даже солидные компьютерные фирмы умудряются изготавливать проекты, в которых на сети длиной в 2600 м планируется ставить многомодовое оптоволокно вместо требуемого одномодового.
Поэтому редакция ╚КИ╩ заказала цикл статей, посвященный стандартам для локальных проводных и беспроводных сетей. Надеемся, что эти статьи будут полезны нашим читателям, ≈ как заказчикам, так и исполнителям.
Под локальной сетью (ЛВС, LAN) обычно подразумевают объединение компьютеров, расположенных в ограниченном пространстве. Локальные сети можно объединять в более крупные сети, такие как CAN (группа зданий), MAN (город), WAN (широкомасштабная сеть), GAN (глобальная сеть).
При построении современных сетей (и вообще создании коммуникационной инфраструктуры зданий) используется концепция СКС (структурированных кабельных систем). Существуют несколько стандартов на построение этих систем ≈ ISO/IEC 11801 (международный), EN 50173:1995 (Европа), ANSI/TIA/EIA-568-A (США), но принцип в них заложен один и тот же. Каждое рабочее место должно быть оборудовано телекоммуникационным разъемом (ТР), соединенным горизонтальным кабелем (не более 90 м) с распределительным пунктом (РП) этажа. 10 метров отводятся для подключения компьютеров и оборудования к ТР. Все РП этажей соединяются вертикальными кабелями (рекомендуется не более 500 м) с РП здания и составляют магистральную подсистему здания. Ну и, наконец, все РП зданий соединяются кабелями длиной до 1500 м с РП комплекса и образуют магистральную систему комплекса. Вообще говоря, соблюдение этих длин не обязательно (хотя очень желательно), так как сетевые кабели находятся за рамками этих стандартов. Стандартом также определяется максимальная допустимая длина кабеля между источником и приемником в зависимости от физической среды передачи для различных технологий.
Очевидно, чтобы соединять различные устройства в проводной сети, вам необходимы кабели. Естественно, не каждый кабель можно использовать для соединения сетевых устройств. Например, шнур от старого утюга для этих целей лучше не применять (хотя некоторые умельцы, которым жалко денег на витую пару, делали и так). Поэтому во всех сетевых стандартах определены необходимые условия и характеристики используемого кабеля, такие как полоса пропускания, волновое сопротивление (импеданс), удельное затухание сигнала, помехозащищенность и другие.
Существуют два принципиально разных вида сетевых кабелей: медные и оптоволоконные.
Кабели на основе медных проводов, в свою очередь, делятся на коаксиальные и некоаксиальные. Обычно используемая витая пара (RG-45) формально не относится к коаксиальным проводам, но многие характеристики присущие коаксиальным проводам, применимы и к ней. Недавно появился новый способ построения сетей (в основном домашних), основанный на телефонной проводке. Отдельно стоят кабельные модемы, обеспечивающие соединение ╚точка-точка╩ по различным средам, и сеть, использующая электропроводку.
Коаксиальный кабель представляет собой центральный проводник, окруженный слоем диэлектрика (изолятора) и экраном из металлической оплетки, выполняющим также роль второго контакта в кабеле. Для повышения помехоустойчивости иногда поверх металлической оплетки помещают тонкий слой алюминиевой фольги. В лучших коаксиальных кабелях используют для изготовления серебро и даже золото. В локальных сетях применяются кабели с сопротивлением 50 Ом (RG-11, RG-58) и 93 Ом (RG-62). Главный недостаток коаксиальных кабелей ≈ их пропускная способность, которая не превышает 10═Мбит/с, что в современных сетях считается недостаточным. На самом деле ограничение здесь накладывает не сам коаксиальный кабель (полоса передачи коаксиальных кабелей очень велика, затухание же у хороших кабелей очень низкое), а сам физический протокол. Коаксиальный кабель, возможно, использовали бы и дальше, но есть две проблемы: первая, и самая существенная, ≈ точки доступа в такой сети расположены последовательно, и выход из строя одной из них приводит к неработоспособности всей сети, а вторая ≈ стоимость хорошего коаксиального кабеля существенно выше стоимости витой пары.
Витая пара представляет собой несколько (обычно 8) пар скрученных проводников. Скручивание применяется для уменьшения помех как самой пары, так и внешних, влияющих на нее. У скрученной определенным образом пары появляется такая характеристика, как волновое сопротивление. Витая пара бывает нескольких типов: неэкранированная витая пара ≈ UTP (Unscreened Twisted Pair), фольгированная═≈ FTP (foiled), фольгированная экранированная ≈ FBTP (foiled braided) и защищенная ≈ STP (shielded).Защищенная пара отличается от остальных наличием индивидуального экрана для каждой пары. Витые пары делятся на категории по частотным свойствам. Не будем вдаваться в подробности, отметим только, что на сегодня наиболее желательной является витая пара категории 5 (полоса частот ≈ до 100 МГц). Существуют также категории 5е и 6, но о них мы расскажем в следующем номере.
В зависимости от того, где вы прокладываете провод и как вы его будете использовать, вам следует выбирать одножильную или многожильную витую пару. Одножильная пара дешевле, но она менее гибкая и может сломаться при периодическом сгибании и разгибании провода, поэтому так называемые патч-корды необходимо делать только из многожильных кабелей
Теперь про оптоволокно. Оптоволоконный кабель состоит из одного или нескольких волокон, заключенных в оболочки, и бывает двух типов: одномодовый и многомодовый. Их различие в том, как свет распространяется в волокне ≈ в одномодовом кабеле все лучи (посланные в один момент времени) проходят одинаковое расстояние и достигают приемника одновременно, а в многомодовом сигнал может ╚размазаться╩. Зато они намного дешевле одномодовых.
Плюсы оптоволоконного кабеля относительно медного ≈ это нечувствительность первого к электромагнитным помехам, огромная скорость передачи данных за счет гораздо большей полосы пропускания (оптические частоты гораздо выше, чем частоты электромагнитных волн в проводнике) и сложность в перехвате информации. Проще перехватить электромагнитное излучение, чем оптическое, хотя и оптика не является панацеей. Но с другой стороны, по этой же причине вы можете легко соединять и монтировать медные провода (если длины кабелей не близки к критическим), а для монтажа оптоволоконного кабеля необходимо специальное оборудование, так как необходимо точное совмещение осей светопроводящего материала ≈ волокон и коннекторов.
Существует большое количество технологий: Ethernet, FDDI, Token Ring, ARCNet, ATM, UltraNet и другие. Мы начнем рассмотрение с самой широко распространенной технологии ≈ Ethernet.
Технология Ethernet была разработана в 1973 году исследовательским центром в Пало-Альто. Изначально сеть обеспечивала скорость передачи данных около 3 Мбит/с. В═1980 году на ее основе появилась спецификация IEEE 802.3, в которой скорость была уже немалой (для того времени) ≈ 10═Мбит/с. В═1983 г. IEEE утвердило стандарт 10Base5, использующий в качестве среды передачи данных коаксиальный кабель, a в 1990 г. ≈ стандарт 10Base-T, использующий витую пару.
В зависимости от стандарта могут (должны) использоваться такие сетевые топологии, как ╚шина╩ (Bus) или ╚звезда╩ (Star).
При использовании общей шины все устройства подключаются к одному кабелю, на концах которого расположены терминаторы. Поломка общего кабеля или терминатора приводит к выходу из строя всей сети, к тому же нельзя без специальных приборов сразу определить место повреждения кабеля, что может повлечь относительно длительную неработоспособность всей сети. Необходимо, переключая терминатор, методом последовательных приближений искать это место. К плюсам, пожалуй, можно отнести только небольшую длину необходимого для прокладки сети кабеля. Существует правило построения сетей, использующих топологию ╚общая шина╩ (так называемое правило ╚5-4-3╩). Оно гласит, что для построения могут быть использованы не более чем 5 сегментов сети, которые могут быть объединены не более чем четырьмя репитерами и при этом рабочие станции могут быть подключены не более чем к трем сегментам (из пяти).
В сетевой топологии ╚звезда╩ используется сетевой концентратор (хаб), к которому отдельным кабелем подключается каждая рабочая станция. При выходе из строя одного из кабелей доступ к сети теряет только подключенный этим кабелем компьютер, а остальная часть сети продолжает работать. Правда, сам хаб тоже может выйти из строя, но опыт показывает, что при использовании качественного концентратора это произойдет не скоро. Для этой сетевой топологии можно сформулировать аналог правила ╚5-4-3╩: каскадно могут быть объединены не более чем 4 концентратора и дерево соединенных концентраторов должно быть построено таким образом, чтобы в цепочке между двумя любыми станциями находилось не более четырех концентраторов.
Если вам необходимо расширить сеть больше, чем позволяет стандарт, вам необходимо использовать специальные устройства ≈ репитеры (repeater, повторитель). Вся работа репитера заключается в обычном электрическом усилении сигнала. Есть и интеллектуальные варианты репитеров, которые могут выполнять функцию разделения, т. е. если репитер определяет большое число коллизий на одном из портов, он догадывается, что произошла авария и отключает этот сегмент от сети. Активные хабы тоже в каком-то смысле являются многопортовыми повторителями, так как они усиливают сигнал, а пассивные просто перенаправляют его на другие порты.
Ethernet представляет архитектуру сетей с разделяемой средой и широковещательной передачей, т. е. сетевой пакет посылается сразу на все узлы сегмента сети. Поэтому для приема адаптер должен принимать все сигналы, а уже потом отбрасывать ненужные, если они предназначались не ему. Перед началом передачи данных адаптер прослушивает сеть. Если в данный момент сеть кем-то используется, то адаптер задерживает передачу и продолжает прослушивание. В Ethernet может произойти ситуация, когда два сетевых адаптера, обнаружив ╚тишину╩ в сети, начинают одновременно передавать данные. В этом случае происходит коллизия, и адаптеры начинают передачу заново через небольшой случайный промежуток времени.
На сегодняшний день Ethernet обеспечивает три скорости передачи данных ≈ 10═Мбит/c, 100 Мбит/с (Fast Ethernet) и 1000═Мбит/с (Gigabit Ethernet). Существует еще 1Base5 Ethernet (1═Мбит/с), но он практически не применяется.
Существенным недостатком сети Ethernet является способ передачи данных. Так как сетевой пакет посылается сразу на все станции в сети, то при увеличении количества станций начинает расти количество коллизий, и пропускная способность сети резко снижается. Чтобы устранить этот недостаток, используются коммутаторы (switch, свитч), которые запоминают сетевые адреса рабочих станций и фильтруют трафик, посылая принятые данные только той станции, для которой они предназначены и только в тот момент, когда ее сетевой порт открыт.
Теперь мы подробно рассмотрим применяемые стандарты Ethernet. Названия стандартов Ethernet расшифровываются следующим образом. Первый элемент ≈ скорость передачи данных в Мбит/с. Второй элемент: Base ≈ немодулированная передача, Broad ≈ использование широкополосного кабеля с частотным уплотнением каналов. В третьем элементе число означает максимальную длину кабеля (хотя здесь есть противоречие со стандартом 1Base5, там длина кабеля ≈ 250 м), а буква ≈ одно из следующих сокращений: Т═≈ две витые пары, Т4 ≈ 4 витые пары, F═≈ оптоволокно.
Например, 10Base-T означает, что данные передаются по двум витым парам при помощи немодулированной передачи со скоростью до 10 Мбит/с.
Эта спецификация предусматривает использование толстого (около 12 мм) коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом, на концах которого устанавливаются терминаторы, один из которых должен быть заземлен. Основные характеристики:
"═Сетевая топология ≈ общая шина;
"═Минимальное расстояние между точками подключения ≈ 2,5 м;
"═Максимальная длина сегмента сети (части кабеля, ограниченной терминаторами, повторителями, мостами или маршрутизаторами) ≈ 500 м;
"═Максимальное число узлов на сегмент сети ≈ 100;
"═Максимальное количество сегментов═≈ 5;
"═Максимальное расстояние от трансивера (см. рисунок) до адаптера ≈ 50 м.
Трансивер (transceiver) позволяет устройству передавать и получать информацию из сети, а также определяет коллизии в среде передачи. 10Base5 использует отдельный внешний трансивер и трансиверный кабель (AUI-кабель) для каждого устройства.
Преимущества: большая длина сегмента; хорошая помехозащищенность.
Недостатки: использование в качестве сетевой топологии общей шины.
В данное время этот стандарт практически не используется.
Предусматривает использование тонкого (около 6 мм) коаксиального кабеля с сопротивлением 50 Ом. Основные характеристики:
"═Сетевая топология ≈ общая шина;
"═Минимальное расстояние между точками подключения ≈ 0,5 м;
"═Максимальная длина сегмента сети ≈ 185 м;
"═Максимальное число узлов на сегмент сети ≈ 30;
"═Максимальное количество сегментов═≈ 5;
"═Сегмент оканчивается терминаторами, один из которых заземлен.
10Base2 использует внутренние трансиверы, встроенные в схему контроллера, а рабочие станции подключаются к кабелю при помощи Т-коннекторов. Отрезки кабеля, соединяющие соседние станции, подключаются к Т-коннекторам при помощи BNC-разъемов. Чтобы соединить два отрезка кабеля, используются I-коннекторы. Из-за своей дешивизны эта технология была довольно популярной, но в нынешнее время вытесняется более скоростными стандартами.
Преимущества: простота в установке; дешевизна.
Недостатки те же, что и у сетей 10Base5.
"═Среда передачи ≈ неэкранированная витая пара (UTP) категории 3 или выше. Причем для соединения устройств задействуются две пары: на прием и передачу данных.
"═Сетевая топология ≈ ╚звезда╩.
"═Максимальная длина кабеля между устройствами ≈ 100 м.
"═Максимальная длина сегмента сети ≈ 500 м. Под сегментом здесь понимается расстояние от рабочей станции до первоначального концентратора.
Для расширения сети хабы могут каскадно соединяться друг с другом, образуя древовидную топологию с единственным хабом в вершине. Максимальное количество устройств ≈ 1024.
Для монтажа применяются 8-контактные разъемы и розетки RJ-45. Подробнее о монтаже будет рассказано позже.
Преимущества: надежность и удобство, обусловленное применением топологии ╚звезда╩.
Недостатки: необходим концентратор и большое количество кабеля.
Остальные стандарты ≈ в последующих статьях.
[an error occurred while processing this directive]
Рубрики || Работа || Услуги || Поиск || Архив || Дни рождения
О "КИ" || График выхода || Карта сайта || Подписка
Главная страница
Сайт газеты "Компьютер-Информ" является зарегистрированным электронным СМИ.
Свидетельство Эл ╧ 77-4461 от 2 апреля 2021 г.
Перепечатка материалов без письменного согласия редакции запрещена.
При использовании материалов газеты в Интернет гиперссылка обязательна.
Телефон редакции (812) 118-6666, 118-6555.
Адрес: 196084, СПб, ул. Коли Томчака, д. 9
e-mail:
Для пресс-релизов и новостей