Конспект лекций по теме 2.3

Сайт:	Образовательный портал НГУЭУ
Курс:	Инфокоммуникационные системы и сети (ИКСС)
Книга:	Конспект лекций по теме 2.3

Напечатано::	Гость
Дата:	пятница, 20 сентября 2024, 11:24

Описание

Стандартные сети

Стандартные сети

За время, прошедшее с момента появления первых локальных сетей, было разработано большое количество разных сетевых технологий, однако заметное распространение получили немногие^{^[1]}. Это связано с высоким уровнем стандартизации принципов организации сетей и их поддержкой известными компаниями.

Сети Ethernet и Fast Ethernet

Самое широкое распространение среди стандартных сетей получила сеть Ethernet. Она появилась в 1972 году (разработана фирмой Xerox). Сеть оказалась довольно удачной, и вследствие этого ее в 1980 году поддержали такие крупнейшие IT-компании, как Intel и DEC. В 1985 году сеть Ethernet стала международным стандартом, ее приняли крупнейшие международные организации по стандартам: комитет 802 IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) и ECMA (European Computer Manufacturers Association).

Стандарт получил обозначение IEEE 802.3 («eight oh two dot three»). Он регламентирует множественный доступ к моноканалу типа шина с обнаружением конфликтов и контролем передачи (метод доступа CSMA/CD. Основные характеристики первоначального стандарта IEEE 802.3:

- топология – шина;

- среда передачи данных – коаксиальный кабель;

- скорость передачи – 10 Мбит/с;

- максимальная длина сети – 5 км;

- максимальное количество абонентов – до 1024;

- максимальная длина сегмента сети – до 500 м;

- количество абонентов на одном сегменте – не более 100;

- метод доступа – CSMA/CD.

Сеть Ethernet сейчас популярна в мире, предположительно таковой она и останется в ближайшие годы. Этому в немалой степени способствовует то, что с самого начала все характеристики, параметры, протоколы сети были открыты и в результате большое число производителей во всем мире стали выпускать оборудование Ethernet, полностью совместимую между собой.

В классической сети Ethernet применялся коаксиальный кабель двух видов (толстый и тонкий) с сопративлением 50 ом. Однако в настоящее время наибольшее распространение получила версия Ethernet, использующая в качестве среды передачи витую пару. Регламентирован и стандарт для применения в этой сети оптоволоконного кабеля. Для учета этих изменений в изначальный стандарт IEEE802.3 были сделаны соответствующие добавления. В 1995 году появился дополнительный стандарт на более быструю версию Ethernet, работающую на скорости 100 Мбит/с - Fast Ethernet (IEEE 802.3u), использующую в качестве среды передачи витую пару или оптоволоконный кабель. В 1997 году появилась версия Ethernet на скорость 1000 Мбит/с - Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z).

Помимо стандартной топологии шины применяются топологии типа пассивное дерево и пассивная звезда. При этом предполагается использование репитерных концентраторов которые соединяют между собой различные сетевые сегменты. В результате может сформироваться древовидная структура сети на сегментах разных типов.

Для передачи информации в сети Ethernet применяется стандартный манчестерский код. Доступ к сети Ethernet осуществляется по случайному методу CSMA/CD, обеспечивающему равноправие абонентов. Для сети Ethernet, работающей на скорости 10 Мбит/с, стандарт регламентирует четыре основных типа сегментов сети, ориентированных на различные среды передачи данных:

-10BASE5 (толстый коаксиальный кабель);

-10BASE2 (тонкий коаксиальный кабель);

-10BASE-FL (оптоволоконный кабель);

-10BASE-T (витая пара).

Обозначение сегмента включает в себя три элемента: число «10» означает скорость передачи 10 Мбит/с, слово BASE – передачу в основной полосе частот (без модуляции высокочастотного сигнала), а последний элемент – допустимую длину сегмента: «5» – 500 метров, «2» – 200 метров или тип линии связи: «Т» – витая пара (англ. «twisted-pair»), «F» – оптоволоконный кабель (англ. «fiber optic»).

Для сети Ethernet, работающей на скорости 100 Мбит/с (Fast Ethernet) стандарт определяет три (отсутствует коаксиальный) типа сегментов, отличающихся средой передачи данных:

-100BASE-FX (оптоволоконный кабель);

-100BASE-T4 (счетверенная витая пара);

-100BASE-TX (сдвоенная витая пара).

Число «100» означает скорость передачи 100 Мбит/с, буква «Т» – витую пару, буква «F» – оптоволоконный кабель.

Развитие технологии Ethernet идет по пути все большего отхода от первоначально принятого стандарта. Применение новых сред передачи данных и коммутаторов позволяет существенно увеличить протяженность сети. Отказ от манчестерского кода (в сети Fast Ethernet и Gigabit Ethernet) обеспечивает снижение требований к кабелю и увеличение скорости передачи данных. Отказ от метода управления CSMA/CD дает возможность резко повысить эффективность работы и уменьшить количество ошибок при сетевом обмене. Тем не менее, все эти новые разновидности сети также называются сетью Ethernet.

Сеть Token-Ring

Сеть Token-Ring (маркерное кольцо) была разработана компанией IBM в 1985 году (первый вариант был реализован в 1980 году). Она использовалась для сетевого взаимодействия всех типов компьютеров, выпускаемых IBM. Token-Ring является в настоящее время международным стандартом IEEE 802.5 (хотя между IEEE 802.5 и Token-Ring есть некоторые отличия). Разрабатывалась эта сеть как надежная альтернатива Ethernet. И хотя сейчас Ethernet постепенно вытесняет все остальные сети, Token-Ring нельзя считать устаревшей. Десятки миллионов компьютеров по всему миру объединены с помощью этой сети.

Компания IBM сделала все для максимально широкого распространения своей сети: была выпущена подробная документация вплоть до принципиальных схем адаптеров, проведена широакая рекламная компания. В результате многие компании, например, 3СOM, Novell, Western Digital и другие приступили к производству адаптеров для сетей IBM. Сеть Token-Ring имеет топологию кольцо, хотя внешне она больше напоминает звезду. Это связано с тем, что отдельные абоненты (компьютеры) присоединяются к сети не напрямую, а через специальные устройства доступа (MSAU или MAU – Multistation Access Unit) или концентраторы. Физически такая сеть образует звездно-кольцевую топологию. Основные технические характеристики классического варианта сети Token-Ring:

-максимальное количество концентраторов типа IBM 8228 MAU – 12;

-максимальная длина сегмента – 45 метров;

-скорость передачи данных – 4 Мбит/с и 16 Мбит/с;

-максимальное количество абонентов в сети – 96.

Все приведенные выше характеристики относятся к случаю использования неэкранированной витой пары. Если применяется другая физическая среда передачи данных, характеристики сети могут отличаться. Например, использование оптоволоконного кабеля позволяет увеличивать длину сети до двух километров.

Для передачи информации в Token-Ring используется бифазный код. Как и в любой звездообразной топологии, никаких дополнительных мер по электрическому согласованию и внешнему заземлению не требуется. Согласование выполняется аппаратными средствами концентраторов и сетевых адаптеров.

Для подключения кабелей в Token-Ring используются разъемы MIC и DB9P, а также RJ-45 (для витой пары без экрана).

Сеть Token-Ring в классическом варианте уступает сети Ethernet как по максимальному количеству абонентов, так и по допустимому размеру. В зависимости от скорости передачи в настоящее время имеются версии Token-Ring на скорость 100 Мбит/с (High SpeedToken-Ring, HSTR) и на 1000 Мбит/с (Gigabit Token-Ring). Компании, поддерживающие Token-Ring (среди которых IBM, Olicom, Madge), не намерены отказываться от своей сети, рассматривая ее как достойную альтернативу Ethernet.

Аппаратура Token-Ring по сравнению с аппаратурой Ethernet существенно дороже, что связано с использованием более сложного метода управления обменом, поэтому сеть Token-Ring менее распространена.

Однако в отличие от Ethernet сеть Token-Ring значительно лучше выдерживает повышенный уровень нагрузки (более 30-40%) и что очень существенно - обеспечивает гарантированное время доступа. Это необходимо в сетях производственного и научного назначения, в которых недопустима задержка реакции на внешнее событие.

В сети Token-Ring используется классический маркерный метод доступа. В этом случае по кольцу непрерывно перемещается маркер, к которому абоненты могут присоединять свои пакеты данных предназначенные для передачи. Следствием является такое важное достоинство данной сети, как отсутствие конфликтов. Ей присущи и недостатки, в частности зависимость функционирования сети от каждого абонента и необходимость контроля целостности маркера.

Сеть Arcnet

Сеть Arcnet (или ARCnet от английского Attached Resource Computer Net, компьютерная сеть соединенных ресурсов) - это хронологически одна из самых старых сетей. Она была разработана компанией Datapoint Corporation в 1977 году. Международные стандарты на эту сеть отсутствуют, хотя именно она считается основателем маркерного метода доступа. Несмотря на отсутствие стандартов, сеть Arcnet в 1980-1990 г.г. пользовалась популярностью и серьезно конкурировала с Ethernet.

Большое количество компаний (Datapoint, Standard Microsystems, Xircom и др.) производили аппаратуру для сети Arcnet. Но сейчас производство этой аппаратуры практически прекращено.

Среди основных достоинств сети Arcnet по сравнению с Ethernet можно назвать меньшую величину времени доступа, простоту диагностики, высокую надежность связи, а также сравнительно низкую стоимость оборудования. К наиболее существенным недостаткам сети относятся низкая скорость передачи информации (2,5 Мбит/с), особенности системы формирования пакетов и адресации.

В качестве топологии сеть Arcnet использует классическую шину (Arcnet-BUS) или пассивную звезду (Arcnet-STAR). В звезде применяются концентраторы (хабы). С помощью концентраторов шинных и звездных сегментов возможно объединение в древовидную топологию (как и в Ethernet). Основные технические характеристики сети Arcnet:

-Среда передачи – коаксиальный кабель, витая пара.

-Максимальное количество абонентов в сети – 255.

-Максимальная длина шинного сегмента – 300 метров.

-Скорость передачи данных – 2,5 Мбит/с.

-Максимальная длина сети – 6 километров.

В сети Arcnet используется маркерный метод доступа, однако он несколько отличается от аналогичного в сети Token-Ring.

[1] Кондратенко С., Новиков Ю. Основы локальных сетей [Электронный ресурс]

Стандартные сетевые программные средства

Стандартные сетевые программные средства, реализующие 2 вида сетей

Функции верхних уровней эталонной модели OSI выполняют сетевые программные средства. Для установки сети достаточно иметь набор сетевого оборудования, его драйверы, а также сетевое программное обеспечение. От выбора программного обеспечения зависит большое количество характеристик: допустимый размер сети, удобство использования и контроля сети, режимы доступа к ресурсам, производительность сети в разных режимах и т.д.

С точки зрения распределения функций между сетевыми компьютерами, все сети делят на две группы:

- одноранговые сети, состоящие из равноправных (с точки зрения доступа к сети) компьютеров;

- сети на основе серверов, в которых существуют выделенные (dedicated) серверы, занимающиеся выполнением только сетевых функций.

Согласно этому, выделяют и типы программных средств, реализующих данные виды сетей.

Одноранговые сети

Одноранговые сети (Peer-to-Peer Network) и соответствующие программные средства используются для объединения относительно небольшого количества абонентов (компьютеров). Каждый компьютер такой сети может одновременно являться как сервером, так и клиентом сети, хотя возможно назначение одного компьютера только сервером, а другого - клиентом.

В одноранговой сети любой сервер может быть невыделенным (non-dedicated), он может не только обслуживать сеть, но и работать как автономный компьютер (хотя запросы к нему по сети снижают скорость его работы).

Достоинством одноранговых сетей является их высокая гибкость: в зависимости от конкретной задачи сеть может использоваться достаточно активно либо не использоваться совсем. Большая автономность компьютеров в таких сетях позволяет минимизировать ситуации перегрузки, этому способствует и небольшое количество компьютеров. Установка одноранговых сетей довольно проста, она не требует дополнительных дорогостоящих серверов. Отсутствует необходимость в администрировании сети, пользователи могут сами управлять своими ресурсами. В таких сетях допускается определение различных прав пользователей по доступу к сетевым ресурсам, но система разграничения прав ограничена.

К недостаткам одноранговых сетей относят слабую систему контроля и протоколирования работы сети, проблемы с резервным копированием распределенной информации. Кроме того, выход из строя любого компьютера-сервера приводит к потере части общих данных, то есть все эти компьютеры должны быть по возможности высоконадежными. Эффективная скорость передачи информации по одноранговой сети часто оказывается недостаточной, поскольку трудно обеспечить высокие характеристики всех компонентов: быстродействие процессоров, большой объем оперативной памяти, высокие скорости обмена с жестким диском. К тому же компьютеры сети работают не только на сеть, но и решают другие задачи.

Примеры^{^[1]} одноранговых сетевых программных средств:

- Windows for Workgroups компании Microsoft (первая версия ОС Windows со встроенной поддержкой сети, 1992 г.);

- Windows NT Workstation (Microsoft);

- Windows 95...Windows 10 (Microsoft).

Самая распространенной в настоящий момент одноранговой сетью является сеть на основе Windows.

Сети на основе сервера (Server-based Network) применяются в тех случаях, когда в сеть должно быть объединено большое количество пользователей. В сеть включается специализированный компьютер – сервер, который обслуживает только сеть и не решает никаких других задач отдельных пользователей. Такой сервер называется выделенным. Сервер может быть специализирован на решении одной задачи (сервер печати), но чаще всего серверами выступают компьютеры.

Серверы специально оптимизированы для быстрой обработки сетевых запросов на разделяемые ресурсы и для управления защитой каталогов и файлов. При больших размерах сети используют несколько серверов так как мощности одного сервера может оказаться недостаточно. Серверы могут использоваться для решения и некоторые других задач: выход в глобальную сеть, связь с другой локальной сетью, сетевая печать, обслуживание электронной почты и т.д. Количество абонентов в сетях на основе сервера может достигать нескольких тысяч. В таких сетях существует четкое разделение компьютеров на рабочие станции (клиентов) и серверы. В сети на основе серверов можно изменять количество подключаемых компьютеров и серверов, поэтому такие сети являются масштабируемыми.

Одним из достоинств сети на основе сервера считается надежность, это верно в том случае, если сервер действительно очень надежен. В противном случае, в отличие от ситуации с одноранговой сетью, где поломка одного из компьютеров не приводит к отказу всей сети - любой отказ сервера приводит к полному отказу сети. Другое достоинство сети на основе сервера – высокая скорость обмена, так как сервер всегда оснащается быстрым процессором (или несколькими процессорами), оперативной памятью большого объема и быстрыми жесткими дисками. К достоинствам относят и то, что все ресурсы сети собраны на одном компьютере, поэтому возможно применение гораздо более мощных средств управления доступом, протоколирования обмена, защиты данных, чем в одноранговых сетях.

Для обеспечения надежной работы сети при авариях электропитания используют системы бесперебойного электропитание сервера. В данном случае это гораздо проще реализовать, чем при одноранговой сети, где желательно оснащать источниками бесперебойного питания все сетевые компьютеры. Для администрирования сети (управления распределением ресурсов файловой системы, контроля прав доступа, защиты данных, резервирования файлов и т.д.) в случае сети на основе сервера существует потребность в специалисте который должен иметь соответствующую квалификацию.

Централизованное администрирование существенно облегчает обслуживание сети и позволяет оперативно решать все вопросы. Особенно это актуально для надежной защиты данных от несанкционированного доступа. Процесс установки серверной сетевой операционной системы существенно сложнее, чем в случае одноранговой сети.

К недостаткам сети на основе сервера относятся ее громоздкость в случае небольшого количества компьютеров, зависимость всех компьютеров-клиентов от сервера, более высокая стоимость сети из-за использования дорогостоящего сервера.

Сетевое программное обеспечение сетей на основе сервера:

- NetWare компании Novell;

- LAN Manager компании Microsoft;

- Windows Server 2003 компании Microsoft.

В данном случае на сервере устанавливается специальная сетевая операционная система, оптимизированная для работы сервера. Эта ОС используется для эффективного выполнения специфических операций по организации сетевого обмена. На рабочих станциях (клиентах) устанавливаться любая совместимая операционная система с поддержкой сети.

Сетевая операционная система Windows Server предоставляет пользователям гораздо больше возможностей, она позволяет строить сложные иерархические структуры сети на основе логических групп компьютеров (доменов), наборов доменов (деревьев, tree) и наборов деревьев (леса, forest).

Домен представляет собой группу компьютеров, управляемых специальным сервером - контроллером домена. Домен использует собственную базу данных, которая содержит учетные записи пользователей, и управляет собственными ресурсами (общие файлы, принтеры). Каждому домену присваивается свое имя (домен рассматривается как отдельная сеть со своим номером). В каждый домен может входить несколько рабочих групп, которые формируются из пользователей, решающих сходные задачи. Теоретически домен может включать тысячи пользователей, однако обычно домены не очень велики, а несколько доменов объединяются в дерево доменов. Это значительно упрощает управление сетью. Несколько деревьев может объединяться в лес, самую крупную административную структуру, поддерживаемую Windows Server.

Сетевые операционные системы NetWare компании Novell сегодня достаточно популярны, что объясняется их высокой производительностью, совместимостью с различным оборудованием и развитой системой средств защиты данных. Отличительной особенностью сетевых программных средств Novell является их открытость (совместимость с операционными системами различных фирм). Кроме того, они обеспечивают возможность работы с оборудованием большинства известных производителей аппаратных средств.

Продуктам Novell NetWare присущи и недостатки, их стоимость для небольших сетей оказывается достаточно высокой по сравнению с ценой продуктов других производителей. Кроме того, их установка сравнительно сложна.

Стандартные сегменты Ethernet и Fast Ethernet

Аппаратура 10BASE5

Стандарт 10BASE5 определяет сегмент Ethernet длиной до 500 метров с использованием в качестве среды передачи данных толстого коаксиального кабеля с топологией шина. Толстый коаксиальный кабель – это классический тип кабеля, который первоначально использовался в сети Ethernet. В настоящее время он распространен значительно меньше, хотя и обеспечивает максимальную протяженность сети с шинной топологией. Это связано с высокой стоимостью аппаратуры и трудностями ее монтажа.

Толстый коаксиальный кабель представляет собой 50-омный кабель с высокой жесткостью, диаметром около 10 миллиметров. Он выпускается с двумя типа оболочек: тефлоновая (Teflon) оранжево-коричневого цвета (Belden 89880) и стандартная (PVC) желтого цвета (Belden 9880). Достаточно часто используются толстые кабели типа RG-11 и RG-8 (у RG-11 центральная жила покрыта тонким слоем серебра). Диаметр центральной жилы – около 2 мм. Толстый коаксиальный кабель – это самая дорогостоящая среда передачи (в несколько раз дороже, чем другие типы). Тем не менее, толстый кабель обладает высокими характеристиками: хорошей помехоустойчивостью, меньшим затуханием и высокой механической прочностью.

В соответствии со стандартом к одному сегменту сети (до 500 метров) можно подключать не более 100 абонентов. Расстояния между этими точками подключения должно быть не менее 2,5 метра, иначе возникают ошибки в передаваемой информации. Для удобства пользователя при монтаже на кабель наносятся черные полоски через каждые 2,5 метра.

Аппаратные средства 10BASE5 включают в себя трансиверы и трансиверные кабели, разъемы, терминаторы и коаксиальный кабель. Трансивер представляет собой приемопередатчик с высоковольтной (до 5 кВ) гальванической развязкой и детектором коллизий.

Для соединения сегментов толстого коаксиального кабеля между собой, а также терминаторов с таким кабелем используются разъемы N-типа, установка которых довольно сложна и требует специальных навыков и инструментов. На обоих концах кабеля сегмента устанавливаются 50-омные терминаторы N-типа, один из которых заземляют.

Толстый коаксиальный кабель никогда не подводят непосредственно к компьютеру сети, это сложно и неудобно для использования, так как компьютеры невозможно будет переместить. Его прокладывают по полу помещения или по стене. Для подключения сетевых адаптеров к толстому кабелю применяют специальные трансиверы.

Трансивер (MAU, Medium Attachment Unit – устройство присоединения к среде) закрепляется на самом толстом коаксиальном кабеле и связывается с адаптером трансиверным кабелем. Для присоединения трансиверов к толстому кабелю обычно используются специальные соединительные устройства, предложенные корпорацией AMP, которые не требуют разрезания оболочки кабеля в точке присоединения, а просто прокалывают ее и изоляцию кабеля обеспечивая механическое и электрическое соединение как с оплеткой, так и с центральной жилой кабеля. Трансиверный кабель представляет собой гибкий многопроводный (многожильный) кабель диаметром около 10 миллиметров, содержащий четыре экранированные витые пары. Длина такого трансиверного кабеля достигает 50 метров, а более тонкого и гибкого офисного варианта -12,5 метров. Это обеспечивает достаточную свободу перемещения компьютеров внутри помещения. На концах трансиверного кабеля устанавливаются 15-контактные разъемы (DB-15P). Минимальный набор аппаратных средств для сети из одного сегмента на толстом кабеле включает в себя следующие элементы:

-сетевые адаптеры (по числу объединяемых в сеть компьютеров) с AUI разъемами;

-толстый коаксиальный кабель с разъемами N-типа на концах, общая длина которого достаточна для объединения всех компьютеров сети;

-трансиверные кабели с 15-контактными AUI разъемами на концах длиной от компьютера до толстого кабеля (по количеству компьютеров);

-трансиверы (по количеству компьютеров);

-два Barrel-коннектора N-типа для терминаторов на концах кабеля;

-один N-терминатор с заземлением;

-один N-терминатор без заземления.

В настоящее время аппаратура 10BASE-5 используется крайне редко, хотя иногда она еще применяется для организации базовой (Backbone) сети. Доля сетевых адаптеров с AUI разъемами не превышает сегодня 5%.

Аппаратура 10BASE2

Стандарт 10BASE2 регламентирует сегмент Ethernet на основе тонкого коаксиального кабеля с топологией шина длиной до 185 метров (около 200 метров - цифра 2 в названии сегмента). Этот тип сегмента появился позже, чем сегмент 10BASE5, как значительно более удобная и недорогая замена классическому варианту сети Ethernet.

Тонкий коаксиальный кабель отличается от толстого примерно вдвое меньшим диаметром (около 5 мм), большей гибкостью, простотой и удобством монтажа, меньшей себестоимостью. Сети на его основе получили существенно большее распространение. Тонкий кабель, как и толстый, имеет волновое сопротивление 50 Ом, для него используют такое же 50-омное оконечное согласование. Если толстый коаксиальный кабель необходимо закреплять, то тонкий кабель допустимо прокладывать навесным монтажом, что дает свободу перемещения компьютеров.

Самым большим недостатком тонкого коаксиального кабеля в сравнении с толстым является меньшая допустимая длина сегмента сети (до 185 метров). Самый распространенный тип тонкого коаксиального кабеля – это RG-58 A/U. Его электрические характеристики (помехозащищенность, затухание) несколько хуже, чем у толстого кабеля, что и определяет меньшую допустимую длину сегмента.

Аппаратное обеспечение для работы с тонким коаксиальным кабелем существенно проще, чем в случае с толстым кабелем. Кроме сетевых адаптеров используются только кабели соответствующей длины, разъемы, Т-коннекторы (тройники) и терминаторы (один с заземлением).

Между каждой парой абонентов (компьютеров) прокладывается отдельный кабель с двумя байонетными разъемами типа BNC на концах. Минимальное расстояние между компьютерами (минимальная длина кабеля) - 0,5 метра. Максимальное число абонентов на одном сегменте - не более 30.

На плате сетевого адаптера находится BNC-разъем, к которому подключается BNC T-коннектор, связывающий адаптер с двумя частями кабеля. Адаптер осуществляет гальваническую развязку, напряжение пробоя изоляции составляет около 150 вольт. Металлический корпус BNC-разъема гальванически развязан от корпуса компьютера.

Если необходимо увеличение протяженности сети используют репитеры. При использовании тонкого коаксиального кабеля, в соответствии со стандартом, возможно использовать не более пяти сегментов. Общая длина сети составит 925 метров, при этом потребуется четыре репитера. Набор оборудования для односегментной сети на тонком кабеле включает в себя следующие основные элементы:

- сетевые адаптеры (по числу объединяемых в сеть компьютеров);

- отрезки кабеля с BNC-разъемами на обоих концах, общая длина которых достаточна для объединения всех абонентов (компьютеров);

- BNC Т-коннекторы (по числу сетевых адаптеров);

- BNC терминатор с заземлением;

- BNC терминатор без заземления.

До недавнего времени оборудование 10BASE2 было самым популярным. Кабели, разъемы, адаптеры для нее выпускались практически всеми производителями, что приводило к периодическому снижению их стоимости.

Аппаратура 10BASE-T

Стандарт 10BASE-T регламентирует сегмент Ethernet с топологией пассивная звезда (Twisted-Pair Ethernet) на основе неэкранированных витых пар (UTP) категории 3 и выше. Это самый поздний стандарт Ethernet на основе электрического кабеля (разработан в 1990 году). Он считается наиболее перспективным, и практически вытеснил сегменты 10BASE2 и 10BASE5.

С одной стороны, он несколько дороже шинного сегмента 10BASE2, из-за необходимости использования концентратора (хаба). Кроме того, суммарное количество кабеля, необходимого для объединения такого же количества компьютеров, оказывается больше, чем в случае шинной топологии. С другой стороны, обрыв кабеля не приводит к отказу всей сети, а монтаж и диагностика неисправности такой сети гораздо проще. Кроме того, важно и то, что к каждому абоненту (компьютеру) подводится только один кабель, а не два, как в случае 10BASE2. Отсутствует необходимость применения терминаторов и заземления сети. Несомненным преимуществом 10BASE-T является то, что только этот стандарт из-за использования передачи «точка-точка» позволяет осуществлять переход с сети Ethernet на сеть Fast Ethernet.

В сегменте 10BASE-T передача происходит по двум витым парам проводов, каждая из которых передает данные только в одну сторону (одна пара является передающей, другая – принимающей). Кабелем, содержащим эти двойные витые пары, каждый из абонентов сети присоединяется к концентратору (хабу). Для получения древовидной структуры используют соединение нескольких таких концентраторов между собой. Помимо обычных портов для подключения абонентов концентратор имеет порт расширения «UpLink», который используется для соединения с концентратором более высокого уровня. Гальваническая развязка с сетью выполняется аппаратурой самих адаптеров и имеет напряжение пробоя изоляции 150 В.

Длина соединительного кабеля между концентратором и адаптером не должна менее 2,5 метра, максимальная длинна не более 100 метров, что часто накладывает ограничения на размещение компьютеров в помещении. Применяемый кабель достаточно гибкий, его диаметр около 6 мм. Используются только две витые пары из четырех пар, входящих в кабель. В настоящее время рекомендуется использовать более качественный кабель 5-ой категории, что позволяет модернизировать сеть до Fast Ethernet. Кабели присоединяются к концентратору и к адаптеру 8-контактными разъемами RJ-45. Монтаж, наладка и техническое обслуживание неэкранированных кабелей с витыми парами (UTP-кабелей) существенно проще, чем коаксиальных кабелей, так как у них отсутствует металлическая оплетка. Стоимость таких кабелей примерно вдвое ниже, чем у тонких коаксиальных, однако в случае топологии звезда расход кабеля значительно больше, чем при топологии шина.

В сети 10BASE-T используются два вида подключения проводов кабеля. В случае объединения в сеть только двух компьютеров, можно обойтись без концентратора, применив перекрестный кабель (crossover cable), который соединяет приемные контакты одного разъема RJ-45 с передающими контактами другого разъема RJ-45. Для соединения компьютеров с концентратором используется прямой кабель (direct cable), в котором соединяются между собой одинаковые контакты разъемов RJ-45. Минимальный набор оборудования для сети на витой паре состоит из:

- сетевых адаптеров (по числу объединяемых в сеть компьютеров), имеющих разъемы RJ-45;

- отрезков кабеля с разъемами RJ-45 на обоих концах (по числу объединяемых компьютеров);

- концентратора, который имеет столько UTP-портов с разъемами RJ-45, сколько необходимо объединить компьютеров.

Аппаратура 10BASE-FL

Широко применять оптоволоконный кабель в Ethernet начали относительно недавно. Его использование позволило существенно увеличить допустимую длину сегмента сети и помехоустойчивость передачи. Немаловажна также и полная гальваническая развязка компьютеров, которая достигается без применения дополнительного оборудования, в силу специфики среды передачи данных. Еще одно преимущество оптоволоконных кабелей состоит в возможности модернизации сети до Fast Ethernet без замены кабелей, так как пропускная способность оптоволокна позволяет достигнуть не только 100 Мбит/с, но и значительно более высоких скоростей передачи информации.

Сигналы передаются по двум оптоволоконным кабелям, передающим данные в противоположные стороны (как и в10BASE-T). Иногда используются специальные двухпроводные волоконно-оптические кабели, содержащие два кабеля в общей внешней оболочке. Вопреки распространенному мнению, стоимость оптоволоконного кабеля не слишком высока (она примерно соответствует стоимости тонкого коаксиального кабеля). Вместе с тем, в целом аппаратное обеспечение оказывается заметно дороже, так как требует применения дорогих оптоволоконных трансиверов.

Длина волоконно-оптических кабелей, соединяющих трансивер и концентратор, может достигать 2 километров без использования каких бы то ни было усилителей сигнала (ретрансляторов). Становится возможным объединение в локальную сеть абонентов (компьютеров), разнесенных территориально, находящихся в разных зданиях. В настоящее время чаще используется стандарт 10BASE-FL в котором применяется многомодовый кабель и свет с длиной волны 850 нанометров, однако имеется оборудование и для использования одномодового кабеля. В этом случае предельная длина сегмента увеличивается до 5 км.

Интегральные оптические потери в сегменте (в кабеле и разъемах) не должны превышать 12,5 дБ. Эти потери в кабеле составляют около 5 дБ на километр длины кабеля, а потери в разъеме 0,5-2,0 дБ (зависит от качества монтажа разъема). Только при таких величинах потерь можно гарантировать устойчивую связь на максимальной длине кабеля. На практике лучше использовать кабель с длинной на десять процентов меньше предельной (рекомендуется стандартом).

Волоконно-оптический стандартный кабель 10BASE-FL имеет на обоих концах оптоволоконные байонетные ST-разъемы. Набор оборудования для соединения оптоволоконным кабелем двух компьютеров состоит из:

- двух сетевых адаптеров с трансиверными разъемами;

- двух оптоволоконных трансиверов (FOMAU);

- двух оптоволоконных кабелей с ST-разъемами на концах;

- двух трансиверных кабелей.

Стандартные сегменты Fast Ethernet

Аппаратура 100BASE-TX

Стандарт Fast Ethernet IEEE 802.3u появился в 1995 году, его разработка в первую очередь была обоснована требованием увеличения скорости передачи данных. Переход с Ethernet на Fast Ethernet позволяет не только повысить скорость передачи, но и значительно отодвинуть границу перегрузки сети, поэтому его популярность постоянно растет.

При сравнении набора стандартных сегментов Ethernet и Fast Ethernet очевидно главное отличие – полный отказ в Fast Ethernet от коаксиального кабеля и шинных сегментов. Применяются только сегменты на витой паре и волоконно-оптические сегменты.

Стандарт 100BASE-TX регламентирует построение сети с топологией звезда и использованием сдвоенной витой пары. Схема объединения абонентов в сеть 100BASE-TX практически ничем не отличается от схемы по стандарту 10BASE-T. Однако, при таком соединении необходимо использование кабелей с неэкранированными витыми парами (UTP) 5-ой категории или выше, что связано с требуемой пропускной способностью кабеля. В настоящее время это самый популярный тип сети Fast Ethernet.

Аппаратура 100BASE-T4

Основным отличием аппаратуры 100BASE-T4 от 100BASE-TX является то, что передача производится по четырем, а не по двум неэкранированным витым парам (UTP). Схема объединения компьютеров в сеть ничем не отличается от 100BASE-TX. Абоненты (компьютеры) присоединяются к концентратору по схеме пассивная звезда, длина кабелей не превышает 100 метров (стандарт рекомендует 10-процентов запаса - 90 метров).

Аппаратура 100BASE-FX

Использование волоконно-оптического кабеля в сегменте 100BASE-FX позволяет значительно увеличить протяженность сети, а также избавиться от электрических помех и повысить секретность передаваемых данных.

Аппаратура 100BASE-FX очень близка к аппаратуре 10BASE-FL, здесь так же применяется та же топология с подключением компьютеров к концентратору с помощью двух разнонаправленных оптоволоконных кабелей.