Основы локальных компьютерных сетей

Введение.

На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов ком­пьютеров и бо­лее 80 % из них объединены в различные информационно-вычислительные сети от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей типа Internet. Всемирная тенденция к объ­единению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение пе­редачи ин­формационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений ( факсов, E - Mail писем и прочего ) не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из лю­бой точки земного шара, а так же об­мен информацией между компьютерами разных фирм производителей ра­бо­тающих под разным программным обеспечением.

Такие огромные потенциальные возможности, которые несет в себе вычислитель­ная сеть и тот новый потенциальный подъем, который при этом испытывает информацион­ный комплекс, а так же значительное ускорение производственного процесса не дают нам право не принимать это к разра­ботке и не применять их на практике.

Поэтому необходимо разработать принципиальное решение вопроса по организа­ции ИВС (информационно-вычислительной сети) на базе уже существующего компьютер­ного парка и программного комплекса отвечаю­щего современным научно-техническим требованиям с учетом возрастаю­щих потребностей и возможностью дальнейшего посте­пенного развития сети в связи с появлением новых технических и программных решений.

Понятие ЛВС.

Что такое локальная вычислительная сеть (ЛВС)? Под ЛВС понимают совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест (рабочих станций) к еди­ному каналу передачи данных. Благодаря вычислительным сетям мы полу­чили возможность одновременного использо­вания программ и баз данных несколькими пользователями.

Понятие локальная вычислительная сеть - ЛВС (англ. LAN - Lokal Area Network ) относится к географически ограниченным ( территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых не­сколько компьютерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. Благодаря такому со­единению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС.

В производственной практике ЛВС играют очень большую роль. По­средством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, распо­ложенные на многих удален­ных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объеди­няются в единую систему. Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети.

Разделение ресурсов.

Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, на­пример, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные пе­чатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций.

Разделение данных.

Разделение данных предоставляет возможность доступа и управле­ния базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в инфор­мации.

Разделение программных средств.

Разделение программных средств, предоставляет возможность одно­временного использования централизованных, ранее установленных программных средств.

Разделение ресурсов процессора.

При разделении ресурсов процессора возможно использование вы­числительных мощностей для обработки данных другими системами, вхо­дящими в сеть. Предоставляе­мая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не “набрасываются” мо­ментально, а только лишь че­рез специальный процессор, доступный каждой рабочей станции.

Многопользовательский режим.

Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то те­кущая вы­полняемая работа отодвигается на задний план.

Одно ранговая сеть.

В одно - ранговой сети, все компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного сервера, и, как правило, каждый компьютер функционирует и как клиент и как сер­вер. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать дос­тупными для всех. Одно - ранговую сеть называют так же рабочей группой. Рабочая группа –это небольшой коллектив, поэтому в одно - ранговой сети не более 10 компьютеров.

Одно - ранговые сети относительно просты. Поскольку каждый компьютер является и клиентом, и сервером, нет необходимости в мощном центральном сервере или в других компонентах, обязательных для более сложных сетей. Одно ранговые сети обычно дешевле сетей на основе сервера, но требуют более мощных и дорогих компьютеров.

В одно - ранговой сети требования к производительности и к уровню защиты для сетевого про­граммного обеспечения, как правило, ниже, чем в сетях с выделенным сервером. Выделенные серверы функционируют исключительно в качестве серверов, но не клиентов или рабочих стан­ций.

В такие операционные системы, как Microsoft Windows NT Workstation ,Microsoft Windows for Workgroups и Microsoft Windows 95, встроена поддержка одно ранговых сетей. По этому чтобы установить одно ранговую сеть дополнительного программного обеспечения не требуется.

Одно ранговая компьютерная сеть выглядит так:

Компьютеры расположены на рабочих столах пользователей.

Пользователи сами выступают в роли администраторов, и сами обеспечивают защиту ин­формации.

Для объединения компьютеров в сеть применяется простая кабельная система.

Если эти условия выполняются, то, скорее всего выбор одно ранговой сети будет правильным.

Защита подразумевает установку пароля на разделяемый ресурс, например на каталог. Центра­лизованно управлять защитой в одно ранговой сети очень сложно, так как каждый пользователь устанавливает ее самостоятельно, да и общие ресурсы могут находиться на всех компьютерах, а не только на центральном сервере. Такая ситуация представляет серьезную угрозу для всей сети, кроме того некоторые пользователи могут вообще не устанавливать защиту.

Сети на основе сервера

Если к сети подключено более 10 пользователей, то одно ранговая сеть, где компьютеры высту­пают в роли клиентов, и серверов, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей используют выделенные серверы. Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как сервер. Они специально оптимизированы для быстрой об­работки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом.

С увеличением размеров сети и объемов сетевого трафика необходимо увеличивать количество серверов. Распределение задач среди нескольких серверов гарантирует, что каждая задача будет выполняться самым эффективным способом из всех возможных.

Круг задач, которые должны выполнять серверы, многообразен и сложен. Чтобы при­способиться возрастающим потребностям пользователей, серверы в больших сетях стали спе­циализированными. Например, в сети Windows NT существуют различные типы серверов:

Файл-серверы и принт - серверы управляют доступом соответственно к файлам и принтерам, на серверах приложений выполняются прикладные части клиент - серверных приложений, а так же находятся данные доступные клиентам. Например, чтобы упростить извлечение данных, серверы хранят большие объемы информации в структурированном виде. Эти серверы отлича­ются от файл - серверов и принт - серверов. В принт - серверах, файл или данные целиком копируются на запра­шиваемый компьютер. А в сервере приложений на запрашиваемый компьютер посылаются только результаты запроса. Приложение-клиент на удаленном компьютере получает доступ к данным, хранимым на сервере приложений. Однако вместо всей базы данных на ваш компьютер с сервера загружаются только результаты запроса.

В расширенной сети использование серверов различных типов становится наиболее актуальным. Необходимо поэтому учитывать всевозможные нюансы, которые могут проявиться при разрастании сети, с тем чтобы изменение роли определенного сервера в дальнейшем не от­разилось на работе всей сети.

Основным аргументом при работе в сети на основе выделенного сервера является, как правило, защита данных. В таких сетях, например как Windows NT Server, проблемами безопас­ности может заниматься один администратор.

Поскольку жизненно важная информация расположена централизованно, то есть, сосредо­точена на одном или нескольких серверах, нетрудно обеспечить ее регулярное резервное копи­рование. Благодаря избыточным системам данные на любом сервере могут дублироваться в ре­альном времени ,поэтому в случае повреждения основной области хранения данных информа­ция не будет потеряна –легко воспользоваться резервной копией. Сети на основе сервера могут поддерживать тысячи пользователей. Сетью такого размера, будь она одно - ранговой, невоз­можно было бы управлять. Так как компьютер пользователя не выполняет функции сервера, требования к его характеристикам зависят от самого пользователя.

Все ЛВС работают в одном стандарте, принятом для компьютерных сетей - в стандарте Open Systems Interconnection (OSI).

Базовая модель OSI (Open System Interconnection)

Для того чтобы взаимодействовать, люди используют общий язык. Если они не могут разговаривать друг с другом непосредственно, они применяют соответствующие вспомогательные средства для передачи сообще­ний.

Показанные выше стадии необходимы, когда сообщение передается от отправителя к получателю.

Для того чтобы привести в движение процесс передачи данных, использовали машины с одинаковым кодированием данных и связанные одна с другой. Для единого представления данных, в линиях связи по которым передается информация, сформи­рована Международная организация по стандартизации (англ. ISO - International Standards Organization).

ISO предназначена для разработки модели международного комму­никационного протокола, в рамках которой можно разрабатывать международные стандарты. Для наглядного по­яснения расчленим ее на семь уровней.

Международных организация по стандартизации (ISO) разработала базовую модель взаимодействия открытых систем (англ. Open Systems In­terconnection (OSI)). Эта модель явля­ется международным стандартом для передачи данных.

Модель содержит семь отдельных уровней:

Уровень 1: физический - битовые протоколы передачи информации;

Уровень 2: канальный - формирование кадров, управление доступом к среде;

Уровень 3: сетевой - маршрутизация, управление потоками данных;

Уровень 4: транспортный - обеспечение взаимодействия удаленных процес­сов;

Уровень 5: сеансовый - поддержка диалога между удаленными про­цессами;

Уровень 6: представлении данных - интерпретация передаваемых данных;

Уровень 7: прикладной - пользовательское управление данными.

Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню отводится кон­кретная ролью, в том числе и транспортной среде. Благодаря этому общая задача передачи дан­ных расчленяется на отдельные легко обозримые задачи. Необходимые соглашения для связи одного уровня, например вышерасположенного и нижерасположенного называют про­токолом.

Так как пользователи нуждаются в эффективном управлении, система вычис­лительной сети представляется как комплексное строение, которое координирует взаимодействие задач пользователей.

С учетом вышеизложенного можно вывести следующую уровневую модель с админи­стративными функциями, выполняющимися в пользова­тельском прикладном уровне.

Отдельные уровни базовой модели проходят в направлении вниз от источника данных (от уровня 7 к уровню 1) и в направлении вверх от прием­ника данных (от уровня 1 к уровню 7). Пользовательские данные переда­ются в нижерасположенный уровень вместе со специфическим для уровня заголовком до тех пор, пока не будет достигнут последний уровень.

На приемной стороне поступающие данные анализируются и, по мере надоб­ности, передаются далее в вышерасположенный уровень, пока ин­формация не будет передана в пользо­вательский прикладной уровень.

Уровень 1. Физический.

На физическом уровне определяются электрические, механические, функ­циональные и процедурные параметры для физической связи в системах. Физическая связь и неразрывная с ней экс­плуатационная готовность явля­ются основной функцией 1-го уровня. Стандарты физического уровня вклю­чают рекомендации V.24 МККТТ (CCITT), EIA RS232 и Х.21. Стандарт ISDN (Integrated Services Digital Network) в будущем сыграет определяющую роль для функций передачи данных. В качестве среды передачи данных исполь­зуют трехжильный медный провод (экранированная витая пара), коакси­аль­ный кабель, оптоволоконный проводник и радиорелейную линию.

Уровень 2. Канальный.

Канальный уровень формирует из данных, передаваемых 1-м уров­нем, так на­зываемые "кадры" последовательности кадров. На этом уровне осуществляются управление доступом к передающей среде, используемой несколькими ЭВМ, синхро­низация, обнаружение и исправле­ние ошибок.

Уровень 3. Сетевой.

Сетевой уровень устанавливает связь в вычислительной сети между двумя абонентами. Соединение происходит благодаря функциям маршрути­зации, которые требуют наличия сете­вого адреса в пакете. Сетевой уровень должен также обеспечи­вать обработку ошибок, мультип­лексирование, управление потоками данных. Самый известный стандарт, относящийся к этому уровню, - рекомендация Х.25 МККТТ (для сетей общего пользования с коммутацией пакетов).

Уровень 4. Транспортный.

Транспортный уровень поддерживает непрерывную передачу данных между двумя взаимодействующими друг с другом пользовательскими про­цессами. Качество транспорти­ровки, безошибочность передачи, независи­мость вычислительных сетей, сервис транспорти­ровки из конца в конец, ми­нимизация затрат и адресация связи га­рантируют непрерывную и безоши­бочную передачу данных.

Уровень 5. Сеансовый.

Сеансовый уровень координирует прием, передачу и выдачу одного сеанса связи. Для координации необходимы :контроль рабочих параметров, управление потоками данных промежуточных накопителей и диалоговый контроль, гарантирующий передачу, имеющихся в распоряжении данных. Кроме того, сеансовый уровень содержит дополнительно функции управле­ния паролями, подсчета платы за пользование ресурсами сети, управления диалогом, синхрони­зации и отмены связи в сеансе передачи после сбоя вследствие ошибок в нижерасположенных уровнях.

Уровень 6. Представления данных.

Уровень представления данных предназначен для интерпретации данных; а также под­готовки данных для пользовательского прикладного уровня. На этом уровне происходит преоб­разование данных из кадров, ис­пользуемых для передачи данных в экранный формат или фор­мат для пе­чатающих устройств оконечной системы.

Уровень 7. Прикладной.

В прикладном уровне необходимо предоставить в распоряжение пользовате­лей уже пе­реработанную информацию. С этим может спра­виться системное и пользовательское приклад­ное программное обеспече­ние.

Сетевые устройства и средства коммуника­ций.

В качестве средств коммуникации наиболее часто используются витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконные линии. При выборе типа кабеля учитывают сле­дующие показатели:

• стоимость монтажа и обслуживания,

• скорость передачи информации,

• ограничения на величину расстояния передачи информации без дополни­тельных усилителей-повторителей (репитеров),

• безопасность передачи данных.

Главная проблема заключается в одновременном обеспечении этих показате­лей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально воз­можным расстоянием передачи данных, при котором еще обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращивае­мость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость.

Витая пара.

Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двух­жильное про­водное соединение часто называемое "витой парой" (twisted pair). Она позволяет пе­редавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с., легко наращивается, однако не защищена от помех. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимущест­вами являются низкая цена и простота уста­новки. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экраниро­ванную ви­тую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку, подобно экрану коаксиального кабеля. Это увеличивает стоимость витой пары и при­ближает ее цену к цене коаксиального кабеля.

Еthernet-кабель.

Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротив­лением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet (thick), жел­тый кабель (yellow ca­ble) или 10BaseT5 . Он использует 15-контактное стандартное включе­ние. Вследствие помехоза­щищенности он является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Мак­симально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м, а общее рас­стояние сети Ethernet - около 3000 м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральной топологии, ис­пользует в конце лишь один нагрузочный резистор.

Сheapernеt-кабель.

Более дешевым, чем Ethernet-кабель является соединение Cheaper­net-кабель или, как его часто называют, тонкий (thin) Ethernet или 10BaseT2 . Это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в десять миллионов бит в секунду.

При соединении сегментов Сhеарегnеt-кабеля также требуются по­вторители. Вычислительные сети с Cheapernet-кабелем имеют небольшую стоимость и мини­мальные затраты при наращивании. Соединения сетевых плат производится с помо­щью широко используемых малогабаритных байо­нетных разъемов (СР-50). Дополни­тельное экранирование не требуется. Ка­бель присоединяется к ПК с помощью тройни­ковых соединителей (T-connectors).

Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей мо­жет состав­лять максимум 300 м, а общее расстояние для сети на Cheapernet-кабеля - около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet располо­жен на сетевой плате и как для гальваниче­ской развязки между адаптерами, так и для усиления внешнего сигнала

Оптоволоконные линии.

Наиболее дорогими являются оптопроводники, называемые также стекловоло­конным кабелем. Скорость распространения информации по ним достигает нескольких миллиардов бит в секунду. Допустимое удаление более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. На данный момент это наиболее дорогостоящее соединение для ЛВС. Применяются они там, где возникают электромагнитные поля помех или требу­ется передача информа­ции на очень большие расстояния без использования повтори­телей. Они обладают противоподспушивающими свойствами, так как техника ответв­ле­ний в оптоволоконных кабелях очень сложна. Оптопроводники объединя­ются в JIBC с помощью звездообразного соединения.

Сетевая карта

Платы сетевого адаптера выступают в качестве физического интерфейса, или соединения между компьютером и сетевым кабелем. Платы вставляются в специальные гнезда (слоты расширения) всех компьютеров и серверов. Чтобы обеспечить физическое соединение между компьютером и сетью, к соответствующему разъему, или порту, платы (после ее установки) подключают сетевой кабель. Назначение платы сетевого адаптера:

подготовка данных, поступающих от компьютера, к передаче по сетевому кабелю

передача данных другому компьютеру

управление потоком данных между компьютером и кабельной системой

плата сетевого адаптера принимает данные из сетевого кабеля и переводит в форму, понятную центральному процессору компьютера.

Плата сетевого адаптера состоит из аппаратной части и встроенных программ, записанных в ПЗУ (постоянном запоминающем устройстве). Эти программы реализуют функции подуровней управления логической связью и управление доступом к среде канального уровня модели OSI.

Разветвитель(HAB)

Разветвитель служит центральным узлом в сетях с топологией «звезда».

Репитер

При передаче по сетевому кабелю электрический сигнал постепенно ослабевает (затухает). И, искажается до такой степени, что компьютер перестает его воспринимать. Для предотвращения искажения сигнала применяется репитер, который усиливает (восстанавливает) ослабленный сигнал и передает его дальше по кабелю. Применяются репитеры в сетях с топологией «шина».

Существует ряд принципов построения ЛВС на основе выше рассмот­ренных компонентов. Такие принципы еще называют - топологиями.

Топологии вычислительной сети.

Топология типа звезда.

Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с пе­риферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачи данных, например, в электронной почте RELCOM. Вся информация между двумя периферийными рабочими мес­тами проходит через центральный узел вычислительной сети.

Топология в виде звезды

Пропускная способность сети определяется вычислительной мощно­стью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает.

Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.

При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.

Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других тополо­гиях.

Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального файлового сервера. Он может быть узким ме­стом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла на­рушается работа всей сети.

Центральный узел управления - файловый сервер мотает реализо­вать оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.

Кольцевая топология.

При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с дру­гой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3

Кольцевая топология

с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.

Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географически рабочие станции расположены далеко от кольца (например, в линию).

Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посы­лает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффектив­ной, так как большинство сообщений можно отправлять “в дорогу” по ка­бельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличи­вается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычисли­тельную сеть.

Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информа­ции, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.

Подключение новой рабочей станции требует кратко срочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограниче­ния на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.

Шинная топология.

При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного дня всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут не­посредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети.

Шинная топология

Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычис­лительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функциони­рование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.

В стандартной ситуации для шинной сети Ethernet часто используют тонкий кабель или Cheapernet-кaбeль с тройниковым соединителем. Выклю­чение и особенно подключение к такой сети требуют разрыва шины, что вы­зывает нарушение циркулирующего потока информации и зависание сис­темы.

Древовидная структура ЛВС.

Наряду с известными топологиями вычислительных сетей кольцо, звезда и шина, на практике применяется и комбинированная, на пример древовидна структура. Она образуется в основном в виде комбинаций вы­шеназванных топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычис­лительной сети располагается в точке (корень), в которой собираются ком­муникационные линии информации (ветви дерева).

Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде.

Типы построения сетей по методам передачи информации.

Локальная сеть Token Ring

Этот стандарт разработан фирмой IBM. В качестве передающей среды применяется неэкранированная или экранированная витая пара (UPT или SPT) или оптоволокно. Скорость передачи данных 4 Мбит/с или 16Мбит/с. В качестве метода управле­ния доступом станций к передающей среде используется метод - маркерное кольцо (Тоken Ring). Основные положения этого метода:

устройства подключаются к сети по топологии кольцо;

все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные, только получив разрешение на передачу (маркер);

в любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом.

Типы пакетов.

В IВМ Тоkеn Ring используются три основных типа пакетов:

пакет управление/данные (Data/Соmmand Frame);

маркер (Token);

пакет сброса (Аbort).

Пакет Управление/Данные. С помощью такого пакета выполняется передача данных или команд управления работой сети.

Маркер. Станция может начать передачу данных только после получения такого пакета, В одном кольце может быть только один маркер и, соответственно, только одна станция с правом передачи данных.

Пакет Сброса. Посылка такого пакета называет прекращение любых передач.

В сети можно подключать компьютеры по топологии звезда или кольцо.

Локальная сеть Ethernet

Спецификацию Ethernet в конце семидесятых годов предложила компания Xerox Corporation. Позднее к этому проекту присоединились компании Digital Equipment Corporation (DEC) и Intel Corporation. В 1982 году была опубликована спецификация на Ethernet версии 2.0. На базе Ethernet и нститутом IEEE был разработан стандарт IEEE 802.3. Различия между ними незначительные.

Основные принципы работы.

На логическом уровне в Ethernet применяется топология шина:

все устройства, подключенные к сети, равноправны, т.е. любая станция может начать передачу в любой момент времени (если передающая среда свободна);

данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.

Правила монтажа кабельной части ЛВС.

10 BaseT

В 1990 году институт IEEE выпустил спецификацию 802.3 для построения сети Ethernet на основе витой пары. 10 BaseT (10 – скорость передачи 10 Мбит \ с., Base – узкополосная, Т – витая пара) – сеть Ethernet, которая для соединения компьютеров обычно использует неэкранированную витую пару (UTP). Большинство сетей этого типа строятся в виде звезды, но по системе передачи сигналов представляют собой шину, как и другие конфигурации Ethernet. Обычно разветвитель сети 10BaseT выступают как многопортовый репитер. Каждый компьютер подключается к другому концу кабеля, соединенного с разветвителем, и использует две пары проводов: одну для приема, другую для передачи.

Максимальная длина сегмента 10BaseT – 100 м. Минимальная длина кабеля – 2,5 м. ЛВС 10BaseT может обслуживать до 1024 компьютеров.

Для построения сети 10BaseT применяют:

кабель категории 3, 4 лил 5 UTP

соединители RJ – 45 на концах кабеля,

Расстояние от рабочей станции до разветвителя не больше 100 м.

10Base2

В соответствии со спецификацией IEEE 802.3 эта топология называется 10Base2 (10 – скорость передачи 10 Мбит / с, Base – узкополосная передача, 2 – передача на расстояние, примерно в два раза превышающее 100 м (фактическое расстояние 185 м).

Сеть такого типа ориентирована на тонкий коаксиальный кабель, или тонкий Ethernet, с максимальной длиной сегмента 185 м. Минимальная длина кабеля 0,5 м. Кроме того существует ограничение на максимальное количество компьютеров, которое может быть подключено на 185 – метровом сегменте кабеля, - 30 штук.

Компоненты кабеля «тонкий Ethernet”:

BNC баррел – коннекторы (соединители);

BNC Т – коннекторы;

BNC – терминаторы;

Сети на тонком Ethrnet обычно имеют топологию «шина».Стандарты IEEE для тонкого Ethernet не предусматривают использование кабеля трансивера между Т – коннектором и момпьютером. Вместо этого Т – коннектор располагают непосредственно на плате сетевого адаптера.

BNC барелл – коннектор, соединяя сегменты кабеля, позволяет увеличить его общую длину. Однако их использование необходимо свести к минимуму, поскольку они ухудшают качество сигнала.

Сеть на тонком Ethernet – экономичный способ реализации сетей для небольших отделений для рабочих групп. Используемый в такого типа сетях кабель относительно не дорогой, прост в установке, легко конфигурируется. Сеть на тонком Ethernet может поддерживать до 30 узлов (компьютеров и принтеров) на один сегмент.

Сеть на тонком Ethernet может состоять максимум из пяти сегментов кабеля, соединенных четырьмя репитерами, но только к трем сегментам при этом могут быть подключены рабочие станции. Таким образом два сегмента остаются зарезервированными для репитеров, их называют межрепитерными связями. Такая конфигурация называется правило 5 – 4 – 3.

10Base5.

В соответствии со спецификацией IEEE эта топология называется 10Base5 (10 – скорость передачи 10 Мбит / с, Base – узкополосная передача, 5 – сегменты по 500 метров (5 раз по 100 метров)). Есть и другое ее название – стандартный Ethrnet.

Сети на толстом коаксиальном кабеле (толстый Ethrnet) обычно используют топологию “шина”. Толстый Ethrnet может поддерживать до 100 узлов (рабочих станций, репитеров и т. д.) на магистральный сегмент. Магистраль, или магистральный сегмент, - главный кабель, к которому присоединяются трансиверы с подключенными к ним рабочими станциями и репитерами. Сегмент толстого Ethernet может иметь длину 500 метров при общей длине сети 2500 метров. Расстояния и допуски для толстого Ethernet больше, чем для тонкого Ethernet.

Компоненты кабельной системы:

Трансиверы. Трансиверы, обеспечивая связь между компьютером и главным кабелем ЛВС, совмещены с «зубом вампира», соединенным с кабелем.

Кабели трансиверов. Кабель трансивера (ответвляющий кабель) соединяет кабель с платой сетевого адаптера.

DIX – коннектор, или AUI – коннектор. Этот коннектор расположен на кабеле трансивера.

Баррел – коннекторы и терминаторы.

Сеть на толстом Ethernet может состоять максимум из пяти магистральных сегментов, соединенных репитерами (по спецификации IEEE 802.3), но только к трем сегментам при этом могут быть подключены компьютеры. При вычислении общей длины кабеля «толстый Ethernet” длина кабеля трансивера не учитывается, т. е. в расчет принимают только длину сегмента кабеля “ толстый Ethernet”. Минимальное расстояние между соседними подключениями – 2,5 метра. В это расстояние не входит длина кабеля трансивера. Толстый Ethernet был разработан для построения ЛВС в рамках большого отдела лил всего здания.

Обычно в крупных сетях совместно используют толстый и тонкий Ethernet. Толстый Ethernet хорошо подходит в качестве магистрали, а для ответвляющихся сегментов применяют тонкий Ethernet. Вы наверно помните, что толстый Ethernet имеет медную жилу большего сечения и может передавать сигналы на большие расстояния, чем тонкий Ethernet. Трансивер соединяют с кабелем «толстый Ethernet”, AUI – коннектор кабеля трансивера включают в репитер. Ответвляющиеся сегменты «тонкого Ethernet» соединяют с репитером, а к ним уже подключаются компьютеры.

10BaseFL.

10BaseFL (10 – скорость передачи 10 Мбит / с, Base – узкополосная передача, FL – оптоволоконный кабель) представляет собой сеть Ethernet, в которой компьютеры и репитеры соеденины между собой оптоволоконным кабелем.

Основная причина популярности 10BaseFL – возможность прокладывать кабель между репитерами на большие расстояния (например, между зданиями). Максимальная длина сегмента 10BaseFL – 2000 метров.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

10Base-T. Неэкранированный кабель из скрученных пар (UTP)

8 скрученных попарно одножильных медных проводников диаметром 0.5 мм (24 AWG). Допускается также использование кабелей с проводниками диаметром 0.63 мм (22 AWG). Все 4 пары проводников помещены с общую пластиковую оболочку.

К
аждая пара проводников в кабеле помечена своим цветом - один из проводников имеет сплошную окраску, для другого чередуется белая и цветная окраска. Пары маркируются голубым, оранжевым, зеленым и коричневым цветами.

На внешней оболочке кабеля должна быть указана категория.

Розетки и разъемы UTP

Д

ля подключения кабелей используются 8-контактные модульные розетки (modular jack). На кабелях устанавливают с помощью специальных обжимных клещей 8-контактные разъемы RJ-45.

модульная розетка 8-контактные разъемы RJ-45

Р
азводка контактов

T568A T568B

Каскадирование	Нормальный режим
1	RD+ (прием)	TD+ (передача)
2	RD- (прием)	TD- (передача)
3	TD+ (передача)	RD+ (прием)
4	Не используется	Не используется
5	Не используется	Не используется
6	TD- (передача)	RD- (прием)
7	Не используется	Не используется
8	Не используется	Не используется

При обмене данными между двумя устройствами приемник одного из устройств должен быть соединен с передатчиком другого и наоборот. Перекрутка пар (cross-over) обычно реализуется внутри одного из устройств при разводке кабеля в разъеме. Некоторые порты концентраторов и коммутаторов поддерживают возможность смены типа разводки проводников в разъеме (MDI-X или Normal). Сетевые адаптеры компьютеров обычно не позволяют менять тип разводки порта и обозначаются как устройства с портом MDI или Uplink.

Н
а рисунках 1 и 2 показаны варианты соединения портов прямым и перекрученным (cross-over) кабелем.

Рисунок 1. Соединение прямым кабелем

Рисунок 2. Соединение перекрученным кабелем

Кабельные стыки должны обеспечивать не менее 750 циклов соединение-разъединение.

Установка соединительных элементов

Длина раскрученной части пар при установке соединительных элементов должна быть минимальной - не более 25 мм для категории 4 и не более 13 мм - для категории 5. При установке соединительных элементов следуйте рекомендациям производителя. Снимайте защитную оболочку с кабеля только на длину, требуемую для установки соединительных элементов.

Соединительные шнуры (патч-кабели) UTP

К
атегория патч-кабеля должна соответствовать категории кабеля в горизонтальной системе.

П
атч-кабели должны иметь многожильные проводники для обеспечения достаточной гибкости.

Прокладка кабелей

Во избежание обрыва проводников натяжение не должно превышать 110N.

Радиус изгиба не должен быть меньше:

4 диаметров кабеля для горизонтальной проводки.

Избегайте передавливания кабелей, причинами которого могут быть:

перекручивание кабелей при установке

неаккуратное подвешивание кабелей

слишком плотная укладка кабелей в канал или коробслишком

малый радиус изгиба

10BASE2 Тонкий коаксиальный кабель

Характеристики кабеля: диаметр 0.2", RG-58A/U 50 Ом

Приемлемые разъемы: BNC

Максимальная длина сегмента: 185 м

Минимальное расстояние между узлами: 0.5 м

Максимальное число узлов в сегменте: 30

Спецификации кабеля приведены в таблице 2.
Таблица 2. Спецификации кабелей 10BASE2 (ThinNet) RG 58 A/U и RG 58 C/U

Характеристический импеданс	Затухание на длине 185 м
50 Ом +/- 2	<8.5 db @ 10 MHz <6.0 db @ 5 MHz

Спецификации кабелей из скрученных пар

Таблица 1. Электрические спецификации кабелей категории 3, 4 и 5

Параметр	Категория 3	Категория 4	Категория 5
Число пар	4	4	4
Импеданс	100 Ом +- 15%	100 Ом +- 15%	100 Ом +- 15%
Максимальное затухание (dB на 100 m, при 20 C)	4 MHz: 5.6 10 MHz: 9.8 16 MHz: 13.1	4 MHz: 4.3 10 MHz: 7.2 16 MHz: 8.9	16 MHz: 8.2 31 MHz: 11.7 100 MHz: 22
Переходное затухание (NEXT), не менее dB	4 MHz: 32 10 MHz: 26 16 MHz: 23	4 MHz: 47 10 MHz: 41 16 MHz: 38	16 MHz: 44 31 MHz: 39 100 MHz: 32

10BASE5 Толстый коаксиальный кабель

Волновое сопротивление: 50 Ом

Максимальная длина сегмента: 500 метров

Минимальное расстояние между узлами: 2.5 м

Максимальное число узлов в сегменте: 100

Кабели AUI

Кабели AUI используются для соединения портов AUI с магистралями из толстого коаксиального кабеля. Максимальная длина кабеля составляет 50 метров.

Таблица 3. Спецификации кабелей AUI

Параметр	Значение
Сопротивление постоянному току	< 1.75 Ом для каждого проводника
Переходное затухание между парами	не менее 40 dB в диапазоне 5 - 10 МГц
Дифференциальный характеристический импеданс	78 +/- 5 Ом при 10 МГц разница между парами <3 Ом
Затухание	<3 dB в диапазоне 5 - 10 МГц
Дрожь	<1.0 ns
Общая задержка сигнала	<257 ns