скачать книгу бесплатно
Глава 2
Проводные сети
Основные топологии проводной сети
Сегодня основное преимущество при планировании будущей сети отдается ее проводному варианту. Почему? Все очень просто: несмотря на дороговизну создания, данный тип сети предусматривает максимально возможную пропускную способность, которой с лихвой достаточно для выполнения заданий любой сложности. С другой стороны, если отсутствует возможность прокладки кабеля – это территория беспроводной сети.
Перед созданием проводной (кабельной) сети следует выяснить, как и где будут располагаться подключаемые компьютеры. Также нужно определить место для необходимого сетевого оборудования и то, как будут проходить связывающие кабели. Одним словом, необходимо подумать о будущей топологии сети.
От выбора топологии зависит очень много, в частности необходимое сетевое оборудование, а также будущая судьба сети, то есть возможности ее расширения.
Каждая из существующих технологий имеет свои требования к кабелю, который будет соединять компьютеры, максимальную длину сегмента,[1 - Сегмент – максимальная длина кабеля между двумя соседними компьютерами или компьютером и сетевым устройством (концентратором, маршрутизатором, репитером и т. д.).] способ ведения кабеля и т. д.
Сегодня существуют три различные топологии проводной сети: «общая шина», «звезда» и «кольцо». Кроме того, достаточно часто встречаются компьютерные сети, являющиеся своего рода пересечением этих топологий.
Топология «общая шина»
Краткое определение данной топологии – набор компьютеров, подключенных вдоль одного кабеля (рис. 2.1). Сеть в данном случае строится на основе коаксиального кабеля.
Рис. 2.1. Сеть, построенная по топологии «общая шина»
Данная топология была первой, которая активно использовалась. К сожалению, сегодня подобная сеть встречается достаточно редко.
Для работы сети нужен всего один кабель, так называемая магистраль, соединяющий все компьютеры.
Особенность сети, построенной по топологии «общая шина», заключается в передаче сигнала сразу всем компьютерам. Чтобы определить, какой из них должен их принять, используется МАС-адрес, который соответствует данной машине, точнее, ее сетевой карте. Адрес зашифровывается в каждый из пакетов, передаваемых по сети. Кроме того, данные в каждый конкретный момент времени может передавать только один компьютер. Это является слабым местом данной топологии, так как с возрастанием количества подключенных компьютеров и устройств, желающих одновременно передавать данные, скорость сети заметно падает.
Что касается надежности сети, построенной по топологии «общая шина», то сеть работает, пока соблюдаются все правила ее построения и отсутствует разрыв кабеля. Как только появляется разрыв, вся сеть перестает работать, пока неисправность не устранят или пока на компьютер, предшествующий разрыву, не будет установлена специальная заглушка-терминатор – так удается спасти работоспособность хотя бы части сети.
Несмотря на недостатки, эта топология идеально подходит для создания сети из нескольких компьютеров, особенно если они находятся в одном помещении.
Топология «звезда»
При данной топологии все компьютеры подключаются каждый своим кабелем к главному сетевому устройству, например коммутатору. Внешне такое подключение напоминает звезду, что и объясняет ее название (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Сеть, построенная по топологии «звезда»
Данный тип топологии – самый распространенный благодаря надежности и хорошей расширяемости сети.
Недостаток такой сети – достаточно высокая стоимость. К каждому рабочему месту нужно подвести отдельный провод. Кроме того, провода подключают, например, к многопортовому коммутатору или маршрутизатору, который стоит довольно дорого.
С одной стороны, выход из строя коммутатора останавливает работу всей сети. С другой – поломка одного из компьютеров никак не влияет на работоспособность оставшихся.
Для расширения сети, построенной по топологии «звезда», достаточно подключить дополнительный концентратор, коммутатор или маршрутизатор, обладающий необходимым количеством портов.
Сигнал, поступающий от передающего компьютера, идет на вход коммутатора, усиливается и передается конкретному компьютеру или сетевому устройству (в случае с концентратором – всем подключенным к нему устройствам), поэтому не может потеряться по дороге. Это достигается путем использования специальных таблиц маршрутизации, о которых вы узнаете немного позже.
Топология «кольцо»
Еще одна топология – «кольцо» (рис. 2.3) – подразумевает замкнутое круговое подключение компьютеров и других устройств сети.
Рис. 2.3. Сеть, построенная по топологии «кольцо»
При таком подключении каждый компьютер вынужден передавать возникший сигнал по кругу, предварительно его усилив, что выглядит следующим образом. Когда какому-либо устройству требуется передать данные другому устройству, оно формирует специальный сигнал – маркер, содержащий адрес передающего и принимающего устройства, и непосредственно блок передаваемых данных, после чего сформированный маркер передается в сеть. Попадая в кольцо, сигнал переходит от одного компьютера к другому, пока не найдет адресата. Если адрес в маркере совпадает с адресом компьютера, то получившая эти данные машина передает назад уведомление о получении. Таким образом, каждый компьютер принимает полученный маркер, проверяет адрес, в случае несовпадения усиливает его и передает дальше по кольцу.
Когда данные достигают своего владельца, новый маркер поступает в кольцо и переходит к следующему компьютеру, которому нужно передать информацию.
Данный тип топологии встречается все реже, так как основной ее недостаток – ненадежность сети. Ведь стоит одному компьютеру выйти из строя – сеть полностью перестает функционировать, поскольку исчезнет усиление сигнала в данной точке.
Комбинированные топологии
Под комбинированными топологиями подразумеваются варианты, когда одна из описанных выше топологий пересекается с другой, образуя таким образом комбинированную топологию (рис. 2.4).
Рис. 2.4. Сеть, соединяющая в себе топологии «звезда» и «общая шина»
Примерами таких случаев могут быть следующие. Предположим, существуют две сети, построенные по двум разным топологиям и находящиеся в двух разных зданиях или офисах. Когда необходимо соединить их в одну функциональную сеть, предстоит решить, стоит ли приводить их к одному виду или оставить так, как есть. Чаще (особенно если хочется сэкономить средства) их соединяют в первоначальном виде. В этом случае получаются комбинированные топологии, например «звезда» и «общая шина» или «звезда» и «кольцо».
Очень часто аналогичный подход применяют и при построении домашних сетей. Чтобы развести сеть между пользователями, применяют концентраторы RJ-45. Для их соединения в одну сеть используют коаксиальный кабель или оптоволокно. Таким образом и получается смесь топологий «звезда» и «общая шина».
Стандарты проводной Ethernet
С момента появления первой локальной сети того времени многое изменилось, в том числе и ее стандарты, скорость передачи информации по ее сегментам и т. п. За все время развития компьютерной индустрии сформировалось достаточно много стандартов, каждый из которых предлагает пользователю определенные удобства.
Понятие стандарта
Что такое «стандарт» и зачем он нужен?
Представьте себе, из какого количества разнообразных компонентов состоит локальная сеть. Во-первых, компьютер и сетевая операционная система; во-вторых, сетевая карта; в-третьих, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы и т. п.; в-четвертых, программное обеспечение, работающее с сетевой картой. Требования ко всем этим компонентам разнообразны, кроме того, их выпускают разные производители, поэтому без согласованности трудно достичь нужного результата. Для этого и существует понятие стандарта.
Естественно, разработкой стандартов занимаются крупные организации или комитеты, обладающие соответствующими специалистами:
• «Международная организация по стандартизации» (International Organization for Standardization, IOS[2 - Часто используют другое название организации – International Standards Organization и, соответственно, название стандарта – ISO.]) – учреждение, состоящее из ведущих организаций разных стран, которые занимаются разработками стандартов;
• «Международный союз электросвязи» (International Telecommunications Union, ITU) – постоянно действующая организация, выпустившая большое количество разнообразных стандартов, в основном телекоммуникационных;
• «Институт инженеров электротехники и радиоэлектроники» (Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE) – крупнейшая организация, занимающаяся определением сетевых стандартов;
• «Ассоциация производителей компьютеров и оргтехники» (Computer and Business Equipment Manufacturers Association, CBEMA) – организация производителей аппаратного обеспечения США, которая занимается разработкой стандартов по обработке информации;
• «Американский национальный институт стандартов» (American National Standards Institute, ANSI) – организация, занимающаяся разработкой стандартов, в том числе и в составе ISO; внедряемые ею стандарты носят разнообразный характер, начиная с сетевых и заканчивая стандартами языков программирования.
Что касается проводных сетей, они получили набор стандартов из серии Ethernet 802.3. Наибольшее распространение среди пользователей получили проводные сети, позволяющие передавать данные со скоростью от 10 до 100 Мбит/с (примерно 1,25–12,5 Мбайт/с). Ниже описаны некоторые сетевые стандарты, разработанные IEEE для проводных (кабельных) сетей.
Ethernet 10Base-2
Данное устройство сети относится к топологии «общая шина» и работает на скорости 10 Мбит/с. Для создания сети используют тонкий (0,25 см) коаксиальный кабель, поэтому часто можно услышать название «тонкая Ethernet» или «тонкий коаксиал».
Сети, построенные в соответствии со стандартом Ethernet 10Base-2, характеризуются простотой и низкой стоимостью, поэтому их удобно использовать в качестве стартовой площадки для «домашней» или офисной сети.
Коаксиальный кабель прокладывают по ходу расположения компьютера. Чтобы заглушить конечный сигнал (избавиться от ухода сигнала в никуда), применяют терминаторы, которые устанавливают на обоих концах центрального кабеля.
Для подключения кабеля к сетевой карте используют Т-коннектор, который врезают в центральный кабель. Одним концом его соединяют с BNC-коннектором на выходе сетевой карты, а два другие служат для соединения центрального кабеля.
Максимальная длина одного сегмента кабеля не должна превышать 185 м.[3 - На практике при использовании качественных сетевых карт длина сегмента может достигать 220–300 м.] Увеличить длину сегмента примерно до 925 м позволяют концентраторы (репитеры), усиливающие передаваемый сигнал. При этом существуют следующие ограничения:
• не более пяти сегментов;
• не более четырех репитеров между любыми двумя точками;
• не более трех используемых сегментов.
Среди пользователей это правило получило название 5-4-3. Кроме того, не стоит забывать следующие ограничения:
• не более 30 сетевых подключений на сегменте без репитера;
• не менее 50 см между двумя сетевыми точками.
Также следует учесть, что чем больше будет подключено сетевых устройств, тем медленнее будет сеть.
В табл. 2.1 рассмотрены основные достоинства и недостатки Ethernet 10Base-2.
Таблица 2.1. Преимущества и недостатки Ethernet 10Base-2
Ethernet 10Base-5
Данное устройство сети относится к топологии «общая шина» и работает на скорости 10 Мбит/с. Это «собрат» предыдущего стандарта. Для создания сети используют толстый (0,5 см) коаксиальный кабель, поэтому этот стандарт иногда называют «толстая Ethernet» или «толстый коаксиал».
Как и в случае с Ethernet 10Base-2, сети данного стандарта – достаточно дешевая альтернатива хорошей сети. Основные преимущества перед Ethernet 10Base-2 – увеличенная длина сегмента, большее количество рабочих станций и большая устойчивость к помехам. Общая протяженность сети может составлять 2,5 км при условии использования пяти репитеров.
Основные ограничения:
• не более пяти сегментов;
• не более четырех репитеров между любыми двумя точками;
• не более трех используемых сегментов;
• не более 100 сетевых подключений на сегменте без репитера;
• не менее 2,5 м между двумя сетевыми точками.
Чтобы компьютер можно было подключить к сети, необходимо, кроме сетевой карты компьютера, иметь еще и специальное устройство – трансивер, подключающийся непосредственно к сетевой карте, которая должна обладать разъемом AUL При этом длина кабеля между ресивером и сетевой картой может достигать 50 м, что облегчает возможную перестановку компьютера в другое место.
В табл. 2.2 рассмотрены основные достоинства и недостатки Ethernet 10Base-5.
Таблица 2.2. Преимущества и недостатки Ethernet 10Base-2
Ethernet 10Base-T
Ethernet 10Base-T относится к топологии «звезда» и работает на скорости 10 Мбит/с. Для создания сети используют неэкранированную телефонную витую пару.
Имея преимущество сети топологии «звезда», данный тип все же встречается довольно редко из-за использования достаточно чувствительного к наводкам телефонного кабеля.
Максимальная длина сегмента сети, построенной на стандарте Ethernet 10Base-T, – 100 м (сказывается отсутствие экрана провода), хотя, как и в случае с Ethernet 10Base-2, существуют репитеры, удлиняющие сегменты.
В отличие от сетей стандарта Ethernet 10Base-2, сети Ethernet 10Base-T имеют меньшую устойчивость к помехам, зато более гибкие и позволяют легче локализировать неисправность.
В табл. 2.3 рассмотрены основные достоинства и недостатки Ethernet 10Base-T.
Таблица 2.3. Преимущества и недостатки Ethernet 10Base-T
Ethernet 10Base-F
Ethernet 10Base-F относится к топологии «звезда» и работает на скорости 10 Мбит/с. Для создания сети используют волоконно-оптический кабель, данные по которому передаются на частоте 500–800 МГц.
Поскольку для монтажа используют оптоволокно, такая сеть обладает максимальной защищенностью от электрических и электромагнитных наводок, что гарантирует хороший сигнал на всей протяженности сегмента. Кроме того, длина сегмента в данном случае намного больше, чем у рассмотренных выше вариантов, – до 2 км.
Сеть с применением этого стандарта достаточно часто используется для соединения между собой отдельно стоящих зданий.
В табл. 2.4 рассмотрены основные достоинства и недостатки Ethernet 10Base-F.
Таблица 2.4. Преимущества и недостатки Ethernet 10Base-F
Fast Ethernet 100Base-TX
Сеть стандарта Fast Ethernet 100Base-TX – «старший брат» сети, использующей стандарт Ethernet 10Base-T. Данный стандарт также подразумевает использование топологии «звезда».
Основное его отличие от своего «собрата» – скорость передачи данных, которая в данном случае составляет 100 Мбит/с, что в десять раз больше, чем у стандарта Ethernet 10Base-T.
Аналогично Ethernet 10Base-T, сеть стандарта Fast Ethernet 100Base-TX строится на основе кабеля «витая пара», однако с использованием отдельных пар проводов для передачи и приема данных. При этом применяют и неэкранированные, и экранированные провода, на которые накладывается ограничение – они должны быть скручены по всей длине, кроме концов (1–1,5 см), к которым присоединяют коннекторы. Как и в Ethernet 10Base-T, длина сегмента не должна превышать 100 м.
В табл. 2.5 рассмотрены основные достоинства и недостатки Fast Ethernet 100Base-TX.
Таблица 2.5. Преимущества и недостатки Ethernet 100Base-TX
Fast Ethernet 100Base-FX
Fast Ethernet 100Base-FX – еще один стандарт, позволяющий строить сети с помощью дорогого, но сверхзащищенного оптоволоконного кабеля, причем в данном случае используют два кабеля.
Основное преимущество оптоволоконных сетей – длина сегмента, которая в зависимости от режима передачи данных и оптоволоконного разъема составляет от 412 м (полудуплексный режим) до 2 км (дуплексный режим). Кроме увеличенной до 100 Мбит/с скорости передачи данных, все остальные характеристики остались без существенных изменений. Максимальное количество подключаемых рабочих станций – 1024.
Gigabit Ethernet
Существует несколько стандартов, которые входят в состав Gigabit Ethernet. В частности, стандарт 1000Base-T подразумевает использование кабеля на основе витой пары 5-й категории. При этом используются все четыре пары проводников. Максимальная длина сегмента – 100 м.
Также существует ряд стандартов, например 1000Base-LX, которые в качестве кабельной системы используют оптоволокно. В этом случае максимальная длина сегмента может составлять 5 км[4 - Общая длина сети может достигать 70 км, что зависит от используемого активного сетевого оборудования.] для одномодового кабеля и 550 м для многомодового кабеля.
10 Gigabit Ethernet
