Локальные сети: общие понятия
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.
Основа всего: кабели
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.
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.
Технологии, применяемые для построения локальных сетей
Существует большое количество технологий: Ethernet, FDDI, Token Ring, ARCNet, ATM, UltraNet и другие. Мы расскажем о 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.
Ethernet — самая популярная технология
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.