Какой стандарт соответствует сети ethernet на толстом коаксиальном кабеле
Кто-то считает, что это очевидные вещи, другие скажут, что скучная и ненужная теория. Тем не менее на собеседованиях периодически можно услышать подобные вопросы. Мое мнение: о том, о чем ниже пойдет речь, нужно знать всем, кому приходится брать в руки «обжимку» 8P8C (этот разъем обычно ошибочно называют RJ-45). На академическую глубину не претендую, воздержусь от формул и таблиц, так же за бортом оставим линейное кодирование. Речь пойдет в основном о медных проводах, не об оптике, т.к. они шире распространены в быту.
Технология Ethernet описывает сразу два нижних уровня модели OSI. Физический и канальный. Дальше будем говорить только о физическом, т.е. о том, как передаются биты между двумя соседними устройствами.
Технология Ethernet — часть богатого наследия исследовательского центра Xerox PARC. Ранние версии Ethernet использовали в качестве среды передачи коаксиальный кабель, но со временем он был полностью вытеснен оптоволокном и витой парой. Однако важно понимать, что применение коаксиального кабеля во многом определило принципы работы Ethernet. Дело в том, что коаксиальный кабель — разделяемая среда передачи. Важная особенность разделяемой среды: ее могут использовать одновременно несколько интерфейсов, но передавать в каждый момент времени должен только один. С помощью коаксиального кабеля можно соединит не только 2 компьютера между собой, но и более двух, без применения активного оборудования. Такая топология называется шина. Однако если хотябы два узла на одной шине начнут одновременно передавать информацию, то их сигналы наложатся друг на друга и приемники других узлов ничего не разберут. Такая ситуация называется коллизией, а часть сети, узлы в которой конкурируют за общую среду передачи — доменом коллизий. Для того чтоб распознать коллизию, передающий узел постоянно наблюдает за сигналов в среде и если собственный передаваемый сигнал отличается от наблюдаемого — фиксируется коллизия. В этом случае все узлы перестают передавать и возобновляют передачу через случайный промежуток времени.
Диаметр коллизионного домена и минимальный размер кадра
Таким образом чем больше потенциальный размер сегмента сети, тем больше накладных расходов уходит на передачу порций данных маленького размера. Разработчикам технологии Ethernet пришлось искать золотую середину между двумя этими параметрами, и минимальным размером кадра была установлена величина 64 байта.
Витая пара и дуплексный режим рабты
Витая пара в качестве среды передачи отличается от коаксиального кабеля тем, что может соединять только два узла и использует разделенные среды для передачи информации в разных направлениях. Одна пара используется для передачи (1,2 контакты, как правило оранжевый и бело-оранжевый провода) и одна пара для приема (3,6 контакты, как правило зеленый и бело-зеленый провода). На активном сетевом оборудовании наоборот. Не трудно заметить, что пропущена центральная пара контактов: 4, 5. Эту пару специально оставили свободной, если в ту же розетку вставить RJ11, то он займет как раз свободные контакты. Таким образом можно использовать один кабели и одну розетку, для LAN и, например, телефона. Пары в кабеле выбраны таким образом, чтоб свести к минимуму взаимное влияние сигналов друг на друга и улучшить качество связи. Провода одной пару свиты между собой для того, чтоб влияние внешних помех на оба провода в паре было примерно одинаковым.
Для соединения двух однотипных устройств, к примеру двух компьютеров, используется так называемый кроссовер-кабель(crossover), в котором одна пара соединяет контакты 1,2 одной стороны и 3,6 другой, а вторая наоборот: 3,6 контакты одной стороны и 1,2 другой. Это нужно для того, чтоб соединить приемник с передатчиком, если использовать прямой кабель, то получится приемник-приемник, передатчик-передатчик. Хотя сейчас это имеет значение только если работать с каким-то архаичным оборудованием, т.к. почти всё современное оборудование поддерживает Auto-MDIX — технология позволяющая интерфейсу автоматически определять на какой паре прием, а на какой передача.
Возникает вопрос: откуда берется ограничение на длину сегмента у Ethernet по витой паре, если нет разделяемой среды? Всё дело в том, первые сети построенные на витой паре использовали концентраторы. Концентратор (иначе говоря многовходовый повторитель) — устройство имеющее несколько портов Ethernet и транслирующее полученный пакет во все порты кроме того, с которого этот пакет пришел. Таким образом если концентратор начинал принимать сигналы сразу с двух портов, то он не знал, что транслировать в остальные порты, это была коллизия. То же касалось и первых Ethernet-сетей использующих оптику (10Base-FL).
Зачем же тогда использовать 4х-парный кабель, если из 4х пар используются только две? Резонный вопрос, и вот несколько причин для того, чтобы делать это:
- 4х-парный кабель механически более надежен чем 2х-парный.
- 4х-парный кабель не придется менять при переходе на Gigabit Ethernet или 100BaseT4, использующие уже все 4 пары
- Если перебита одна пара, можно вместо нее использовать свободную и не перекладывать кабель
- Возможность использовать технологию Power over ethernet
Не смотря на это на практике часто используют 2х-парный кабель, подключают сразу 2 компьютера по одному 4х-парному, либо используют свободные пары для подключения телефона.
Gigabit Ethernet
В отличии от своих предшественников Gigabit Ethernet всегда использует для передачи одновременно все 4 пары. Причем сразу в двух направлениях. Кроме того информация кодируется не двумя уровнями как обычно (0 и 1), а четырьмя (00,01,10,11). Т.е. уровень напряжения в каждый конкретный момент кодирует не один, а сразу два бита. Это сделано для того, чтоб снизить частоту модуляции с 250 МГц до 125 МГц. Кроме того добавлен пятый уровень, для создания избыточности кода. Он делает возможной коррекцию ошибок на приеме. Такой вид кодирования называется пятиуровневым импульсно-амплитудным кодированием (PAM-5). Кроме того, для того, чтоб использовать все пары одновременно для приема и передачи сетевой адаптер вычитает из общего сигнала собственный переданный сигнал, чтоб получить сигнал переданный другой стороной. Таким образом реализуется полнодуплексный режим по одному каналу.
Дальше — больше
10 Gigabit Ethernet уже во всю используется провайдерами, но в SOHO сегменте не применяется, т.к. судя по всему там вполне хватает Gigabit Ethernet. 10GBE качестве среды распространения использует одно- и многомодовое волокно, с или без уплотнением по длине волны, медные кабели с разъемом InfiniBand а так же витую пару в стандарте 10GBASE-T или IEEE 802.3an-2006.
40-гигабитный Ethernet (или 40GbE) и 100-гигабитный Ethernet (или 100GbE). Разработка этих стандартов была закончена в июле 2010 года. В настоящий момент ведущие производители сетевого оборудования, такие как Cisco, Juniper Networks и Huawei уже заняты разработкой и выпуском первых маршрутизаторов поддерживающих эти технологии.
В заключении стоит упомянуть о перспективной технологии Terabit Ethernet. Боб Меткалф, создатель предположил, что технология будет разработана к 2015 году, и так же сказал:
Чтобы реализовать Ethernet 1 ТБит/с, необходимо преодолеть множество ограничений, включая 1550-нанометровые лазеры и модуляцию с частотой 15 ГГц. Для будущей сети нужны новые схемы модуляции, а также новое оптоволокно, новые лазеры, в общем, все новое
UPD: Спасибо хабраюзеру Nickel3000, что подсказал, про то что разъем, который я всю жизнь называл RJ45 на самом деле 8P8C.
UPD2:: Спасибо пользователю Wott, что объяснил, почему используются контакты 1,2,3 и 6.
Выбор структуры сети — занятие нетривиальное. Помочь в этом могут спецификации на кабельные системы:
Выбор определяется многими факторами, не последний из которых — имеющаяся сумма на создание (модернизацию) сети. Так, самый дешевый вариант — это 10Base-2.
10Base-5
Тип кабеля | толстый коаксиальный кабель RG-8/11 (желтый Ethernet) |
---|---|
Топология | шина |
Максимальное число узлов на сегменте | 100 |
Максимальное количество сегментов | 5 (4 репитера, 2 сегмента без узлов) |
Максимальная длина сегмента | 500 м |
Максимальная длина сети | 2500 м (300 узлов) |
Минимальное расстояние между точками включения | 2,5 м |
Максимальная длина трансиверного кабеля | 50 м |
10Base-2
Тип кабеля | тонкий коаксиальный кабель RG-58/U или RG-58A/U |
---|---|
Топология | шина |
Максимальное число узлов на сегменте | 30 |
Максимальное количество сегментов | 5 (4 репитера, 2 сегмента без узлов) |
Максимальная длина сегмента | 185 м |
Максимальная длина сети | 925 м |
Минимальное расстояние между точками включения | 0,5 м |
Способ подсоединения узла | BNC T-коннектор |
10Base-T
Тип кабеля | UTP3, UTP4, UTP5 |
---|---|
Топология | звезда |
Максимальное число узлов на сегменте | 1024 |
Максимальное количество сегментов | 5 (последовательно) |
Максимальная длина сегмента | 100 м |
Максимальная длина сети | 500 м |
Способ подсоединения узла | RJ-45 |
Количество используемых пар кабеля | 2 |
10Base-F
Тип кабеля | одномодовый и многомодовый оптический кабель |
---|---|
Топология | звезда |
Максимальное число узлов на сегменте | 1024 |
Максимальная длина сегмента | для одномодового — 5 км |
для многомодовго — 1 км | |
Способ подсоединения узла | ST-коннектор |
Количество используемых пар кабеля | 1 |
100Base-TX
Тип кабеля | UTP5, STP тип 1 |
---|---|
Топология | звезда |
Максимальное число узлов на сегменте | 1024 |
Максимальное количество сегментов | 3 (последовательно) |
Максимальная длина кабеля между концентраторами | 5 м |
Максимальная длина сегмента | 100 м |
Максимальная длина сети | 205 м |
Способ подсоединения узла | RJ-45 |
Количество используемых пар кабеля | 2 |
100Base-FX
Тип кабеля | одномодовый оптический кабель |
---|---|
Топология | звезда |
Максимальное число узлов на сегменте | 1024 |
Максимальная длина сегмента: коммутатор—коммутатор, full duplex коммутатор—коммутатор, half duplex коммутатор—узел, full duplex коммутатор—узел, half duplex | 2 км 412 м 2 км 412 м |
100Base-T4
Тип кабеля | UTP3, UTP4, UTP5 |
---|---|
Топология | звезда |
Максимальное число узлов на сегменте | 1024 |
Максимальное количество сегментов | 3 (последовательно) |
Максимальная длина кабеля между концентраторами | 5 м |
Максимальная длина сегмента | 100 м |
Максимальная длина сети | 205 м |
Способ подсоединения узла | RJ-45 |
Количество используемых пар кабеля | 4 (3 — обмен данными, 1 — определение коллизий) |
1000Base-X
Комитет IEEE 802.3z Gigabit Task Force разрабатывает 4 стандарта на передачу информации со скоростью 1000 Мбит/с.
1000Base-LX
Использует трансиверы на длинноволновом лазере | |
Тип кабеля | одномодовый и многомодовый оптический кабель |
---|---|
Топология | звезда |
Максимальное число узлов на сегменте | 2 |
Максимальная длина сегмента | для одномодового — 3 км |
для многомодовго — 550 м |
1000Base-SX
Использует трансиверы на коротковолновом лазере и многомодовый оптический кабель. | |
Тип кабеля | многомодовый оптический кабель |
---|---|
Топология | звезда |
Максимальное число узлов на сегменте | 2 |
Максимальная длина сегмента | |
для многомодового диаметром 62,5 мкм | 300 м |
для многомодового диаметром 50,0 мкм | 550 м |
1000Base-CX
Использует экранированную витую пару | |
Тип кабеля | STP |
---|---|
Топология | звезда |
Максимальное число узлов на сегменте | 2 |
Максимальная длина сегмента | 25 м |
1000Base-T
Использует неэкранированную витую пару | |
Тип кабеля | UTP5 |
---|---|
Топология | звезда |
Максимальное число узлов на сегменте | 2 |
Максимальная длина сегмента | 100 м |
100VG-AnyLAN
Тип кабеля | UTP3, UTP4, UTP5 |
---|---|
Топология | звезда |
Максимальное число узлов на сегменте | 1024 |
Максимальное количество сегментов | 4 (последовательно) |
Максимальная длина кабеля между концентраторами | 5 м |
Максимальная длина сегмента (только для оборудования HP) | 225 м |
Максимальная длина сети | 1100 м |
Способ подсоединения узла | RJ-45 |
Количество используемых пар кабеля | 4 |
Тип кабеля | оптоволокно |
---|---|
Топология | кольцо |
Максимальное число узлов на сегменте | 500 |
Максимальное количество сегментов | 4 |
Максимальная длина кабеля между узлами | 2 км |
Максимальная длина сети | 100 км |
Способ подсоединения узла | MIC-коннектор |
Количество используемых пар кабеля | DAS — 2 |
SAS — 1 |
Практически то же, что и FDDI, но на витой паре.
Token-Ring
Тип кабеля | UTP, STP |
---|---|
Топология | звезда |
Максимальное число узлов/MSAU * на сегменте | UTP — 72/9 |
STP — 260/33 | |
Максимальная длина сегмента (без репитера) | |
UTP | 150 м (для скорости 4 Mbps), 60 м (для скорости 16 Mbps) |
STP | 300 м (для скорости 4 Mbps), 100 м (для скорости 16 Mbps) |
Максимальная длина сегмента между репитерами | |
UTP | 365 м |
STP | 725 м |
Способ подсоединения узла | RJ-45 |
Количество используемых пар кабеля | 2 |
Использованы материалы из Novell Ethernet Installation Supplement и с сервера Технического Управления фирмы АйТи
Сначала немного о том, что такое вообще Ethernet. Обычно под этим определением понимают сеть, в которой все устройства могут слышать другие устройства. Для того, чтобы был понятно, кому же предназначены передаваемые в сеть данные, каждое устройство в сети имеет свой логический номер. Если устройство видит пакет данных, который предназначен именно для него, то оно спокойно его принимает, а остальные устройства игнорируют передачу. Если два (или более) устройства одновременно начинают передавать данные, то все они замолкают и возобновляют активность через неопределеный промежуток времени. Таким простым способом устраняются возможные конфликты. Недостатком метода является то, что при большой нагрузке на сеть ее производительность сильно снижается из-за частых конфликтов. В связи с простотой конфигурации и дешевизной при достаточно хорошей производительности Ethernet-сети получили широкое распространение, особенно в России. Очевидно, что Ethernet не предназначена для создания распредельных сетей, ее прерогатива - домашние/офисные или не слишком большие корпоративные сети, которые прокладыаются в одном здании или нескольких, если последние расположены достаточно компактно, что связано с небольшой максимальной длиной сетевого канала.
Самыми старыми сетями, построенными по вышеописанному принципу (в дальнейшем мы тоже будем иметь виду в основном только Ethernet), являются сети на основе коаксикального кабеля. Коаксикальный кабель, как вы знаете, сотоит из центрального довольно толстого проводника (одножильного или многожильного) и внешней экранирующей оплетки. В рассматриваемых нами сетях применяется коаксикальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ohm. Волновое сопротивление - отношение напряжения к силе тока в данном сечении передающей линии при распространении в ней электромагнитных колебаний. Коаксикальный кабель обычно называют Ethernet-кабелем или просто Ethernet, так как в компьютерной технике он, как правило, используется в основном для построения сетей. Существует два варианта организации сетей на коаксикальном кабеле: на толстом Ethernet и на тонком Ethernet. Названия, естественно, произошли от толщины кабеля, которая в первом случае составляет около 0.4", а во втором приблизительно 0.2".
Ethernet на толстом коаксикальном кабеле
Самый старый тип Ethernet-сетей. Стандарт также называется IEEE 10Base5. Из рисунка видно, что используется шинная топология, то есть устройства навешаны на кабель словно лампочки на елочной гирлянде. Из-за своей характерной окраски толстый Ethernet также называют желтым кабелем. Он позволяет использовать сегмент длиной до 500 m при минимальное расстоянием между точками подключения 2.5 метра (максимальное количество точек подключения к сегменту равно 100, а количество сегментов сети не может превышать 5 штук; подробнее о том, что такое сегмент и зачем нужно такое понятие, будет рассказано ниже). Устройства подключаются к сети посредством устанавливаемого на кабель трансивера (MAU, Media Access Unit). Максимальная длина кабеля между трансивером и устройством ограничена 25 m. При подключении используется 15-контактный разъем AUI. Стандарт уже давно (в основном из-за дороговизны соответствующих кабелей и трансиверов) устарел, и в настоящее время невозможно найти в продаже новое оборудование для построения сети на этом стандарте, да и уже построенные сети являются очень большой редкостью.
Сеть на тонком Ethernet
Этот более современный (но тем не менее тоже устаревший) стандарт, который правильно называть 10Base2, аналогичен предыдущему, но в нем уже используется более дешевый тонкий кабель, а также отпадает необходимость в трансиверах. Поэтому такие сети получили в свое время гораздо более широкую популярность, чем сети на толстом кабеле. Устройство подключается непосредственно к сети с помощью Т-образного коннектора, где ножка буквы "Т" обращена к самому устройству (например, сетевой карте), а другие два конца соединяют отрезки кабеля и как бы являются его частью. Можно вынуть коннектор из устройства, работоспособность сети от этого не ухудшится. Разъем на устройстве обычно обозначется в тексте как BNC. Они бывают накручивающиеся, обжимные или припаивающиеся. Наиболее легкие в установке и наджные накручивающиеся, но они, к сожалению, редки в продаже. Припаивающиеся очень неудобно устанавливать, особенно если установщик первый раз в жизни держит в руках паяльник, поэтому чаще всего применяются обжимные коннекторы, которые, кстати, тоже достаточно надежны. Максимальная длина сегмента 185 метров, минимальное расстояние между точками подключения 0.5 метра, максимальное количество точек подключения к сегменту составляет 30 при не более чем пяти сегментов в сети. Как видно из приведенных характеристик сети, замена кабеля на более дешевый обернулась уменьшением длины сегмента чуть ли не в три раза. Хотя сеть, как правило, может работать при длине сегмента до 200 m, все равно это куда меньше, чем 500.
Все описанные стандарты (как на толстом, так и на тонком кабеле), обязательно предусматривают терминирование с обоих концов. Это делается с помощью специальных наконечников, которые устанавливаются на концы сети. В принципе, можно обойтись и без терминирования, но при этом характеристики линии резко ухудшаться, что тут же повлияет в отрицательную сторону на производительность и надежность сети. Один и только один из терминаторов (то есть концов сети) должен быть заземлен.
У репитеров имеется отрицательная черта, заключающаяся в том, что он вносит задержку в распространение сигнала по сети. Все сети Ethernet используют протокол доступа, называемый CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Чтобы этот протокол работал нормально, ему необходимо иметь возможность определять возникновение коллизии. CSMA/CD определяет это возникновение, сравнивая данные, находящиеся в сети, с теми, что были отправлены в сеть. Если определяется отличие, то это означает, что произошла коллизия (одновременная передача двумя устройствами) и передача немедленно прекращается. Устройство, как уже говорилось, затем ждет случайный отрезок времени и повторяет попытку передачи. Существует изъян в CSMA/CD, который ограничивает размер сети. Посылаемые биты не попадают мгновенно во все точки сети, необходим некоторый отрезок времени, для того чтобы сигнал прошел по проводам и через каждый репитер в сети. Это время может быть измерено, и оно называется задержкой распространения (Propagation Delay). Если задержка распространения между источником сигнала и наиболее удаленным источником сети больше, чем половина размера наименьшего пакета (frame), который может существовать, тогда CSMA/CD не сможет правильно определить коллизию, и данные в сети могут быть потеряны или искажены. Поэтому не стоит без особой необходимости сильно увлекаться репитерами, так как они замедляют работу сети.
Согласно проведенным разработчиками Ethernet вычислениям и измерениям, на пути сигнала в сети может быть не более 4 репитеров и не более 5 сегментов, причем только к трем из них могут быть подключены устройства. Эти выводы обычно выражаются в виде правила "5-4-3". Конечно, в целом в сети может быть больше 4 репитеров (их можно, в принципе, наставить сколько угодно), но нас интересует только их количество между двумя любыми устройствами. Это ограничение дает максимальную длину сети для толстого Ethernet равной 2500 m и чуть меньше километра для сети на основе тонкого Ethernet.
Не следует экономить на кабеле, особенно если предполагается создавать большую сеть, так как при некачественном кабеле ее надежность уменьшается. В качестве тонкого кабеля, кстати, подходит и обычный отечественный РК-50, производимый еще по ГОСТам СССР. Однако он имеет так много разновидностей, что в них легко запутаться. Очень не рекомендуется использовать в сети кабели разных марок. Если первоначальной длины отрезка кабеля не хватает, то его можно нарастить с помощью специального Barrel-коннектора. Нежелательно соединять кабеля простой скруткой.
Впрочем, сейчас все эти рекомендации не очень актуальны, так как сети на коаксикальном кабеле используются уже (2001 год) очень редко, хотя оборудование для их прокладки еще можно найти в магазинах. Это связано, во-первых, с невысокой пропускной способностью сети, равной 10 Mbps (на практике 7-8 Mbps), откуда и число "10" в названии. Во-вторых, шинная топология не является надежной, так как разрыв провода приводит к разрыву всей сети, да и использовать ее не всегда удобно. Поэтому мы даже не будем приводить примеры оборудования, которое было создано для вышеописанных сетей, а опишем в соответствующей статье оборудование для Ethernet на витой паре, так как этот тип сетей сегодня является наиболее распространенным.
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.
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.
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.
Как и в случае сегмента 10BASE-FL, волоконно-оптические кабели подключаются к адаптеру и к концентратору при помощи разъемов типа SC, ST или FDDI. Разъемы ST имеют байонетный механизм, а для присоединения разъемов SC и FDDI достаточно просто вставить их в гнездо. Максимальная длина кабеля между компьютером и концентратором составляет 400 метров, причем это ограничение определяется установленными временными соотношениями, а не качеством кабеля.
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:
- 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]
Читайте также: