Постоянный доступ

Главное отличие постоянного доступа от коммутируемого (dial-up) заключается в том, что ваш компьютер подключен к Интернету постоянно. Следовательно, чтобы посмотреть электронную почту или заглянуть на какой-либо сайт, вам не нужно дозваниваться до модемного пула провайдера.

Телефон больше не нужен!

Если вы подключаетесь при помощи коммутируемого доступа (модема), то ваш телефон будет занят. И, наоборот, если по телефону кто-то разговаривает, вы не сможете выйти в Интернет. Ethernet избавил Вас от необходимости использовать телефон для выхода в Интернет. У вас вообще нет телефона? Для технологии Ethernet это не имеет значения – он является в полном смысле выделенной линией – отдельная, независимая высокоскоростная магистраль связывает Вас с глобальной сетью.

Высокая скорость

Ethernet относится к классу широкополосных (broadband) технологий. Он обеспечивает скорость передачи данных от 10 до 100 Мбит/с, причем симметрично – скорость не зависит от того, скачиваете Вы файл к себе на компьютер, или отправляете его. Обладатели различных DSL (ADSL, SDSL, VDSL и пр.) могут только мечтать о подобных скоростях. Высокая скорость позволяет комфортно работать с Web-сайтами, быстро перекачивать большие файлы и документы, работать с мультимедиа, полноценно использовать интерактивные приложения, поддерживать связь между несколькими филиалами так, как будто они расположены в соседних комнатах. Простой пример – оцифрованный фильм размером 700 мегабайт можно скачать всего за несколько минут.

Качество

Широкое использование оптоволокна, топологии типа “кольцо” с резервированием магистральных линий, “умные” концентраторы и маршрутизаторы не только увеличили пропускную способность сетей Ethernet, но и значительно увеличили их надежность и устойчивость к внешним воздействиям.

Простота подключения

Если говорить о подключении, Ethernet произвел настоящую революцию – рекордно дешевая и простая процедура подключения сделала его доступным каждому, кому нужен высокоскоростной доступ Интернет. На сегодняшний день, приличный модем стоит дороже, чем подключение выделенной линии по технологии Ethernet. Никакого специального дорогостоящего оборудования. Никаких специальных настроек или специального программного обеспечения. Сетевая карта за 150-200 рублей (которая, кстати, зачастую уже встроена в материнскую плату) и все, Ваш компьютер готов к подключению. Затрудняетесь сами установить карту? Наши специалисты ее установят и настроят.

Ethernet в сравнении с другими технологиями доступа

Технология Ethernet обладает несколькими серьезными преимуществами.

По сравнению с различными вариантами DSL, не требуется телефон. Не имеет значения качество существующей телефонной линии – напомним, что телефоны с блокираторами или подключенные к пульту охраны, непригодны для DSL. Ethernet обеспечивает в десятки раз большие скорости передачи данных. Нет нужды покупать дорогостоящий DSL-модем. Вы получаете симметричный высокоскоростной канал, в то время как ADSL имеет высокую скорость передачи данных только в одном направлении. Кроме того, Ваши затраты на подключение значительно меньше.

Сети кабельного телевидения, если сравнить их с Ethernet, обладают крайне низкими скоростями, и невысокой надежностью. Главным образом в силу того, что наши сети Ethernet изначально проектируются как надежная и скоростная система доступа в Интернет, а “кабельщики” адаптируют не предназначенные для этого телевизионные сети на базе ненадежного коаксиального кабеля. К слову сказать, коаксиальный кабель практически не используется в локальных сетях уже более 7 лет именно ввиду низкой надежности и “капризности”. Кабельные модемы работают асимметрично, на все модемы выделяется полоса не более 40 мегабит/сек на вход, и на выход не более 20 мегабит/с, и эта полоса делится между всеми модемами и всеми пользователями, подключенными с каждого модема.

Рекордные скорости передачи данных на участке “последней мили” наряду с хорошей стабильностью и надежностью связи, дают пользователям Ethernet-линий возможность использовать сеть не только для работы в Интернет, но и для обмена мультимедийным трафиком.

Как работает Ethernet в масштабах города:

Как же технология, первоначально ориентированная на использование внутри зданий и офисов, смогла вырасти до размеров общегородской сети?

Оптоволоконные магистрали

По сравнению с медными парами, оптоволоконные линии совершенно независимы от погодных условий, не боятся электромагнитных наводок, не горят от грозовых разрядов, в высшей степени стабильны и долговечны. Низкие потери при распространении света в кварцевом волокне сделали возможным связать между собой сегменты сети, удаленные на расстояния в несколько километров друг от друга. Если Вы нуждаетесь в наибольшей надежности, гарантируемой оптоволокном, мы заведем оптику непосредственно в офис или квартиру. Но при этом, естественно, возрастет стоимость подключения.

Топология “кольцо “.

Хоть и редко, но аварии случаются. Абсолютной надежных линий, увы, не существует – всегда есть вероятность разрушения магистралей, например, злоумышленниками, или при проведении работ коммунальными службами.

Но, поскольку основные магистрали имеют как минимум двукратное резервирование, даже разрыв магистральной линии зачастую остается незаметным для пользователей – управляемые коммутаторы автоматически переключаются на резервную линию, и даже в худшем варианте, перерыв в оказании услуги сведен к минимуму.

Подключение абонентов по витой паре

Несмотря на широкое использование оптоволоконных линий, медная витая пара по-прежнему используется при подключении абонентов на участке “узел сети – клиент”. Ввиду небольшой себестоимости и простоте монтажа, витая пара пока не имеет достойных конкурентов по соотношению “цена/качество”, и применяется для прокладки внутри зданий и офисов, связывая пользователя с ближайшим концентратором сети.

Перспективы

Ethernet практически единственная технология, которая способна сделать широкополосный доступ в Интернет действительно массовой услугой. Она уже сейчас делает постоянный доступ в Интернет столь же популярным, каким до последнего времени являлся коммутируемый доступ. Распространение доступа в Интернет через Ethernet можно сравнить с той революцией, которая произошла несколько лет назад в области мобильной телефонной связи – из экзотики для VIP-персон “мобильник” превратился в массовую и общедоступную услугу.

Ethernet имеет очень хороший потенциал для дальнейшего развития – уже разработаны стандарты, позволяющие в десятки раз увеличить и без того высокую скорость передачи данных, а сетевые устройства постоянно дешевеют.

На сегодняшний день у технологии доступа в Интернет через Ethernet есть все права называться “Народным Интернетом”

4. Аппаратура компьютерных сетей

Аппаратура сетей — узлы и средства их соединения — определяется выбранной сетевой архитектурой. В данном разделе приводятся сведения о наиболее популярных архитектурах локальных и глобальных сетей.

4.1 Компоненты сети

Кабельный сегмент сети — цепочка отрезков кабелей, электрически соединенных друг с другом.

Логический сегмент сети, или просто сегмент — группа узлов сети, имеющих непосредственный доступ друг к другу на уровне пакетов канального уровня. В интеллектуальных хабах Ethernet группы портов могут объединяться в логические сегменты для изоляции их трафика от других сегментов в целях повышения производительности и защиты.

Кабельная сеть — совокупность кабельных сегментов и узлов, связанных между собой повторителями. Для архитектуры Ethernet узлы, подключенные к кабельным сегментам, соединенным повторителями, а также узлы, соединенные простейшими хабами (многопортовыми повторителями), принадлежат к одной кабельной сети.

Интерсеть — совокупность кабельных сетей, связанных между собой мостами или маршрутизаторами.

Сеть IPX — кабельная сеть в совокупности с принятым типом фрейма, имеющая собственный IPX-номер (4-байтный идентификатор), уникальный в интерсети. В одной кабельной сети Ethernet может существовать две различные сети IPX с собственными номерами, различающиеся применяемым типом фрейма (802.2 и 802.3).

Кабельный центр — хаб (Hub) — устройство физического подключения нескольких сегментов или лучей.
Интеллектуальный хаб (Intelligent Hub) имеет специальные средства для диагностики и управления, что позволяет оперативно получать сведения об активности и исправности узлов, отключать неисправные узлы и т. д. Стоимость существенно выше, чем у обычных.
Активный хаб (Active Hub) усиливает сигналы, требует источника питания.
Peer Hub — хаб, исполненный в виде платы расширения PC, использующей только источник питания PC. Распространен в сетях ARCnet.
Пассивный хаб (Passive Hub) только согласует импедансы линий (в сетях ARCnet).
Standalone Hub — самостоятельное устройство с собственным источником питания (обычный вариант).

Концентратор - более сложный хаб, обычно с возможностью соединения сетей различных архитектур.
Четкой границы между хабами и концентраторами нет, и те и другие могут являться повторителями, мостами или маршрутизаторами.

Повторитель (Repeater) — устройство для соединения сегментов одной сети, обеспечивающее промежуточное усиление и формирования сигналов. Оперирует на физическом уровне модели OSI. Позволяет расширять сеть по расстоянию и количеству подключенных узлов.
Мост (Bridge) — средство передачи пакетов между сетями (локальными), оперирует на двух нижних уровнях модели OSI, для протоколов сетевого уровня прозрачен. Осуществляет фильтрацию пакетов, не выпуская из сети пакеты для адресатов, находящихся внутри сети, а также переадресацию — передачу пакетов в другую сеть в соответствии с таблицей маршрутизации или во все другие сети при отсутствии адресата в таблице. Таблица маршрутизации обычно составляется в процессе самообучения по адресу источника приходящего пакета. Мосты классифицируются по нескольким признакам:
По уровню протокола:

• MAC-Layer Bridges работают на подуровне управления доступом к среде, позволяют связывать сети одинаковой архитектуры (с одинаковыми форматами пакетов).
• LLC-Layer Bridges работают на подуровне управления логической связью, позволяют связывать сети с различными архитектурами (Ethernet — Token Ring — Arcnet).

По алгоритму трассировки:

• Transparent routing (прозрачный) — мост сам определяет трассу для каждого пакета, запоминая местоположение всех узлов. Используется в сетях Ethernet.
• Source Routing — трасса пакета вводится в адресную часть самим источником пакета. Используется в Tokeng Ring.

По отношению к серверу::

• внутренний мост (Internal Bridge) — часть программного обеспечения сервера, обеспечивающая пересылку пакетов между сегментами, подключенными к разным сетевым адаптерам.
• внешний мост (External, Stand-alone Bridge) — отдельное устройство.

По расстоянию между соединяемыми сетями:

• локальный мост (local Bridge) соединяет рядом расположенные локальные сети.
• удаленный мост (Remote Bridge) соединяет географически разнесенные локальные сети через средства телекоммуникации (выделенные или коммутируемые телефонные линии и т. д.). Телекоммуникация является узким местом моста, для повышения производительности возможно параллельное использование нескольких каналов связи.

Маршрутизатор (Router) — средство обеспечения связи между узлами различных сетей, оперирует на сетевом уровне модели OSI, использует сетевые (логические) адреса. Сети могут находиться на значительном расстоянии, и путь, по которому передается пакет, может проходить через несколько маршрутизаторов. Сетевой адрес интерпретируется как иерархическое описание местоположения узла. Маршрутизаторы поддерживают протоколы сетевого уровня: IP, IPX, X.25, IDP. Мультипротокольные маршрутизаторы (более сложные и дорогие) поддерживают несколько протоколов одновременно для гетерогенных сетей. Brouter (Bridging router) — комбинация моста и маршрутизатора, оперирует как на сетевом, так и на канальном уровне.
Основные характеристики маршрутизатора:

• тип: одно- или многопротокольный, LAN или WAN, Brouter;
• поддерживаемые протоколы;
• пропускная способность;
• типы подключаемых сетей;
• поддерживаемые интерфейсы (LAN и WAN);
• количество портов;
• возможность управления и мониторинга сети.

Шлюз (Gateway) — средство соединения существенно разнородных сетей, оперирующее на верхних (5-7) уровнях модели OSI. В отличие от повторителей, мостов и маршрутизаторов, прозрачных для пользователя, присутствие шлюза заметно. Шлюз выполняет преобразование форматов и размеров пакетов, преобразование протоколов, преобразование данных, мультиплексирование. Обычно реализуется на основе компьютера с большим объемом памяти. Примеры шлюзов:

• Fax: обеспечивает доступ к удаленному факсу, преобразуя данные в факс-формат;
• E-mail: обеспечивает почтовую связь между локальными сетями. Шлюз обычно связывает MHS, специфичный для сетевой операционной системы с почтовым сервисом по X.400;
• Internet: обеспечивает доступ к глобальной сети Internet;
• Mainframe: подключает локальную сеть к большим машинам. Выделение одного компьютера под шлюз позволяет любой станции эмулировать терминал (3270) без установки дополнительных интерфейсных карт.

Узел сети (Node) — компьютер с сетевым интерфейсом (выступающий в роли рабочей станции, сервера или в обеих ролях), принтер или другое разделяемое устройство с сетевым интерфейсом.
Физическая топология сети — расположение узлов и соединений: шина (Bus), кольцо (Ring), звезда (Star), сетка (Mesh), дерево (Tree) и т. д.
Логическая топология определяет потоки данных.
В логической шине информация одновременно доступна для всех узлов, подключенных к одному сегменту. Реальное считывание производит только тот узел, которому адресуется данный пакет. Реализуется на физической топологии шины, звезды, дерева или сетки. Метод доступа — вероятностный (Probabilistic), основанный на прослушивании сигнала в шине.
В логическом кольце информация передается последовательно от узла к узлу. Каждый узел принимает пакеты только от предыдущего и посылает только последующему узлу по кольцу. Узел транслирует все пакеты и обрабатывает те, которые адресованы ему. Реализуется на физической топологии кольца или звезды с внутренним кольцом в концентраторе. Метод доступа — детерминированный (Deterministic), базирующийся на сетевом адресе узла.

4.2 Сетевые архитектуры

Сетевая архитектура соответствует реализации физического и канального уровня модели OSI и определяет кабельную систему, кодирование сигналов, скорость передачи, формат сетевых кадров (фреймов), топологию и метод доступа. Каждой архитектуре соответствуют свои компоненты — кабели, разъемы, интерфейсные карты, кабельные центры и т. д.
Первое поколение архитектур обеспечивало низкие и средние скорости передачи: LocalTalk — 230 кбит/с, ARCnet — 2.5 Мбит/с, Ethernet — 10 Мбит/с и Token Ring — 16 Мбит/с. Исходно они были ориентированы на электрические кабели (Copper-based).
Второе поколение — FDDI (100 Мбит/с), ATM (155 Мбит/с и выше), Fast Ethernet (100 Мбит/с) в основном ориентировано на оптоволоконный кабель (Fiber-based).
В локальных и широкомасштабных сетях применяются различные сетевые технологии, выбор которых зависит от многих факторов. Решающими факторами являются следующие:

• требования к пропускной способности сети и скорости отклика;
• расположение узлов, расстояния и условия прокладки коммуникаций;
• требования надежности и конфидециальности связи;
• ограничения на стоимость аппаратуры и коммуникаций.

Наиболее распространенными решениями для локальных сетей являются архитектуры Ethernet и Token Ring, нередко еще используется ARCnet, для Macintosh характерно использование Apple Talk и Ether Talk.
Для широкомасштабных сетей высокоэффективным, но пока весьма дорогостоящим решением является применение FDDI, ATM, ISDN, BISDN.
Для удаленных коммуникаций применяются протоколы PPP, SLIP, обеспечивающие связь по телефонным каналам через модемы, а также сети с протоколом X.25.

Ethernet

Ethernet — архитектура сетей с разделяемой средой и широковещательной передачей (все узлы получают пакет одновременно) и методом доступа CSMA/CD. Стандарт определен документом IEEE802.3. Физическая топология — шина для коаксиала, звезда — для витой пары, двухточечное соединение — для оптоволокна. Существуют следующие 10 Мбит/с стандарты Ethernet.
10Base5 — Thick (толстый) Ethernet. Синонимы: ThickNet, Yellow (желтый кабель), Standard Ethernet. Классический вариант, введенный в 60-х годах, использует толстый коаксиальный кабель RG-8 или RG-11 с посеребренной центральной жилой и двойной экранной оплеткой. Кабель имеет волновое сопротивление 50 Ом и малое затухание. Для подключения каждого узла на кабель устанавливается трансивер, от которого к адаптеру идет кабель-спуск длиной до 50 м. Толстый кабель сложен в монтаже, его аксессуары теперь весьма дороги (комплект, состоящий из трансивера со спуском, стоит около $150). Основное преимущество — высокая помехозащищенность и напряжение изоляции трансивера. Применяется для прокладки базовых сегментов (Backbone).
10Base2 — Thin (тонкий) Ethernet. Синонимы: ThinNet, CheaperNet (дешевая сеть). Популярный вариант, использует тонкий коаксиальный кабель RG-58, имеющий волновое сопротивление 50 Ом, среднее затухание и помехозащищенность. Широко применяется для подключения станций и прокладки базовой сети между хабами. Пока самый дешевый вариант сети.
10BaseT — Twisted-pair Ethernet — на неэкранированной витой паре 3-5 категории;
Топология — звезда, в центре которой находится хаб, обеспечивающая ряд преимуществ по сравнению с шиной:

• к каждому узлу подходит только один гибкий кабель.
• повреждение одного лучевого кабеля приводит к отказу соединения только одного узла.
• несанкционированное "прослушивание" пакетов в сети затруднено.

Является перспективной альтернативой тонкому Ethernet во многих случаях.
10BaseF — несколько вариантов сети на оптоволоконном кабеле. Обычно используется как двухточечная связь на большие расстояния. Среда передачи — две нитки одномодового или многомодового оптоволокна. Оптоволоконная аппаратура при основном своем недостатке — высокой цене — имеет ряд преимуществ:

• нечувствительность к электрическим и электромагнитным помехам;
• гальваническая развязка узлов на любое требуемое напряжение;
• исчисляемое километрами расстояние передачи без повторителей и тысячами километров — с промежуточными ретрансляторами;
• высокая степень конфиденциальности каналов связи;
• широкополосность каналов.

Конструктивно оптический трансивер — FOIRL, FIRL (Fiber-Optic Inter-Repeater Link) — представляет собой устройство чуть больше спичечного коробка, подключаемое непосредственно к DIX-разъему AUI-адаптера. Оконечные отрезки волоконного кабеля заводятся в специальные оптические разъемы, соединяя выход передатчика Tx на одном конце со входом приемника Rx на другом конце. Некоторые модели хабов уже имеют порты с оптическими разъемами.

Возможны следующие 100 Мбит/с версии Ethernet: 100BaseTX , 100BaseT4, 100BaseFX. Среда передачи для 100BaseTX (наиболее распространенный Fast Ethernet) — две неэкранированные витые пары (UTP) категорий 3, 4 или 5; для 100BaseT4 — четыре пары UTP категории 5 или экранированные витые пары STP (Shielded Twisted Pair); для 100BaseFX — оптоволоконный кабель. Несмотря на высокую цену, аппаратура на 100 мбит/с находит все более широкое применение там, где 10 мбит/с является уже узким местом.

1Base5 — StarLAN Ethernet — старый вариант на витой паре и 10Broad36 — сеть на широкополосном 75-омном коаксиальном кабеле — упомянем только для исторической справки.

Таблица 4.1. Топологические характеристики популярных разновидностей Ethernet

	10Base5	10Base2	10BaseT	10BaseF	100BaseT
Топология	Шина	Шина	Звезда	Точка-точка	Звезда
Максимальная длина сегмента, м	500	185 или 300	100	1000 (возможно и больше)	100
Расстояние между узлами	Кратно 2,5 м	больше 0,5 м	Не задается	Не задается	Не задается
Кабель	RG-8	RG-58	UTP 3,4,5 категории	Оптоволокно	UTP 5 категории
Максимальное количество узлов в кабельном сегменте	100	30	Определяется хабами	2	Определяется хабами
Напряжение изоляции между узлами	До 5 кВ	100 В	100 В	Любое	100 В

Switched Ethernet (коммутирующий) — развитие технологии Ethernet, направленное на повышение производительности сети. В этом случае управление доступом к среде практически переносится с узлов в центральное коммутирующее устройство, обеспечивающее установление виртуальных выделенных каналов между парами портов — источниками и получателями пакетов. От узлов-передатчиков коммутирующий хаб почти всегда готов принять пакет либо в свой буфер, либо практически без задержки передать его в порт назначения (коммутация "на лету" — On-the-fly).

ARCnet

ARCnet (Attached Resource Computer Network — компьютерная сеть соединенных ресурсов) — архитектура сетей с разделяемой средой и широковещательной передачей. Метод доступа маркерный (Token passing), логическая топология — шина, физическая — комбинация шины и звезды (дерево). Скорость передачи 2,5 Мбит/с.

Кабель коаксиальный RG-62 с волновым сопротивлением 93 Ом, возможно применение кабеля с волновым сопротивлением 50-110 Ом и соответствующими терминаторами. Кабельные петли (кольца через хабы) недопустимы. Мало распространенные варианты — неэкранированная витая пара и скорость 20-100 Мбит/с.

Адаптеры: высокоимпедансные (Bus), низкоимпедансные (Star) и переключаемые, использующиеся в различных топологиях. Каждому адаптеру в сети при инсталляции назначают свой уникальный восьмибитный адрес, задающийся переключателями в диапазоне 1-254. Потребляемые системные ресурсы аналогичны адаптерам Ethernet.

Хабы: активные (с усилением сигнала) от 4 до 64 портов, применяются в высоко- и низкоимпедансных сетях; пассивные четырехпортовые резистивные согласователи импедансов применяются только для низкоимпедансных сетей.

Терминаторы: устанавливаются на концах шинных сегментов и неиспользуемых портах пассивных хабов.

Высокоимпедансные сети. Максимальная длина сегмента 305 м, узлы подключаются через BNC T-коннекторы, ответвления недопустимы, минимальное расстояние между узлами 1 м, допускается до 8 узлов в сегменте. Используются только активные хабы. Сегменты должны заканчиваться терминатором или активным хабом (адаптером).

Низкоимпедансные сети. Активный хаб может соединяться кабелем с адаптером (610 м), активным хабом (610 м) или пассивным хабом (30 м). Пассивный хаб может стоять только между активными узлами. На неиспользуемые порты пассивных хабов должны, а активных — могут устанавливаться терминаторы.

Смешанные сети строятся по вышеприведенным правилам. Общие ограничения: максимальное затухание в кабеле на частоте 5 МГц — 11 дБ, задержка распространения сигналов между узлами до 30 мкс.

Основные преимущества ARCnet перед Ethernet, обеспечивавшие его былую популярность: низкая стоимость схем присоединения (по сравнению с CSMA/CD), меньшая критичность к кабелю, более гибкая топология, легкость диагностики сети при звездообразной топологии, менее резкая (по сравнению с Ethernet) чувствительность пропускной способности к количеству и активности узлов сети.

Недостатки: малоэффективное использование и без того низкой пропускной способности канала из-за избыточности кода и административных пакетов. Реальная производительность, даже для небольших сетей не превышающая 65% от максимальной, с увеличением числа узлов падает. Однобайтное ограничение на адрес создает неудобства при объединении сетей. Ошибочное задание совпадающих адресов локализуется исключительно методом последовательного отключения узлов. Малый размер фрейма (252 байта данных в оригинальном варианте и 508 байтов в расширенном) трудно стыкуем с вышестоящими уровнями (Novell IPX передает пакет длиной 576 байт).

В настоящее время аппаратура ARCnet практически не выпускается, но поддерживается всеми продуктами Novell.

Token Ring

Token Ring (маркерное кольцо) — архитектура сетей с кольцевой логической топологией и детерминированным методом доступа с передачей маркера. Стандарт определен документом IEEE802.5, но IBM — основной проводник этой архитектуры — использует несколько отличающуюся спецификацию.

Логическое кольцо реализуется на физической звезде, в центре которой находится MAU (Multistation Access Unit) — хаб с портами подключения каждого узла. Для присоединения кабелей используются специальные разъемы, обеспечивающие замыкание кольца при отключении узла от сети. При необходимости сеть может расширяться за счет применения дополнительных хабов, связанных в общее кольцо. Требование безразрывности кольца усложняет кабельное хозяйство Token Ring, использующее четырехпроводные экранированные и неэкранированные витые пары и специальные коммутационные средства.

Облегченный вариант разводки обеспечивает подключение до 96 станций к 12 восьмипортовым хабам с максимальным удалением станции от хаба не более 45 м. Длина кабеля между хабами может достигать 45 м при их суммарной длине не более 120 м.

Стационарная разводка обеспечивает подключение до 260 станций и 33 хабов с расстоянием между устройствами до 100 м при общей длине кольца хабов до 200 м.

Оптоволоконный кабель увеличивает длину сегмента до 1 км.

Информация по кольцу передается только в одном направлении по цепочке от станции к станции, скорость передачи 4 или 16 Мбит/с. Адаптер узла копирует в свой буфер только адресованные ему пакеты.

Использование системных ресурсов PC и конфигурирование адаптеров аналогичны Ethernet. Программное обеспечение кроме обычного для всех сетевых адаптеров содержит дополнительные модули-агенты как на сервере, так и на рабочей станции.

Основное преимущество Token Ring — заведомо ограниченное время ожидания обслуживания узла (в отличии от Ethernet не возрастающее при усилении трафика), обусловленное детерминированным методом доступа и возможностью управления приоритетом. Это свойство позволяет использовать Token Ring в системах реального времени. Кроме того, сети Token Ring легко соединяются с сетями на больших машинах (IBM Mainframe).

Недостатками Token Ring являются высокая стоимость оборудования и сложность построения больших сетей (WAN).

Local Talk, 100BaseVG, TCNS, Token Bus

Local Talk — сетевая архитектура фирмы Apple, штатная подсистема Macintosh. Среда передачи — витая пара, скорость 230.4 кбит/с, интерфейс RS-422, метод доступа CSMA/CA.

100BaseVG — 100 Мбит/с сеть на витой паре категории 3 (Voice-Grade TP — витая пара для голосовой телефонии). Разработана фирмами Hewlett-Packard и AT&T Microelectronics как развитие Ethernet, описывается стандартом IEEE802.12. Использует 4 пары проводов, передача в любую сторону использует все пары одновременно (Quartet Signaling). Физическая топология — звезда, метод доступа — Demand Priority, управление передачей возложено на центральные коммутационные устройства, что обеспечивает предопределенное время отклика для критичных ко времени задач.

100VG-AnyLAN (100BaseVG-AnyLAN) — расширение 100BaseVG, введенное фирмами Hewlett-Packard и IBM. Является неким гибридом Ethernet и Token Ring, поддерживая их форматы кадров (802.3 и 802.5). Кроме приоритетов доступа поддерживает 2 уровня приоритетов передачи, что позволяет использовать сеть для критичных ко времени приложений (мультимедийных, видеоконференций и др.). Среда передачи — неэкранированная витая пара 3, 4, 5 категории. Адаптеры AnyLAN совместимы с обычными адаптерами Token Ring и Ethernet.

TCNS (Thomas-Conrad Network System) — 100 Мбит/с версия ARCnet фирмы Thomas-Conrad. Среда передачи — коаксиал, витая пара IBM Type 1 STP или UTP Level 5, оптоволокно; топология — звезда. Требует специальных адаптеров, программно совместимых с обычными драйверами ARCnet. Адаптеры могут применяться для зеркальных серверов в NetWare SFT III.

Token Bus — сетевая архитектура, определенная спецификацией IEEE802.4. Среда передачи — коаксиал 75 Ом или оптоволокно, скорость 1-20 Мбит/с в зависимости от среды. Физическая топология — шина, логическая — кольцо, метод доступа — передача маркера. Поддерживается система приоритетов, обеспечивающая заданное время отклика для различных уровней. Используется в промышленности, на ней базируются различные типы протоколов промышленной автоматики, например MAP (Manufacturing Automation Protocol).

FDDI и CDDI

FDDI (Fiber Distributed Data Interface) — стандартизованная спецификация ANSI X3T9.5 для сетевой архитектуры высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи — 100 Мбит/с. Топология — кольцо (двойное), возможна гибридная: включение звездообразных или древовидных подсетей в главную сеть через концентратор. Метод доступа — маркерный с возможностью одновременного циркулирования множества кадров в кольце. Максимальное количество станций в сети — до 1000, расстояние между станциями до 2 км при многомодовом и до 45 км при одномодовом кабеле (затухание сигнала между станциями до 11 дБ), длина кольца до 100 км (может увеличиваться за счет применения более мощной аппаратуры). В некоторых случаях вторичное кольцо используется для повышения пропускной способности потенциально до 200 Мбит/с.

CDDI (Copper Distributed Data Interface), он же TPDDI — (Twisted Pair Distributed Data Interface) — чисто электрическая реализация архитектуры FDDI на витой паре. Существенно дешевле оптической реализации, длина сегмента ограничена 100 м, применяется в локальных кольцах. Официального жесткого стандарта нет, корректное взаимодействие аппаратуры различных производителей не гарантируется.

Изначальная спецификация FDDI-I обеспечивает асинхронные коммуникации с коммутацией пакетов. Существующий синхронный класс трафика FDDI-I не гарантирует поддержания длительного равномерного потока данных, необходимого для голосовой и видеопередачи. Для мультимедийных приложений реального времени возможность передачи постоянного потока введена в FDDI-II, официальное название которого HRC FDDI (Hybrid Ring Control — управление гибридным кольцом).

По умолчанию сеть работает в базовом режиме, поддерживая только коммутацию пакетов. Гибридный режим — одновременное обслуживание асинхронных передач с коммутацией пакетов и изохронных передач с коммутацией каналов — включается при необходимости.

В базовом режиме по кольцу циркулирует маркер, дающий узлам право на передачу. В гибридном режиме передача организуется в виде циклов — пакетов, непрерывно повторяющихся в течении сеанса. Каждый цикл длительностью 125 мкс обеспечивает передачу данных 128 каналов (по 96 байт на канал). Реально каждому установленному каналу выделяется полоса пропускания, кратная 64 кбит/с, в зависимости от запрашиваемой скорости, максимальная скорость канала 6.144 Мбит/с.

Очень высокая стоимость оборудования определяет круг применений FDDI:

• базовые сети (Backbone), объединяющие множество сетей;
• объединение больших и миникомпьютеров и периферии (Back-end network);
• соединение мощных рабочих станций, требующих высокоскоростного обмена (Front-end network).

Каждый порт имеет трансивер, содержащий передатчик (лазерный или светодиодный излучатель) и фотодетектор. Выходы передатчиков соседних узлов соединяются со входами приемников раздельными оптическими кабелями, образуя замкнутое кольцо. Каждому узлу кольца при конфигурировании назначается адрес и приоритет.

Для повышения надежности базовая сеть имеет два кольца с противоположным направлением передачи: первичное и вторичное. В нормальном режиме используется только первичное. В случае разрыва связи между двумя станциями крайние станции замыкают первичное кольцо с помощью вторичного.

Станции, или узлы, могут быть одинарного (SAS) или двойного (DAS) подключения. DAS (Dual-Attachment Station), они же станции класса A, имеют два трансивера и могут включаться непосредственно в базовую сеть, к первичному и вторичному кольцу. SAS (Single-Attachment Station), они же станции класса B, имеют один трансивер и включаются только в первичное кольцо. В базовую сеть они могут включаться только через концентратор, или обходной коммутатор, отключающий их в случае аварии.

Концентраторы также могут быть одинарного (SAC) или двойного (DAC) подключения. В их функции входит поддержание целостности логического кольца независимо от состояния линий и узлов, подключенных к его портам. Надежность аппаратуры и электропитания концентраторов определяет живучесть кольца. DAC (Dual-Attachment Concentrator) может подключатся к любым узлам (SAS, DAS, SAC или DAC) и обеспечивает включение станций или групп (кластеров) станций в логическое кольцо. К SAC (Single-Attachment Concentrator) могут подключаться SAS или SAC, сам он должен подключаться к DAC, являющемуся частью кольца.

FDDI определяет четыре типа портов станций:

• порт A определен только для устройств двойного подключения (DAC и DAS), его вход подключается к первичному кольцу, выход — ко вторичному;
• порт B определен только для устройств двойного подключения (DAC и DAS), его вход подключается ко вторичному кольцу, выход — к первичному;
• порт M (Master) определен для концентраторов (DAC или SAC) и соединяет два концентратора или концентратор со станцией (DAS или SAS);
• порт S (Slave) определен только для устройств одинарного подключения и используется для соединения двух станций или станции и концентратора.

Адаптеры FDDI для PC используют системные шины ISA, EISA, MCA, PCI, реже VLB; их цена может превышать цену компьютера. Адаптер может иметь один (порт S) или два (порты A и B) трансивера.

Менее дорогие адаптеры с электрическим интерфейсом (TPDDI, CDDI) используют неэкранированную витую пару 5 категории с разъемами RJ-45.

Для подключения PC, не требующих полной пропускной способности FDDI, чаще применяются концентраторы, имеющие встроенные мосты для перехода на широкодоступные сетевые архитектуры (Ethernet, Token Ring).

Кабельное хозяйство FDDI весьма сложное и специфичное. Разъемы и кабели должны вносить строго регламентированное затухание. Специфические элементы:

• оптические аттенюаторы, доводящие затухание до требуемой величины;
• Bypass Switch, Dual Bypass Switch — обходной коммутатор, одиночный или двойной — дополнительное активное устройство, включаемое между узлом и кольцом, обеспечивающее обход узла в случае его отключения или отказа. Коммутатор включает узел в кольцо только при наличии разрешающего сигнала готовности, поступающего от узла по дополнительному электрическому интерфейсному кабелю;
• Coupler — устройство разветвления или (и) объединения оптических сигналов.

ATM

ATM (Asynchronous Transfer Mode) — технология коммутации пакетов, формирующая ядро Broadband ISDN (BISDN), обеспечивающая передачу цифровых, голосовых и мультимедийных данных по одним и тем же линиям. Первоначально скорость передачи была определена 155 Мбит/с, затем 662 Мбит/с и планируется до 2.488 Гбит/с. ATM используется как в локальных, так и в глобальных сетях, с успехом применяется для связи локальных сетей, сильно удаленных друг от друга.

• Линии связи — оптические, локальные или длинные. Длинные линии могут быть выделенными (арендуемыми) или коммутируемыми.
• Обеспечение параллельной передачи. Каждый узел может иметь выделенное соединение с любым другим узлом.
• Работа всегда на максимальной скорости.
• Использование пакетов фиксированной длины — ячеек (Cell) по 53 байта.
• Коррекция ошибок и маршрутизация на аппаратном уровне (частично благодаря фиксированному размеру ячеек).
• Одновременная передача данных, видеоинформации и голоса. Фиксированный размер ячеек обеспечивает равномерность голосового потока.
• Легкость балансирования загрузки: коммутируемость пакетов позволяет при необходимости повышения пропускной способности установить множество виртуальных цепей между передатчиком и приемником.

Интерфейс пользователя UNI (User Network Interface) определен ATM-форумом и допускает различные типы физического интерфейса:

• SONET (OC-3, STS-3 или STM-1 в терминологии CCITT), 155,52 Мбит/с;
• DS3, 44,736 Мбит/с;
• 100 Мбит/с с кодированием 4B/5B;
• 155 Мбит/с с кодированием 8B/10B.

Все эти интерфейсы используют оптоволокно, разрабатываются варианты стандартов на витой паре (UTP-3).

• класс A используется для передачи с постоянной скоростью потока данных (Constant Bit Rate, CBR), обеспечивает эмуляцию коммутированного канала, подходит для голосовых данных;
• класс B используется для передачи с переменной скоростью потока данных (Variable Bit Rate, VBR), например, для видеоконференций;
• класс C используется для передачи данных с установлением соединения;
• класс D используется для передачи данных без установления соединения.

Для каждого класса сервиса определяются протокольные блоки данных, PDU (Protocol Data Unit), которые являются блоками данных для ячеек. Каждый PDU содержит 48 октетов (групп по 8 бит), используемых для заголовка, концевика и собственно данных (Payload в терминологии ATM).

Первые 5 октетов ячейки составляют заголовок ATM. В него входят 4 бита общего управления потоком, 8 бит идентификатора виртуального пути, VPI (Virtual Path Identifier), 16 бит идентификатора виртуального канала, VCI (Virtual Channel Identifier), 3 бита указателя типа данных (Payload Type), 1 бит CLP (Cell Loss Priority) и 8 бит HEC (Header Error Control). Бит CLP определяет возможность отбрасывания данной ячейки в случае напряженного уровня трафика.

В ATM различают 3 плана (группы деятельности):

• план управления, на котором устанавливаются и обслуживаются вызовы и соединения;
• план пользователей, на котором происходит обычный обмен данными;
• план менеджмента, координирующий все три плана и управляющий ресурсами.

Потоки данных от различных типов сервисов (голос, видеоинформация, данные и ячейки от ATM-станций) обрабатываются сервисами соответствующих классов и "расфасовываются" в 48-октетные PDU, которые заключаются в ячейки и мультиплексируются в поток ячеек для передачи. Ячейки содержат идентификаторы виртуальных каналов и путей, которые используются для достижения адресата назначения. ATM-коммутатор использует информацию идентификаторов для направления ячеек в соответствующий порт. Поток ячеек кодируется и передается через физическую среду передачи ATM-сети. На приемной стороне производятся обратные преобразования и потоки данных передаются на выход соответствующими сервисами.

В настоящее время технология ATM является прогрессивной и быстро развивающейся, аппаратура разрабатывается и выпускается большим числом производителей, ведутся работы по обеспечению ее совместимости. В ближайшие годы ожидается резкое удешевление этой пока еще очень дорогой техники.

4.3 Модемы и факс-модемы

Модем (модулятор-демодулятор) служит для передачи информации на большие расстояния, недоступные локальным сетям.

Модемы обеспечивают телекоммуникации (обмен данными) по выделенным и коммутируемым телефонным линиям.

Факс-модемы позволяют передавать и принимать факсимильные изображения, совместимы с обычными факс-машинами.

Голосовые модемы (Voice Modem) преобразуют звуковое сообщение в файл данных, аудиосигнал сжимается по методу ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation). Сообщение может передаваться по электронной почте или в диалоге реального времени (InterPhone??) и воспроизводиться голосовым модемом через внутренний динамик (телефонную трубку) или через мультимедийные средства (Sound Blaster).

Синхронные модемы требуют две выделенные пары проводов для синхронизации и данных. Протоколы синхронного обмена:

• BSC — Binary Synchronous Communications;
• SDLC — Synchronous Data Link Control;
• HDLC — High-Level Data Link Control;

требуют установки в слот системной шины специального контроллера (достаточно дорогого).

Асинхронные модемы, подключаемые к COM-портам, позволяют использовать обычные телефонные линии, что обуславливает их широкое распространение.

Конструктивно модемы для PC выпускаются в двух исполнениях: внутренние (Internal) и внешние (External)

Внутренние модемы устанавливаются в слот системной шины, обычно эмулируют стандартный COM-порт с микросхемой 8250/16450/16550A. Адрес порта и номер IRQ задается на плате модема. Их преимущество — низкая цена, недостаток — для установки требуется вскрытие системного блока.

Внешние модемы, имеющие собственный корпус и блок питания, подключаются кабелем к 9- или 25-штырьковому разъему COM-порта. Их преимущество — для установки не требуется вскрытия системного блока; недостатки — более высокая цена, отдельное питание, дополнительное устройство на столе.

К телефонной линии модем подключается разъемом, помеченным "LINE", к телефонному аппарату — "PHONE".

Фактическими стандартами на систему команд стали системы команд модемов Hayes и USR (U.S.Robotics).

Современные модемы, используемые для коммутируемых линий, имеют средства набора номера и определения состояния линии (гудок, занято и т. п.), а также средства настройки параметров передачи. Для установления связи параметры передачи обоих модемов, участвующих в сеансе, естественно, должны совпадать.

Скоростные характеристики модемов:

• cps — скорость передачи, символов(байт)/с — параметр, интересующий конечного пользователя, определяющий эффективную скорость работы;
• bps — скорость передачи, бит/с;
• baud — количество изменений сигнала в линии за 1 секунду (бод) — этот параметр ограничен полосой пропускания линии. Для повышения эффективной скорости работы при ограниченной полосе линии применяют различные методы кодирования и модуляции, при которых bps превышает baud.

Таблица 4.2. Стандарты на модуляцию

Стандарт	bps	baud	Примечания
Bell 103	300	300
Bell 212A	1200	600
V.21	300	300	несовместим с Bell 103
V.22	1200	600	несовместим с Bell 212A
V.22bis	2400	600
V.23	1200		75 bps в дуплексном режиме
V.29	9600		полудуплекс, Fax Group III
V.32	9600	2400	дуплекс,доп. контроль
V.32bis	14400	2400	помехоустойчивый,быстрый
V.32fast	28800
HST	14400	9600	При дуплексе в обратном направлении скорости 300/450. Удобен для диалога. Используется в U.S. Robotics.

Для коррекции ошибок и сжатия данных используются различные протоколы.

MNP — Microcom Networking Protocol — де-факто стандартный протокол корреккции ошибок и сжатия данных, введенный фирмой Microcom. Различают 9 классов MNP, определяющих различный сервис. Классы 2--4 — обеспечение безошибочной передачи, классы 5 и 7 — сжатие данных, класс 6 — расширенный сервис, класс 9 — оптимизация протокольных процедур, класс 10 — адаптация к каналам связи, класс 8 — пропущен. Старшие классы обычно включают в себя и возможности младших.

MNP-1. Асинхронный байт-ориентированный полудуплекс с минимальными требованиями к скорости процессора. Только исправление. Эффективность передачи данных 70% от обычного варианта, в модемы уже не включается.

MNP-2. Асинхронный байт-ориентированный дуплекс. Только исправление. Эффективность 84%.

MNP-3. Бит-ориентированный дуплекс с синхронной связью между модемами, асинхронный для пользователя. Эффективность 108% (254 cps при 2400 bps).

MNP-4. Адаптивная сборка пакетов (длина пакета зависит от качества линии) и сокращение избыточности (повторяющаяся служебная информация удаляется из потока данных). Эффективность 120% (до 150%).

MNP-5. Сжатие данных в реальном времени. Эффективность 150%. На сжатых (ZIP, ARJ...) файлах СНИЖАЕТ скорость.

MNP-6. Выполняет универсальное согласование связи — настройку скорости модема в диапазоне 300--9600 бод в зависимости от возможностей модема на другом конце линии. Симулирует дуплекс ("статистический дуплекс").

MNP-7. Выполняет более эффективное сжатие данных, чем MNP-5. Эффективность 300%.

MNP-9. Сокращает время на протокольные процедуры подтверждения приема сообщения и повторной передачи после ошибки.

MNP-10. Борьба с плохими линиями: множественные агрессивные попытки установления связи, адаптация размера пакета к уровням помех, согласование и динамическое изменение скорости.

MNPX. Возможность переключения протокола безошибочной передачи с MNP на LAPM и обратно.

В Hayes-модемах применяется собственный протокол исправления — Hayes V-Series.

V.42 — коррекция ошибок. На 20% эффективнее MNP-4. Использует стандарт LAPM (Link Access Procedure for Modems) — протокол безошибочной передачи данных по телефонным линиям.

V.42bis — сжатие данных. Включает в себя V.42 — коррекцию ошибок. На 35% эффективнее MNP-5, не пытается сжимать уже сжатые данные (многие V.42bis-модемы имеют режим MNP-5).

Протоколы исправления и сжатия реализуются программно (дешевле, но загружается CPU), или аппаратно (дороже, но эффективнее). На серверах и станциях, использующих модемы в фоновом режиме, лучше использовать модемы с аппаратной компрессией и исправлением ошибок.

EtherNet стандарт IEEE 802.3

Это самый распространенный на сегодняшний день стандарт технологии сети.

Особенности:

• работает с коаксиальным кабелем, витой парой, оптическими кабелями;
• топология – шина, звезда;
• метод доступа – CSMA/CD.

Архитектура сетевой технологии Ethernet фактически объединяет целый набор стандартов, имеющих как общие черты, так и отличия.

Технология Ethernet была разработана вместе со многими первыми проектами корпорации Xerox PARC. Общепринято считать, что Ethernet был изобретён 22 мая 1973 года, когда Роберт Меткалф составил докладную записку для главы PARC о потенциале технологии Ethernet. Но законное право на технологию Меткалф получил через несколько лет. В 1976 году он и его ассистент Дэвид Боггс издали брошюру под названием «Ethernet: Distributed Packet Switching For Local Computer Networks». Меткалф ушёл из Xerox в 1979 году и основал компанию 3Com для продвижения компьютеров и локальных вычислительных сетей. Ему удалось убедить DEC, Intel и Xerox работать совместно и разработать стандарт Ethernet (DIX). Впервые этот стандарт был опубликован 30 сентября 1980 года .

Дальнейшее развитие технологии EtherNet:

• 1982-1993 разработка 10Мбит/с EtherNet;
• 1995-1998 разработка Fast EtherNet;
• 1998-2002 разработка GigaBit EtherNet;
• 2003-2007 разработка 10GigaBit EtherNet;
• 2007-2010 разработка 40 и 100GigaBit EtherNet;
• 2010 по сей день разработка Terabit Ethernet.

На уровне MAC, который обеспечивает доступ к среде и передаче кадра, для идентификации сетевых интерфейсов узлов сети используются регламентированные стандартом уникальные 6-байтовые адреса, называемые MAC-адресами. Обычно MAC-адрес записывается в виде шести пар шестнадцатеричных цирф, разделенных тире или двоеточиями, например 00-29-5E-3C-5B-88. Каждый сетевой адаптер имеет MAC-адрес.

Структура MAC-адреса Ethernet:

• первый бит MAC-адреса получателя называется битом I/G (individual/group или широковещательным). В адресе источника он называется индикатором маршрута от источника (Source Route Indicator);
• второй бит определяет способ назначения адреса;
• три старших байта адреса называются защитным адресом (Burned In Address, BIA) или уникальным идентификатором организации (Organizationally UniqueIdentifier, OUI);
• за уникальность младших трех байт адреса отвечает сам производитель.

Некоторые сетевые программы, в частности wireshark, могут сразу отображать вместо кода производителя - название фирмы производителя данной сетевой карты.

Формат кадра технологии EtherNet

В сетях Ethernet существует 4 типа фреймов (кадров):

• кадр 802.3/LLC (или кадр Novell802.2),
• кадр Raw 802.3 (или кадр Novell 802.3),
• кадр Ethernet DIX (или кадр Ethernet II),
• кадр Ethernet SNAP.

На практике в оборудовании EtherNet используется только один формат кадра, а именно кадр EtherNet DIX, который иногда называют кадром по номеру последнего стандарта DIX.

• Первые два поля заголовка отведены под адреса:
• DA (Destination Address) – MAC-адрес узла назначения;
• SA (Source Address) – MAC-адрес узла отправителя. Для доставки кадра достаточно одного адреса – адреса назначения, адрес источника помещается в кадр для того, чтобы узел, получивший кадр, знал, от кого пришел кадр и кому нужно на него ответить.
• Поле T (Type) содержит условный код протокола верхнего уровня, данные которого находятся в поле данных кадра, например шестнадцатеричное значение 08-00 соответствует проколу IP. Это поле требуется для поддержки интерфейсных функций мультиплексирования и демультиплексирования кадров при взаимодействии с протоколами верхних уровней.
• Поле данных. Если длина пользовательских данных меньше 46 байт, то это поле дополняется до минимального размера байтами заполнения.
• Поле контрольной последовательности кадра (Frame Check Sequence, FCS) состоит из 4 байт контрольной суммы. Это значение вычисляется по алгоритму CRC-32.

Кадр EtherNet DIX (II) не отражает разделения канального уровня EtherNet на уровень MAC и уровень LLC: его поля поддерживают функции обоих уровней, например интерфейсные функции поля T относятся у функциям уровня LLC, в то время как все остальные поля поддерживают функции уровня MAC.

Рассмотрим формат кадра EtherNet II на примере перехваченного пакета с помощью сетевого анализатора Wireshark

Обратите внимание, что так как MAC адрес состоит из кода производителя и номера интерфейса, то сетевой анализатор сразу преобразует код производителя в название фирмы-изготовителя.

Таким образом в технологии EtherNet в качестве адреса назначения и адреса получателя выступают MAC адреса.

Стандарты технологии Ethernet

Физические спецификации технологии Ethernet включают следующие среды передачи данных.

• l0Base-5 - коаксиальный кабель диаметром 0,5 дюйма (1дм=2,54см), называемый «толстым» коаксиальным кабелем, с волновым сопротивлением 50Ом.
• l0Base-2 - коаксиальный кабель диаметром 0,25 дюйма, называемый «тонким» коаксиальным кабелем, с волновым сопротивлением 50Ом.
• l0Base-T - кабель на основе неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair, UTP), категории 3,4,5.
• l0Base-F - волоконно-оптический кабель.

Число 10 обозначает номинальную битовую скорость передачи данных стандарта, то есть 10Мбит/с а слово «Base» - метод передачи на одной базовой частоте. Последний символ обозначает тип кабеля.

Кабель используется как моноканал для всех станций, максимальная длина сегмента 500м. Станция подключаться к кабелю через приемопередатчик - трансивер. Трансивер соединяется с сетевым адаптером разъема DB-15 интерфейсным кабелем AUI. Требуется наличие терминаторов на каждом конце, для поглощения распространяющихся по кабелю сигналов.

Правила «5-4-3» для коаксиальных сетей:

Стандарт сетей на коаксиальном кабеле разрешает использование в сети не более 4 повторителей и, соответственно, не более 5 сегментов кабеля. При максимальной длине сегмента кабеля в 500 м это дает максимальную длину сети в 500*5=2500 м. Только 3 сегмента из 5 могут быть нагруженными, то есть такими, к которым подключаются конечные узлы. Между нагруженными сегментами должны быть ненагруженные сегменты.

l0Base-2

Кабель используется как моноканал для всех станций, максимальная длина сегмента 185 м. Для подключения кабеля к сетевой карте нужен T-коннектор, а на кабеле должен быть BNC-коннектор.

Также используется правило 5-4-3.

l0Base-T

Образует звездообразную топологию на основе концентратора, концентратор осуществляет функцию повторителя и образует единый моноканал, максимальная длина сегмента 100м. Конечные узлы соединяются с помощью двух витых пар. Одна пара для передачи данных от узла к концентратору - Tx, а другая для передачи данных от концентратора к узлу – Rx.
Правила «4-х хабов» для сетей на основе витой пары:
В стандарте сетей на витой паре определено максимально число концентраторов между любыми двумя станциями сети, а именно 4. Это правило носит название «правила 4-х хабов». Очевидно, что если между любыми двумя узлами сети не должно быть больше 4-х повторителей, то максимальный диаметр сети на основе витой пары составляет 5*100 = 500 м (максимальная длина сегмента 100м).

10Base-F

Функционально сеть Ethernet на оптическом кабеле состоит из тех же элементов, что и сеть стандарта 10Base-T

Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) первый стандарт комитета 802.3 для использования оптоволокна в сетях Ethernet. Мах длина сегмента 1000м, мах число хабов 4, при общей длине сети не более 2500 м.

Стандарт 10Base-FL незначительное улучшение стандарта FOIRL. Мах длина сегмента 2000 м. Максимальное число хабов 4,а максимальная длина сети - 2500 м.

Стандарт 10Base-FB предназначен только для соединения повторителей. Конечные узлы не могут использовать этот стандарт для присоединения к портам концентратора. Мах число хабов 5, мах длина одного сегмента 2000 м и максимальной длине сети 2740 м.

Таблица. Параметры спецификаций физического уровня для стандарта Ethernet

При рассмотрении правила «5-4-3» или «4-х хабов», в случае появления на пути распространения по кабелям воображаемого сигнала устройства типа «свич», расчет топологических ограничений начинается с нуля.

Пропускная способность сети Ethernet

Пропускная способность оценивается через количество кадров либо количество байт данных, передаваемых по сети за единицу времени. Если в сети не происходят коллизии, максимальная скорость передачи кадров минимального размера(64 байта) составляет 14881 кадров в секунду. При этом полезная пропускная способность для кадров Ethernet II – 5.48 Мбит/с.

Максимальная скорость передачи кадров максимального размера (1500 байт) составляет 813 кадров в секунду. Полезная пропускная способность при этом составит 9.76 Мбит/с.

Под сетевой архитектурой понимают набор стандартов, топологий и протоколов низкого уровня, необходимых для создания работоспособной сети.

За многие годы развития сетевых технологий было разработано много различных архитектур. Рассмотрим их.

Token Ring .

Технология разработана компанией IBM в 1970-х годах, а затем была стандартизована IEEE в «Проекте 802» как спецификация 802.5. Она имеет следующие характеристики:

· физическая топология – «звезда»;

· логическая топология – «кольцо»

· скорость передачи данных – 4 или 16 Мбит/с;

· среда передачи – витая пара (используется 2 пары);

UTP – 150 м (для 4 Мбит/с)

STP – 300 м (для 4 Мбит/с)

или 100 (для 16 Мбит/с);

· максимальная длина сегмента с репитерами:

UTP – 365 м

STP – 730 м

* максимальное количество компьютеров на сегмент – 72 или 260 (в зависимости от типа кабеля)

Для объединения компьютеров в сетях Token Ring используются концентраторы MSAU, неэкранированная или экранированная витая пара (возможно и применение оптоволокна).

К преимуществам архитектуры Token Ring можно отнести высокую дальность передачи при использовании повторителей (до 730 м). Можно использовать в автоматизированных системах в реальном времени.

Недостатки архитектуры – довольно высокая стоимость, низкая совместимость оборудования.

Сетевая среда ARCNet была разработана корпорацией Datapoint в 1977 году. Стандартом она не стала, но соответствует спецификации IEEE 802.4. Это простая, гибкая и недорогая архитектура для небольших сетей (до 256 компьютеров) характеризуется следующими параметрами:

· физическая топология – «шина» или «звезда»;

· логическая топология – «шина»

· метод доступа – передача маркера;

· скорость передачи данных – 2,5 или 20 Мбит/с;

· среда передачи – витая пара или коаксиальный кабель;

· максимальный размер кадра – 516 байт;

· среда передачи – витая пара или коаксиальный кабель

· максимальная длина сегмента:

Для витой пары – 244 м (для любой топологии)

Для коаксиального кабеля – 305 м или 610 м (для топологии «шина» или «звезда», соответственно).

Для соединения компьютеров используются концентраторы. Основной тип кабеля – коаксиальный типа RG-62. Поддерживается также витая пара и оптоволокно. Для коаксиального кабеля используется BNC-коннекторы, для витой пары – коннекторы RJ-45. Основное достоинство не большая стоимость оборудования и сравнительно большая дальность.

AppleTalk .

Фирменная сетевая среда, предложенная компанией Apple в 19883 году и встроенная в компьютеры Macintosh. Она включает в себя целый набор протоколов, соответствующих модели OSI. На уровне сетевой архитектуры используется протокол LokalTalkФ, имеющий следующие характеристики:

· топология – «шина» или «дерево»;

· метод доступа – CSMA/CA;

· скорость передачи данных – 230,4 Кбит/с;

· среда передачи данных – экранированная витая пара;

· максимальная длина сети – 300 м;

· максимальное число компьютеров – 32.

Очень низкая пропускная способность привела к тому, что многие производители стали предлагать адаптеры расширения, позволяющие AppleTalk работать с сетевыми средами большой пропускной способности – EtherTalk, TokenTalk, FDDITalk. В локальных сетях, построенных на базе IBM-совместимых компьютеров сетевая среда AppleTalk практически не встречается.

100VG-AnyLAN .

Архитектура 100VG-AnyLAN была разработана в 90-х годах компаниями AT&T и Hewlett-Packard для объединения сетей Ethernet b Token Ring. В 1995 году эта архитектура получила статус стандарта IEEE 802.12. Она имеет следующие параметры:

· топология – «звезда»;

· метод доступа – по приоритету запроса;

· скорость передачи данных – 100 Мбит/с;

· среда передачи – витая пара категории 3,4 или 5 (используются все 4 пары);

· максимальная длина сегмента (для оборудования HP) – 225 м.

Из-за сложности и высокой стоимости оборудования в настоящее время практически не применяется.

Архитектура для домашних сетей.

Home PNA .

В 1966 году целый ряд компаний объединились для создания стандарта, позволяющего строить домашние сети на основе обычной телефонной проводки. Результатом этой работы стало появление в 1998 году архитектуры Home PNA 1.0, а затем Home PNA 2.0, Home PNA3.0 . Их краткие характеристики:

Таблица № 1. Сравнение стандартов Home PNA.

Во всех указанных стандартах используется самый популярный метод доступа к среде – CSMA/CD; в качестве среды – телефонный кабель; в качестве разъемов – телефонные коннекторы RJ-11. Устройства Home PNA могут работать и с витой парой и с коаксиальным кабелем, причем, дальность передачи существенной возрастает.

Следует не забывать, что телефонные линии в России не отвечают стандартым развитых стран как по качеству, так и по охвату. Цены на адаптеры довольно высоки. Тем не менее, данную архитектуру можно рассматривать в качестве альтернативы для беспроводных сетей в офисных зданиях и жилых домах.

Домашние сети на базе электропроводки.

Эта технология появилась недавно и получила название Home PLC. Оборудование в продаже имеется, но популярности пока не имеет.

Параметры сетей HomePlug:

· топология – «шина»;

· скорость передачи данных – до 85 Мбит/c$

· метод доступа – CSMA/CD;

· среда передачи – электрическая проводка;

Недостатки сетей Home PLC –незащищенность от перехвата, требующая обязательного применения шифрования и большая чувствительность к электрическим помехам. К тому же такая технология пока еще дорога.

Технологии, используемые в современных локальных сетях.

Ethernet .

Архитектура Ethernet объединяет целый набор стандартов, имеющих как общие черты, так и отличные. Первоначально она была создана фирмой Xerox в середине 70-х годов и представляла собой систему передачи со скоростью 2,93 Мбит/с. После доработки с участием компаний DEC и Intel архитектура Ethernet послужила основой принятого в 1985 году стандарта IEEE 802.3, определившая для нее следующие параметры:

· топология – «шина»;

· метод доступа – CSMA/CD;

· скорость передачи – 10 Мбит/с;

· среда передачи – коаксиальный кабель;

· применение терминаторов – обязательно;

· максимальная длина сегмента сети – до 500 м;

· максимальная длина сети – до 2,5 км;

· максимальное количество компьютеров в сегменте – 100;

· максимальное количество компьютеров с сети – 1024.

В исходной версии предусматривалось применение коаксиального кабеля двух типов «толстого» и «тонкого» (стандарты 10Base-5 и 10Base-2 соответственно).

В начале 90-х годов появилась спецификация для построения сетей Ethernet c использованием витой пары (10Base-T) и оптоволокна (10Base-FL). В 1995 году был опубликован стандарт IEEE 802.3u, обеспечивающий передачу на скоростях до 100 Мбит/с. В 1998 году появился стандарт IEEE 802.3z и 802.3ab, а в 2002 году IEEE802.3 ae. Сравнение стандартов приведены в таблице № 12.2.

Таблица № 12.2. Характеристики различных стандартов Ethernet.

Реализация	Скорость Мбит/c	Топология	Среда передачи	Максимальная длина кабеля, м
Ethernet
10Base-5		«шина»	Толстый коаксиальный кабель
10Base-2		«шина»	Тонкий коаксиальный кабель	185; реально до 300
10Base-T		«звезда»	Витая пара
10Base-FL		«звезда»	оптоволокно	500 (станция-концентратор); 200 (между концертраторами)
Fast Ethernet
100Base-TX		«звезда»	Витая пара категории 5 (используется 2 пары)
100Base-T4		«звезда»	Витая пара категории 3,4, 5 (используется четыре пары)
100Base-FX		«звезда»	Многомодовое или одномодовое оптоволокно	2000 (многомодовый) 15000 (одномодовый) реально – до 40 км
Gigabit Ethernet
1000Dase-T		«звезда»	Витая пара категории 5 или выше
1000Dase-CX		«звезда»	Специальный кабель типа STR
1000Dase-SX		«звезда»	оптоволокно	250-550 (многомодовый), в зависимости от типа
1000Dase-LX		«звезда»	оптоволокно	550 (многомодовый); 5000 (одномодовый); реально – до 80 км
10 Gigabit Ethernet
10GDase-x		«звезда»	оптоволокно	300-40000 (в зависимости от типа кабеля и длины волны лазера)

Недостаток сетей Ethernet связан с использованием в них метода доступа к среде CSMA/CD (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением столкновений). При увеличении количества компьютеров растет число столкновений, что снижает пропускную способность сети и увеличивает время доставки кадров. Поэтому рекомендуемой нагрузкой сети Ethernet считается уровень в 30-40% от общей полосы пропускания. Этот недостаток легко устраняется путем замены концентраторов мостами и коммутаторами, умеющими изолировать передачу данных между двумя компьютерами в сети от других.

Преимуществ у сети Ethernet очень много. Сама технология проста в реализации. Стоимость оборудования не высока. Можно использовать практически любые виды кабеля. Поэтому в настоящее время данная архитектура сетей можно сказать, что она является господствующей.

Беспроводные сети

Wi-Fi – популярная в мире и быстро развивающаяся в России технология, обеспечивающая беспроводное подключение мобильных пользователей к локальной сети и Интернету (рис.12.5).

В стандарте 802.11 предусматривается использование только полудуплексные приемопередатчики, которые не могут одновременно передавать и принимать информацию. Поэтому в качестве метода доступа к среде во всех стандартах используется метод CSMA/CA (с предотвращением коллизий), позволяющий избегать столкновений.

Основным недостатком сетей Wi-Fi является малая дальность передачи данных, не превышающая для большинства устройств 150 м (максимум 300 м) на открытом пространстве и всего несколько метров в помещении.

Данную проблему решает архитектура WiMAX, разрабатываемая в рамках рабочей группы IEEE 802.16. Реализация этой технологии, также использующей радиосигналы в качестве среды передачи, позволит предоставить пользователям скоростной беспроводной доступ на расстояниях до нескольких десятков км (рис. 10.6.).

Рис. 12.6. Беспроводное подключение мобильных пользователей к локальной сети и Интернету (до десятков км).

Новая технология Bluetooth использует радиосигнал 2,4 Ггц. Она имеет низкое энергопотребление, что позволяет использовать ее в переносных устройствах – ноутбуках, мобильных телефонах (рис.12.7.)

Рис. 12.7. Беспроводное подключение мобильных пользователей к локальной сети и Интернету (до десяти метров).

Bluetooth практически не требует настройки. У нее низкие показатели по дальности (до 10 метров) при 400-700 Кбит/с.

Специализация распределенных вычислений:

Сети и протоколы;

Сетевые мультимедиасистемы;

Распределенные вычисления;

В рамках этой книги мы рассмотрим локальные сети, созданные с использованием наиболее популярной и распространенной в наши дни технологии - Ethernet. Данная технология появилась в 70-е годы XX века, когда инженер-исследователь из Массачусетского технологического института Билл Меткалф, сотрудничавший также с исследовательским центром компании Xerox в г. Пало-Альто, подготовил докторскую диссертацию, посвященную методикам организации компьютерных коммуникаций. Вскоре совместно со специалистами из корпораций Intel и DEC (Digital Equipment Corporation) фирма Xerox разработала на основе этой диссертации коммерческий стандарт, который и получил название Ethernet. Чуть позже, в 1980 году, стандарт Ethernet лег в основу универсальной спецификации для локальных сетей, построенных по принципу множественного доступа, определения несущей частоты и автоматического обнаружения сбоев (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection, CSMA/CD); эта спецификация, разработанная Институтом инженеров по радиотехнике и электронике (Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE), получила название IEEE 802.3. Поскольку стандарты IEEE 802.3 и Ethernet крайне близки не только по своей идеологии, но и с точки зрения технической совместимости, в современной литературе их традиционно принято называть общим термином - Ethernet. Далее мы также будем придерживаться этой традиции.
Очевидно, что технология Ethernet накладывает собственные ограничения не только на архитектуру локальной сети, но и па ее технические характеристики. Причем подобные ограничения имеют несколько своеобразных логических уровней: с одной стороны, они определяют способ подключения
компьютеров к сети, с другой - подчеркивают различия между разными типами сетей по признаку используемого оборудования, типу кабеля или скорости передачи данных. Об этом мы и поговорим далее в этой главе.

В рамках стандарта Ethernet принято различать несколько типов построения распределенной вычислительной системы, исходя из ее топологической структуры. Фактически можно сказать, что топология локальной сети - это конфигурация кабельных соединений между компьютерами, выполненных по некоему единому принципу. Какая-либо конкретная топология сети выбирается, во-первых, исходя из используемого оборудования, которое, как правило, поддерживает некий строго определенный вариант организации сетевых подключений; во-вторых, на основе имеющихся требований к мобильности, масштабируемости и вычислительной мощности всей системы в целом. В ряде ситуаций возможна организация нескольких подсетей, построенных с использованием различных топологий и связанных впоследствии в единую сеть. В частности, применительно к стандарту Ethernet возможна организация локальных сетей с топологией «общая шина» или «звезда».

Топология «общая шина»

Технология построения локальной сети на основе топологии «общая шина» подразумевает последовательное соединение компьютеров в цепочку наподобие «гирлянды» с использованием специальных Т-образных разъемов (Т-коннекторов), подключаемых к соответствующему порту сетевого адаптера каждого из узлов сети. В качестве физической линии передачи данных применяется коаксиальный кабель с пропускной способностью 10 Мбит/с. Оконечности «цепочки», то есть ответвления Т-образных разъемов, к которым не подводится кабель для подсоединения к соседним компьютерам, ограничиваются специальными металлическими колпачками, создающими в сети необходимое сопротивление нагрузки, - они называются заглушками или терминаторами (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Конфигурация локальной сети с топологией «общая шина»

Следует отметить, что некогда весьма популярные локальные сети с топологией «общая шина» в настоящее время все больше и больше утрачивают свои позиции. Причина снижения их популярности вполне очевидна. Несмотря на видимую простоту прокладки и монтажа, - а для постройки такой сети необходимы лишь минимальные навыки обращения с пассатижами или паяльником - и относительную мобильность с точки зрения изменения конфигурации всей системы (ведь для того, чтобы переставить сетевой компьютер с места на место, достаточно лишь открутить и закрутить соответствующий разъем), такие сети имеют множество очевидных недостатков. И самый существенный из них - крайне низкая надежность. Достаточно произойти потере контакта в одном из терминаторов или многочисленных Т-коннекторов, что на практике случается достаточно часто, и целый сегмент локальной сети выходит из строя. В такой ситуации все сетевые компьютеры продолжают работать вполне стабильно, но неожиданно перестают «видеть» друг друга, вследствие чего системному администратору приходится последовательно проходить всю сеть, проверяя наличие контакта в разъемах, что занимает порой очень много времени. Именно поэтому топология «общая шина» идеально подходит для создания малой домашней сети «точка-точка», то есть для объединения двух компьютеров, но в случае более сложной и разветвленной сетевой структуры следует поразмыслить о возможности использования иной конфигурации.

Топология «звезда»

Альтернативой топологии «общая шина» в сетях Ethernet является звездообразная конфигурация локальной сети (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Конфигурация локальной сети с топологией «звезда»

В этом случае компьютеры соединяются между собой не последовательно, а параллельно, то есть каждый из узлов сети подключается собственным
отрезком провода к соответствующему порту некоего устройства, называемого концентратором, или хабом (от англ. hub - центр). В качестве линии передачи данных используется специальный неэкранированный кабель «витая пара» (twisted pair), который обеспечивает соединение со скоростью до 10 Мбит/с. Посредством «витой пары» возможна также организация сети из двух компьютеров по принципу «точка-точка», при этом машины можно подключать друг к другу напрямую, без использования концентратора, однако порядок монтажа контактов в разъемах сетевого шнура в этом случае несколько отличается от стандартного.
Преимущества топологии «звезда» по сравнению с «общей шиной» заключаются в более высокой надежности и отказоустойчивости локальной сети, в ней значительно реже возникают «заторы», да и конечное оборудование работает по «витой паре» на порядок быстрее. При этом в случае выхода из строя одного из узлов сети вся остальная система продолжает работать стабильно: полный отказ такой локальной сети происходит только при поломке концентратора. Безусловно, организация сетевой системы на основе топологии «звезда» требует значительно больших финансовых затрат, но они целиком и полностью оправдываются, когда речь заходит о необходимости обеспечить надежную связь между работающими в сети компьютерами.

Классы сетей Ethernet

Прежде чем мы перейдем к непосредственному рассмотрению принципов организации локальной сети, необходимо сказать несколько слов о технологических классах, на которые делятся сети стандарта Ethernet. Данные классы различаются, прежде всего, пропускной способностью линий, типом используемого кабеля, топологией и некоторыми иными характеристиками. Каждый из классов сетей Ethernet имеет собственное обозначение, отражающее его технические характеристики, такое обозначение имеет вид XBase/BroadY, где X - пропускная способность сети, обозначение Base или Broad говорит о методе передачи сигнала - основополосный (baseband) или широкополосный (broadband), и, наконец, число У отображает максимальную длину сегмента сети в сотнях метров, либо обозначает тип используемого в такой системе кабеля, который и накладывает ограничения на максимально возможное расстояние между двумя узлами сети, исходя из собственных технических характеристик. Например, сеть класса 10Base2 имеет пропускную способность 10 Мбит/с, использует метод передачи данных baseband и допускает максимальную длину сегмента в 200 м. Далее мы рассмотрим несколько существующих классов сетей Ethernet и поговорим об их особенностях и возможностях.

Класс 10Base5 (Thick Ethernet)

Класс 10Base5, который также иногда называют «толстым Ethernet», - это один из наиболее старых стандартов локальных сетей. Сегодня уже очень трудно отыскать в продаже оборудование этого типа, тем более трудно найти действующую сеть, работающую с данным типом устройств.
Сети стандарта 10Base5 использовали топологию «общая шина» и создавались на основе коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом и пропускной способностью 10 Мбит/с. Общая шина локальной сети ограничивалась с обеих сторон терминаторами, однако помимо Т-коннекторов в подобных системах использовались специальные устройства, получившие общее название «трансиверы», которое произошло от совмещения английских понятий transmitter (передатчик) и receiver (приемник). Собственно, трансиверы являлись приемниками и передатчиками данных между работающими в сети компьютерами и самой сетью (рис. 3.3). Помимо функций собственно приемника-передатчика информации, трансиверы обеспечивали надежную электроизоляцию работающих в сети компьютеров, а также выполняли функции устройства, снижающего уровень посторонних электростатических помех. Максимальная длина коаксиального кабеля, протянутого между трансивером и сетевым адаптером компьютера (трансиверного кабеля) в таких сетях может достигать 25 м, максимальная длина одного сегмента сети (отрезка сети между двумя терминаторами) - 500 м, а минимальное расстояние между точками подключения - 2,5 м. Всего в одном сегменте сети 10Base5 может работать не более 100 компьютеров, при этом количество совместно работающих сегментов сети не должно превышать пяти.

Рис. 3.3. Конфигурация локальной сети класса 10Base5

Класс 10Base2

Локальные сети, относящиеся к классу 10Base2, который также иногда называют Thin Ethernet, являются прямыми «наследницами» сетей 10Base5. Как и в предыдущем случае, для соединения компьютеров используется тонкий экранированный коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом, оснащенный Т-коннекторами и терминаторами, однако в такой конфигурации Т-коннекторы подключаются к разъему сетевой карты напрямую, без использования каких-либо промежуточных устройств (рис. 3.1). Соответственно, такая сеть имеет стандартную конфигурацию «общая шина». Максимальная длина одного сегмента сети 10Base2 может достигать 185 м, при этом минимальное расстояние между точками подключения составляет 0,5 м. Наибольшее число компьютеров, подключаемых к одному сегменту такой сети, не должно превышать 30, максимально допустимое количество сегментов сети составляет 5. Пропускная способность данной сети, как это следует из обозначения ее класса, составляет 10 Мбит/с.

Класс 10BaseT (Ethernet на «витой паре»)

Одним из наиболее распространенных сегодня классов локальных сетей Ethernet являются сети 10BaseT. Как и стандарт 10Base2, такие сети обеспечивают передачу данных со скоростью 10 Мбит/с, однако используют в своей архитектуре топологию «звезда» и строятся с применением специального кабеля, называемого twisted pair, или «витая пара» (рис. 3.2). Фактически витая пара представляет собой восьмижильиый провод, в котором для обмена информации по сети используется лишь две пары проводников: одна - для приема сигнала, и одна - для передачи. В качестве центрального звена в звездообразной структуре локальной сети 10BaseT применяется специальное устройство, называемое хабом, или концентратором. Для построения распределенной вычислительной системы, состоящей из нескольких сетевых сегментов, возможно подключение нескольких хабов в виде каскада, либо присоединение через хаб к сети 10BaseT локальной сети другого класса (рис. 3.4), однако следует учитывать то обстоятельство, что общее число точек подключения в такой системе не должно превышать 1024.
Максимально допустимое расстояние между узлами сети 10BaseT составляет 100 м, но можно сказать, что это значение взято скорее из практики построения таких сетей, поскольку стандарт 10BaseT предусматривает иное ограничение: затухание сигнала на отрезке между приемником и источником не должно превышать порога в 11,5 децибела. Именно данный класс локальных сетей наравне с 10Base2 будет подробно рассматриваться далее на страницах этой книги.

Рис. 3.4. Пример реализации многосегментной локальной сети Ethernet

Класс10BaseF (Fiber Optic)

К классу10BaseF (другое название - Fiber Optic) принято относить распределенные вычислительные сети, сегменты которых соединены посредством магистрального оптоволоконного кабеля, длина которого может достигать 2 км. Очевидно, что в силу высокой стоимости такие сети используются в основном в корпоративном секторе рынка и по карману они достаточно крупным предприятиям, располагающим необхрдимыми средствами для организации подобной системы.
Сеть10BaseF имеет звездообразную топологию, которая, однако, несколько отличается от архитектуры, принятой для сетей 10BaseT (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Конфигурация локальной сети класса10BaseF

Компьютеры каждого сегмента такой сети подключаются к хабу, который, в свою очередь, соединяется с внешним трансивером сети10BaseF посредством специального коммуникационного шнура, подключаемого к 15-контактному разъему AUI (Attachment Unit Interface). Задача трансивера состоит в том, чтобы, получив из своего сегмента сети электрический сигнал, трансформировать его в оптический и передать в оптоволоконный кабель. Приемником оптического сигнала является аналогичное устройство, которое превращает его в последовательность электрических импульсов, направляемых в удаленный сегмент сети.
Преимущества оптических линий связи перед традиционными неоспоримы. Прежде всего диэлектрическое волокно, используемое в оптоволоконных кабелях в качестве волноводов, обладает уникальными физическими свойствами, благодаря которым затухание сигнала в такой линии крайне мало: оно составляет величину порядка 0,2 дБ на километр при длине волны 1,55 мкм, что потенциально позволяет передавать информацию на расстояния до 100 км без использования дополнительных усилителей и ретрансляторов. Кроме того, в оптических линиях связи частота несущего сигнала достигает 1014 Гц, а это означает, что скорость передачи данных по такой магистрали может составлять 1012бит в секунду. Если принять во внимание тот факт, что несколько световых волн может одновременно распространяться в световоде в различных направлениях, то эту скорость можно значительно увеличить, организовав между конечными точками оптоволоконного кабеля двунаправленный обмен данными. Другой способ удвоить пропускную способность оптической линии связи заключается в одновременной передаче по оптоволокну нескольких волн с различной поляризацией. Фактически можно сказать, что на сегодняшний день максимально возможная скорость передачи информации по оптическим линиям пока еще не достигнута, поскольку достаточно жесткие ограничения на «быстродействие» подобных сетей накладывает конечное оборудование. Оно же «ответственно» и за относительно высокую стоимость всей системы в целом, поскольку диэлектрический кварцевый световод сам по себе значительно дешевле традиционного медного провода. В завершение можно упомянуть и тот факт, что оптическая линия в силу естественных физических законов абсолютно не подвержена воздействию электромагнитных помех, а также обладает существенно большим ресурсом долговечности, чем линия, изготовленная из стандартного металлического проводника.

Классы 100BaseT, 100BaseTX, 100ВаsеТ4 и 100BaseFX

Класс локальных сетей 100BaseT, называемый также Fast Ethernet, появился относительно недавно: он был создан в 1992 году группой разработчиков,
азываемой Fast Ethernet Alliance (FEA). Фактически Fast Ethernet явля-тся «наследником» сетей стандарта 10BaseT, однако в отличие от них по-воляет передавать данные со скоростью до 100 Мбит/с. "ак же как и сети 10BaseT, локальные сети Fast Ethernet имеют звездооб-азную топологию и могут быть собраны с использованием кабеля различ-ых типов, наиболее часто применяемым из которых является все та же ресловутая витая пара. В 1995 году данный стандарт был одобрен Инсти-утом инженеров по радиотехнике и электронике (Institute of Electrical and electronic Engineers, IEEE) и вошел в спецификацию IEEE 802.3 (это рас-шрение спецификации получило обозначение IEEE 802.3u), обретя тем 1мым официальный статус.
Поскольку класс сетей 100BaseT является прямым потомком класса OBaseT, в таких системах используются стандартные для Ethernet прото-элы передачи данных, а также стандартное прикладное программное обес-ечение, предназначенное для администрирования локальной сети, что зпа->1телыго упрощает переход от одного типа сети к другому. Предполагается, го в не столь отдаленном будущем эта технология вытеснит большинство дцествующих на сегодняшний день «устаревших» стандартов, оскольку в процессе разработки данной спецификации одной из основных дач являлось сохранение совместимости новой разновидности локальных:тей с различными типами кабеля, используемого в сетях старого образца, >1ло создано несколько модификаций стандарта Fast Ethernet. Технология)0BaseTX подразумевает использование стандартной витой пары пятой ггегории, в которой задействовано только четыре проводника из восьми веющихся: два - для приема данных, и два - для передачи. Таким образом, ;ети обеспечивается двунаправленный обмен информацией и, кроме того, тается потенциальная возможность для дальнейшего наращивания произво-ггельности всей распределенной вычислительной системы. В сетях 100BaseT4 кже используется витая пара, однако в пей задействованы все восемь жил юводника: одна пара работает только на прием данных, одна - только t передачу, а оставшиеся две обеспечивают двунаправленный обмен инфор-щией. Поскольку технология 100BaseT4 подразумевает разделение всех анодируемых по сети данных на три независимых логических канала (прием, редача, прием-передача), пропорционально уменьшается частота сигнала, о позволяет прокладывать такие сети с использованием менее качествен-то и, следовательно, более дешевого кабеля 3 или 4 категории, наконец, последний стандарт в семействе Fast Ethernet носит наименование 100BaseFX. Предназначен он для работы с оптоволоконными линиями связи.
Максимальная длина одного сегмента в сетях 100BaseT (кроме подкласса 100BaseFX) не превышает 100 м, в качестве конечного оборудования используются сетевые адаптеры и концентраторы, поддерживающие этот стандарт. Существуют также универсальные сетевые адаптеры 10BaseT/ 100BaseT. Принцип их работы состоит в том, что в локальных сетях этих двух классов используются одинаковые линии с одним и тем же типом разъемов, а задача автоматического распознавания пропускной способности каждой конкретной сети (10 Мбит/с или 100 Мбит/с) возлагается на протокол канального уровня, являющийся частью программного обеспечения самого адаптера. Алгоритм работы такого устройства можно проиллюстрировать на простом примере. При включении компьютера, оснащенного сетевым адаптером 10BaseT/100BaseT, последний выдает в сеть сигнал, информирующий другие сетевые устройства о том, что он способен поддерживать скорость передачи данных до 100 Мбит/с. Если оборудование локальной сети (например, хаб, к которому подключен данный компьютер) обеспечивает аналогичную скорость соединения, оно генерируют ответный сигнал, после чего адаптер продолжает работать в режиме 100BaseT. Если отклика не поступает, сетевая карта автоматически переходит в режим передачи данных со скоростью 10 Мбит/с, то есть переключается на работу в стандарте 10BaseT.
Несмотря на все преимущества спецификации 100BaseT, такие сети по сравнению с более старыми реализациями Ethernet не лишены и ряда недостатков, унаследованных ими от своего прародителя - стандарта 10BaseT. Прежде всего в моменты пиковой нагрузки, то есть в случае возникновения ситуации, при которой к ресурсам сети одновременно обращается более 50% всех узлов, на линии образуется хорошо знакомый пользователям 10BaseT «затор» - другими словами, сеть начинает заметно «тормозить». И во-вторых, если в распределенной вычислительной системе применяется комбинированная технология (одна часть сети работает со стандартом 10BaseT, другая - со стандартом 100BaseT), высокая скорость соединения будет возможна только на участке, поддерживающем пропускную способность в 100 Мбит/с. Поэтому даже если ваш компьютер оснащен сетевым адаптером 100BaseT, при обращении к удаленному узлу, оборудованному сетевой картой 10BaseT, скорость соединения не превысит 10 Мбит/с.

Класс1000BaseT (Gigabit Ethernet)

Чем быстрее растут вычислительные мощности современных персональных компьютеров, тем больше становится среднестатистический объем обрабатываемых с их помощью файлов. Соответственно возникает потребность в пропорциональном увеличении пропускной способности линий связи. В итоге это заметно ускорило процесс эволюции сетевых технологий: не успел окончательно прижиться стандарт 100BaseT, как ему на смену подоспел новый класс локальных сетей, позволяющих передавать информацию со скоростью до гигабита в секунду. Эти сети получили обозначение1000BaseT и альтернативное название Gigabit Ethernet.
В архитектуре сетей1000BaseT используется топология «звезда» на базе высококачественного кабеля «витая пара» категории 5, в котором задействованы все восемь жил, причем каждая из четырех пар проводников используется как для приема, так и для передачи информации. По сравнению с технологией 100BaseT, несущая частота в сетях1000BaseT увеличена вдвое, благодаря чему достигается десятикратное увеличение пропускной способности линии связи. При переходе от стандарта 10BaseT или 100BaseT к 1 OOOBaseT особые требования предъявляются к качеству монтажа сетевых розеток и разъемов: если сеть проложена в полном соответствии с существующими стандартами, она, скорее всего, сможет обеспечить требуемую скорость передачи данных, если же монтаж был выполнен с отклонениями от требований спецификации Ethernet, возникающие в соединениях помехи не позволят добиться расчетных характеристик. Как и в более ранних классах сетей XBaseT, длина одного сегмента Gigabit Ethernet не должна превышать 100 м.
Стандарт1000BaseT был официально подтвержден Институтом инженеров по радиотехнике и электронике (Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE) в 1999 году, и включен в спецификацию IEEE 802.3. В настоящее время оборудование для данного типа сетей выпускается несколькими независимыми производителями компьютерного «железа».

Устройства switch в сетях 10BaseT

Одновременно с разработкой новых, более высокоскоростных технологий передачи данных, перед производителями компьютерного оборудования по-прежнему стояла задача найти какие-либо способы увеличения производительности локальных сетей Ethernet старого образца, минимизировав при этом как финансовые затраты на приобретение новых устройств, так и технологические затраты на модернизацию уже имеющейся сети. Поскольку класс 10Base2 был единодушно признан всеми разработчиками «вымирающим», эксперты сосредоточились на технологии 10BaseT. И подходящее решение вскоре было найдено.
Как известно, стандарт Ethernet подразумевает использование алгоритма широковещательной передачи информации. Это означает, что в заголовке любого пересылаемого по сети блока данных присутствует информация
о конечном получателе этого блока, и программное обеспечение каждого компьютера локальной сети, принимая такой пакет, всякий раз анализирует его содержимое, пытаясь «выяснить», стоит ли передать данные протоколам более высокого уровня (если принятый блок информации предназначен именно этому компьютеру) или ретранслировать его обратно в сеть (если блок данных направляется на другую машину). Уже одно это заметно замедляет работу всей локальной сети. А если принять во внимание тот факт, что устройства, используемые в качестве центрального модуля локальных сетей с топологией «звезда» - концентраторы, или хабы - обеспечивают не параллельную, а последовательную передачу данных, то мы обнаруживаем еще одно «слабое звено», которое не только снижает скорость всей системы, но и нередко становится причиной «заторов» в случаях, когда, например, на один и тот же узел одновременно отсылается несколько потоков данных от разных компьютеров-отправителей. Если возложить задачу первоначальной сортировки пакетов на хаб, то эту проблему можно было бы частично решить. Что и было проделано. Так появилось на свет устройство, впоследствии названное switch, или коммутатор. Switch полностью заменяет в структуре локальной сети 10BaseT хаб, да и выглядят эти два устройства практически одинаково, однако принцип работы коммутатора имеет целый ряд существенных различий. Основное различие заключается в том, что встроенное в switch программное обеспечение способно самостоятельно анализировать содержимое пересылаемых по сети блоков данных и обеспечивать прямую передачу информации между любыми двумя из своих портов независимо от всех остальных портов устройства. Давайте проиллюстрируем эту ситуацию на простом примере (рис. 3.6). Предположим, у нас имеется switch, оснащенный 16 портами. К порту 1 подключен компьютер А, который передает некую последовательность данных компьютеру С, присоединенному к 16-му порту. В отличие от хаба, получив этот пакет данных, switch не ретранслирует его по всем имеющимся в его распоряжении портам в надежде, что рано или поздно он достигнет адресата, а проанализировав содержащуюся в пакете информацию, передает его непосредственно на 16-й порт. В то же самое время на порт 9 коммутатора приходит блок информации из другого сегмента локальной сети 10BaseT, подключенного к устройству через собственный хаб. Поскольку этот блок адресован компьютеру В, он сразу отправляется на порт 3, к которому тот присоединен. Следует понимать, что эти две операции switch выполняет одновременно и независимо друг от друга. Очевидно, что при наличии 16 портов мы можем одновременно направлять через switch 8 пакетов данных, поскольку порты задействуются парами. Таким образом, суммарная пропускная способность данного устройства составит 8 х 10 = 80 Мбит/с,
что существенно ускорит работу сети, в то время как на каждом отдельном подключении сохранится стандартное значение 10 Мбит/с. Другими словами, при использовании коммутатора мы уменьшаем время прохождения пакетов через сетевую систему, не увеличивая фактическую скорость соединения.

Рис. 3.6. Принцип работы устройства switch

Репитеры (повторители)

Ранее уже упоминалось о том, что в локальных сетях любого класса предусмотрены жесткие ограничения на длину участка сети между двумя точками подключения. Данные ограничения связаны, прежде всего, с коэффициентом затухания сигнала в линии передачи данных, который не должен превышать определенного порогового значения: в противном случае уверенный прием информации станет невозможен. Больше всего в этом случае выигрывают сети, построенные с применением линий из оптического волокна. Поскольку коэффициент затухания в этой среде очень мал, оптоволоконный кабель можно прокладывать на значительные расстояния без потери качества связи. Вместе с тем, упомянутый способ объединения удаленных сегментов LAN в единую систему достаточно дорог. Как быть, если на каком-либо предприятии эксплуатируется стандартная локальная сеть с пропускной способностью в 10 Мбит/с, отдельные участки которой, например сеть бухгалтерии и склада, находятся на значительном удалении друг от друга, а перед руководством фирмы возникла необходимость объединить их между собой? Здесь нам на помощь приходят специальные устройства, называемые репитерами или повторителями.
Репитеры оснащены как минимум двумя, а иногда и большим числом сетевых портов с одним из стандартных интерфейсов, и присоединяются они непосредственно к локальной сети на максимально допустимом-расстоянии от ближайшей точки подключения (для сетей класса 10BaseT оно составляет 100 м). Получив сигнал с одного из своих портов, репитер формирует его заново с целью исключить любые потери и искажения, произошедшие в процессе его передачи, после чего ретранслирует результирующий сигнал на все остальные порты. Таким образом, при прохождении сигнала через репитер происходит его усиление и очистка от посторонних помех. В некоторых случаях повторитель выполняет также функцию разделения ретранслируемых сигналов: если на одном из портов постоянно фиксируется поступление данных с ошибками, это означает, что в сегменте сети, подключенном через данный порт, произошла авария, и репитер перестает принимать сигналы с этого порта, чтобы не передавать ошибки всем остальным сетевым сегментам, то есть не транслировать их на всю сеть.
Вместе с тем при практическом использовании репитеров вступают в силу достаточно жесткие правила, регламентирующие их число и расположение в локальной сети. Основной недостаток повторителей заключается в том, что в момент прохождения сигналов через это устройство происходит заметная задержка при пересылке данных. Протоколы канального уровня Ethernet, использующие стандарт CSMA/CD, отслеживают сбои в процессе передачи информации, и если коллизия была зафиксирована, передача повторяется через случайный промежуток времени. В случае если число репитеров на участке между двумя компьютерами локальной сети превысит некоторое значение, задержки между моментом отправки и моментом приема данных станут настолько велики, что протокол попросту не сможет проконтролировать правильность пересылки данных, и обмен информацией между этими компьютерами станет невозможен. Отсюда возникло правило, которое принято называть «правилом 5-4-3». Формулируется оно следующим образом: на пути следования сигнала в сети Ethernet не должно встречаться более 5 сегментов и более 4 репитеров, причем только к 3 из них могут быть подключены конечные устройства (рис. 3.7, а).
При этом в целом в локальной сети может присутствовать более 4 повторителей, правило регламентирует только количество репитеров между двумя
любыми точками подключения. В некоторых случаях повторители устанавливают парами и объединяют между собой проводом, в этом случае между двумя компьютерами в сети не может присутствовать более двух таких пар (рис. 3.7, б).