Какой стандарт соответствует сети ethernet на толстом коаксиальном кабеле

Ethernet на коаксиальном кабеле

Спецификации 10Base5 и 10Base2 коаксиального кабеля в сети Ethernet единственные из всех стандартов требуют использования топологии «шина». Под максимальной длиной сегмента в данном случае понимается полная длина шины от одного терминатора до другого (рис. 5.1). Сегмент кабеля, соединяющий более двух компьютеров, называется магистральным сегментом (mixing segment). Стандарты с коаксиальным кабелем сегодня почти не используются (не считая старых сетей), поскольку коаксиальный кабель труднее прокладывать и обслуживать, чем витую пару. Кроме того, максимальная скорость передачи данных по такому кабелю составляет всего 10 Мбит/сек.

Рис. 5.1. Магистральный сегмент объединяет в сеть несколько компьютеров Ethernet на витой паре

о всех других спецификациях физического уровня Ethernet используется топология «звезда», где каждый компьютер соединяется с концентратором отдельным сегментом кабеля. Кабель, соединяющий два устройства, называется связывающим сегментом (link segment). Самый популярный вид кабеля в современных сетях Ethernet — неэкранированная витая пара. Это связано как с легкостью установки, так и с повышенной скоростью передачи данных — 10, 100 и даже 1000 Мбит/сек. В Ethernet 10BaseT компьютер соединяется с концентратором-повторителем сегментом кабеля, длина которого может достигать 100 м. И еще на 100 м концентратор передает сигнал другому компьютеру (рис. 5.2). В 10BaseT из четырех витых пар в кабеле используются только две: одна для передачи данных, вторая — для приема.

Внимание! Хотя в большинстве сетей на витой паре две из четырех пар не используются, не пытайтесь подключить к свободным парам телефон или другое коммуникационное устройство (по крайней мере, на время работы сети). Это приведет к возникновению чрезмерных перекрестных помех.

Рис. 5.2. Кабель UTP соединяет Ethernet-систему с концентратором, а тот предает сигнал другому концентратору или компьютеру

стандарт Fast Ethernet (IEEE 802.3u) включены две спецификации кабелей UTP, известные под общим обозначением 100BaseT. Максимальная длина сегмента в обеих по-прежнему 100 м. В 100BaseTX это осуществимо за счет использования кабеля более высокой категории (5), обеспечивающей повышенное качество передачи сигнала. В стандарте 100BaseT4 данные передаются со скоростью 100 Мбит/сек даже по кабелю 3 категории, который используется в старых сетях Ethernet и телефонных сетях. Отличие между стандартами 100BaseTX и 100BaseT4 заключается в том, что в первом задействовано только две пары проводов, как и в 10BaseT, а во втором используются все четыре. Наряду с обычными парами для приема и передачи две оставшиеся пары применяются в 100BaseT4 для двусторонних коммуникаций. Почти во всех спецификациях физического уровня Gigabit Ethernet, определенных стандартом IEEE 802.3z, используется оптоволоконный кабель, с единственным исключением, которое описано в документе IEEE 802.Заb. Стандартом 1000BaseT, спроектированным специально для обновления существующих сетей на витой паре со 100-метровыми сегментами, допускается использование кабелей UTP обычной 5 категории, но максимально ему соответствуют более надежные кабели категории 5Е (усовершенствованная 5 категория), официально утвержденной ассоциацией EIA/TIA (Electronics Industry Association and Telecommunications Industry Association). Производительность кабеля категории 5Е мало отличается от кабеля категории 5, а полоса пропускания у обеих и вовсе одна и та же. К категории 5Е предъявляются повышенные требования к устойчивости относительно определенных типов перекрестных помех, а также добавлено несколько новых параметров производительности. Высокая скорость передачи в стандарте 1000BaseT достигается, как и в стандарте 100BaseT4, за счет использования всех четырех пар, а также за счет применения особой схемы передачи сигнала РАМ-5 (Pulse Amplitude Modulation-5).

Сети Ethernet

В трансивере находится активный приемо-передатчик с детектором коллизий и высоковольтным (1-5 кВ) разделительным трансформатором, питание обеспечивается от AUI-порта адаптера.

Основные преимущества 10Base5: большая длина сегмента, хорошая помехозащищенность кабеля и высокое напряжение изоляции трансивера. Благодаря этим качествам «толстый» Ethernet чаще всего применялся для прокладки базовых сегментов (Backbone). Сейчас этот стандарт практически полностью вытеснен более дешевыми и производительными реализациями Ethernet.

10Base2

Среда передачи — «тонкий» (около 6 мм в диаметре) коаксиальный кабель (RG-58 различных модификаций) с волновым сопротивлением 50 Ом.
Длина кабеля между соседними станциями не менее 0,5 м.
Максимальная длина сегмента сети не более 185 метров.
Общая длина всех кабелей в сегментах (соединенных через повторители) не более 925 метров.
Общее число узлов на один сегмент сети не более 30 (включая повторители).
Сегмент оканчивается терминаторами, один из которых заземляется.
Ответвления от сегмента недопустимы.

Правила построения сетей, использующих физическую топологию «общая шина».

не более чем 5 сегментов сети
могут быть объединены не более чем 4-мя повторителями
при этом станции могут быть подключены не более чем к 3-м сегментам, остальные 2 могут быть использованы для увеличения общей длины сети.

10Base-T

Среда передачи — неэкранированный кабель на основе витой пары (UTP — Unshielded Twisted Pair) категории 3 и выше. При этом задействуются 2 пары — одна на прием, вторая на передачу.
Физическая топология «звезда».
Длина кабеля между станцией и концентратором не более 100 м.
Максимальный диаметр сети не более 500 метров.
Количество станций в сети не более 1024.

10Base-F

Существует несколько разновидностей 10Base-F. Первым стандартом для использования оптоволокна в сетях Ethernet был FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link). Ограничение длины оптоволоконных линий между повторителями 1 км при общей длине сети не более 2,5 км . Максимальное число повторителей — 4.

В стандарте 10Base-FL, предназначенном для соединения станций с концентратором, длина сегмента оптоволокна до 2 км при общей длине сети не более 2,5 км. Максимальное число повторителей также 4. Ограничения длин кабелей даны для многомодового кабеля. Применение одномодового кабеля позволяет прокладывать сегменты длиной до 20 км (!).

Существует также стандарт 10Base-FB, предназначенный для магистрального соединения повторителей. Ограничение на длину сегмента — 2 км при общей длине сети 2,74 км. Количество повторителей — до 5. Характерной особенностью 10Base-FB является способность повторителей обнаруживать отказы основных портов и переходить на резервные за счет обмена специальными сигналами, которые отличаются от сигналов передачи данных.

Стандарты 10Base-FL и 10Base-FB не совместимы между собой. Дешевизна оборудования 10Base-FL позволила ему обогнать по распространенности волоконно-оптические сети других стандартов.

Оконцовка оптоволоконных кабелей представляет собой существенно более сложную задачу, чем оконцовка медных кабелей. Необходимо точное совмещение осей светопроводящего материала — волокон и коннекторов. Типы коннекторов в основном отличаются друг от друга размером и формой направляющего ободка. Если в самых первых биконических коннекторах использовались конические ободки, то в настоящее время используются коннекторы типа SC (square cross-section), имеющие ободок квадратного сечения. Для надежного закрепления коннектора в гнезде в ранних типах коннекторов использовалась байонетная (ST) или резьбовая (SMA) фиксация. Сейчас в коннекторах SC используется технология «push-pull», предусматривающая закрепление коннектора в гнезде защелкиванием. Коннекторы типа SC применяются не только в локальных сетях, но также и в телекоммуникационных системах и в сетях кабельного телевидения.

Отдельная проблема — соединение оптических волокон. Надежное и долговечное соединение достигается сваркой волокон, что требует специального оборудования и навыков.

Область применения оптоволокна в сетях Ethernet — это магистральные каналы, соединения между зданиями, а также те случаи, когда применение медных кабелей невозможно из-за больших расстояний или сильных электромагнитных помех на участке прокладки кабеля. На сегодняшний день стандарт 10Base-F вытесняется более скоростными стандартами Ethernet на оптоволоконном кабеле.

Правила построения сетей, использующих физическую топологию «звезда»

каскадно могут объединяться не более чем 4 концентратора;
«дерево» каскадируемых концентраторов должно быть построено таким образом, чтобы между двумя любыми станциями в сети было не более чем 4 концентратора;

Экзотика

10Broad36
Необычная технология в семействе Ethernet. Отличается способом передачи — широкополосная («broadband») вместо узкополосной («baseband»). В этом случае полоса пропускания кабеля разделяется на отдельные частотные диапазоны, которые назначаются каждой службе. В качестве среды передачи используется коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом (обычный телевизионный кабель). Причем 10Broad36 «уживается» в одном кабеле с кабельным телевидением.

Длина сегмента сети не более 1800 метров, а максимальное расстояние между любыми двумя станциями в сети — 3600 м. Скорость передачи 10 Mбит/с. Подключение станций производится с помощью трансиверов, подсоединяемых к кабелю. Длина AUI кабеля, соединяющего трансивер со станцией, не более 50 м. Сегменты сети 10Broad36 должны терминироваться т.н. «оконечным головным» устройством, которое располагается на конце единичного или в корне множественных сегментов. Соединение станций в сети осуществляется одним или двумя кабелями. В первом случае для приема и передачи сигналов выделяются различные каналы частот. Передача станции поступает только на «оконечное головное» устройство, которое преобразует частоту, после чего передача принимается другими станциями, подключенными к сети. Во втором случае один из кабелей используется для приема, второй — для передачи. Сигнал достигает «оконечного головного» устройства, после чего проходит на другой кабель без изменения частоты и принимается любой станцией в сети. Полнодуплексный режим не поддерживается. Технология 10Broad36 не получила широкого распространения, вероятно, из-за сложности реализации и высокой стоимости.

1Base5
Эта технология соответствует стандарту IEEE 802.3e, утвержденному в 1987 году. Также известна под именем StarLAN. Топология — «звезда», ограничение на длину сегмента — 400 м. Работает с витой парой категории 2 и выше. Скорость передачи — 1 Мбит/с. Упоминается, в основном, как часть не менее экзотической UltraNet или в порядке перечисления — «и такое, мол, бывает :-)». В настоящее время шансов на применение не имеет из-за малой пропускной способности.

Быстрее. еще быстрее.
После того, как стандарт 10Base-T стал преобладающим, определив среду передачи строящихся сетей — медную витую пару, развитие технологии пошло в направлении увеличения скорости передачи данных. Первой из технологий 100 Мбит/с для локальных сетей, была FDDI. При всех достоинствах эта технология была дорогостоящей. Для удешевления путем применения кабелей на медной витой паре фирмой Crescendo была разработана и запатентована схема кодирования и скремблирования, допускающая полнодуплексную передачу «точка-точка» по UTP для стандарта CDDI. Позднее именно эти спецификации легли в основу стандарта 100Base-T, преобладающего сегодня во вновь создаваемых сетях. 100Base-T соответствует стандарту IEEE 802.3u, утвержденному в 1995 году.

100Base-T имеет 2 разновидности реализации — 100Base-TX и 100Base-T4. Различаются они количеством используемых пар и категорией применяемого кабеля. 100Base-TX использует 2 пары кабеля UTP категории 5, 100Base-T4 использует 4 пары кабеля категории 3 или выше. Наибольшее распространение получил стандарт 100Base-TX, 100Base-T4 применяется в основном в старых сетях, построенных на UTP класса 3. Максимально допустимое расстояние от станции до концентратора 100 м, как и в 10Base-T , но в связи с изменением скорости распространения сигналов диаметр сети стандарта 100Base-T ограничен 200 м.

100 Base-FX — реализация Fast Ethernet с использованием в качестве среды передачи многомодового оптоволоконного кабеля. Ограничение длины сегмента — 412 метров при использовании полудуплексного режима и 2 км — при использовании полнодуплексного.

. быстро, как только возможно
Прогресс — штука безостановочная. 100 Мбит/с — немалая скорость передачи данных, но для магистральных каналов ее может не хватить. В 1996 г. начались работы по стандартизации сетей Ethernet со скоростью передачи данных 1000 Мбит/с, которые называют Gigabit Ethernet. Был образован Gigabit Ethernet Alliance, в который вошли 11 компаний: 3Com, Bay Networks, Cisco, Compaq, Granite Systems, Intel, LSI Logic, Packet Engines, Sun, UB Networks и VLSI Technology. К началу 1998 года в Альянс входило уже более 100 компаний. В июне 1998 г. принимается стандарт IEEE 802.3z, использующий одномодовые и многомодовые оптоволоконные кабели, а также STP категории 5 на короткие расстояния (до 25 м). Столь малое допустимое расстояние в случае применения UTP обуславливало сомнительную возможность практического применения такого варианта. Положение изменилось с принятием в июне 1999 г. стандарта IEEE 802.3ab для передачи 1000 Мбит/с по неэкранированной витой паре на расстояния до 100 м.

Спецификации Gigabit Ethernet:

1000Base-LX: трансиверы на длинноволновом лазере, одномодовый и многомодовый оптоволоконный кабель, ограничения длины сегмента 550 м для многомодового и 3 км для одномодового кабеля. Некоторые фирмы предлагают оборудование, позволяющее строить сегменты с применением одномодового кабеля гораздо большей длины — десятки километров.

1000Base-SX: трансиверы на коротковолновом лазере и многомодовый оптический кабель. Ограничения длины сегмента 300 м для кабеля с диаметром оптического проводника 62.5 мкм и 550 м для кабеля с диаметром проводника 50 мкм.

1000Base-CX: экранированная витая пару. Ограничение длины сегмента — 25 м.

1000Base-T: неэкранированная витая пару. Ограничение длины сегмента — 100 м.

Поскольку стандарт на оптоволоконный Gigabit Ethernet вышел на год раньше, на рынке преобладает оборудование, рассчитанное на работу с оптическим физическим интерфейсом. Применять или не применять Gigabit Ethernet — вопрос, активно обсуждаемый в настоящее время. Сейчас немногие отечественные сети нуждаются в столь высокой пропускной способности. С учетом снижения цен, имеет смысл переходить на Gigabit Ethernet, когда все другие возможности действительно исчерпаны, во всяком случае, в существующих сетях. Но «держать в уме» возможность перехода на Gigabit Ethernet нужно, поэтому приобретение коммутаторов, позволяющих установку модулей с поддержкой этого стандарта представляется разумным.

Есть ли предел скорости у технологии Ethernet? В начале 2000 г. 3Com, Cisco Systems, Extreme Networks, Intel, Nortel Networks, Sun Microsystems и Worldwide Packets основали 10 Gigabit Alliance. Задача Альянса — способствовать работе комитета IEEE в разработке стандарта 802.3ae (10 Gigabit Ethernet), который планируется принять весной 2002 г. Рабочая группа IEEE уже опубликовала предварительную информацию об ограничениях на длину сегмента сети с пропускной способностью 10 Гбит/с: до 100 метров для используемого в настоящее время многомодового оптоволоконного кабеля и до 300 метров для нового усовершенствованного многомодового оптоволоконного кабеля. Существует несколько вариантов одномодового оптоволоконного кабеля: до 2 км для сети группы зданий и 10 или 40 км для региональной сети.

Модель OSI
При подробном рассмотрении функционирования сетей часто упоминается понятие уровней взаимодействия компонентов сети. В качестве «линейки» для определения уровней используется модель OSI (Open System Interconnect — взаимодействие открытых систем), разработанная как описание структуры идеальной сетевой архитектуры. В модели OSI семь уровней взаимодействия для рассмотрения процесса обмена информацией между устройствами в сети. Каждый из уровней сети относительно автономен и рассматривается отдельно. Модель OSI используется для определения функций каждого уровня.

1) Физический уровень определяет электротехнические, механические, процедурные и функциональные характеристики активации, поддержания и дезактивации физического канала между конечными системами. Спецификации физического уровня определяют уровни напряжений, синхронизацию изменения напряжений, скорость передачи физической информации, максимальные расстояния передачи информации, требования к среде передачи, физические соединители и другие аналогичные характеристики.

2) Канальный уровень (Data Link) обеспечивает надежный транзит данных через физический канал. Выполняя эту задачу, канальный уровень решает вопросы физической адресации, топологии сети, линейной дисциплины (каким образом конечной системе использовать сетевой канал), уведомления о неисправностях, упорядоченной доставки блоков данных и управления потоком информации. Обычно этот уровень разбивается на два подуровня: LLC (Logical Link Control) в верхней половине, осуществляющего проверку на ошибки, и MAC (Media Access Control) в нижней половине, отвечающего за физическую адресацию и прием/передачу пакетов на физическом уровне.

3) Сетевой уровень обеспечивает соединение и выбор маршрута между двумя конечными системами, подключенными к разным «подсетям», которые могут находиться в разных географических пунктах. Сетевой уровень отвечает за выбор оптимального маршрута между станциями, которые в могут быть разделены множеством соединенных между собой подсетей.

4) Транспортный — самый высокий из уровней, отвечающих за транспортировку данных. На этом уровне обеспечивается надежная транспортировка данных через объединенную сеть. Транспортный уровень обеспечивает механизмы для установки, поддержания и упорядоченного завершения действия виртуальных каналов, систем обнаружения и устранения неисправностей транспортировки и управления информационным потоком.

5) Сеансовый уровень устанавливает, управляет и завершает сеансы взаимодействия между прикладными задачами. Сеансы состоят из диалога между двумя или более объектами представления. Сеансовый уровень синхронизирует диалог между объектами представительного уровня и управляет обменом информации между ними. В дополнение к управлением сеансами этот уровень предоставляет средства для отправки информации, класса услуг и уведомления в исключительных ситуациях о проблемах сеансового и более высоких уровней.

6) Уровень представления отвечает за то, чтобы информация, посылаемая из прикладного уровня одной системы, была читаемой для прикладного уровня другой системы. При необходимости представительный уровень осуществляет трансляцию между множеством форматов представления информации путем использования общего формата представления информации. При необходимости трансформации подвергаются не только фактические данные, но и структуры данных, используемые программами. Типичным примером является преобразование окончаний строк UNIX (CR) в MS-DOS формат (CRLF).

7) Прикладной уровень отвечает за выполнение пользовательских задач. Он идентифицирует и устанавливает наличие предполагаемых партнеров для связи, синхронизирует совместно работающие прикладные программы, устанавливает соглашение по процедурам устранения ошибок и управления целостностью информации, а также определяет, достаточно ли ресурсов для предполагаемой связи.

Детские болезни Ethernet и борьба с ними

Сегментация сети
Основной способ борьбы с перегрузкой сегментов во времена преобладания сетей стандарта 10Base2. Весь сегмент разбивался на части. При этом вопрос передачи информации между сегментами при необходимости решался с помощью маршрутизации. Аппаратные средства особой популярностью не пользовались. Обычно сервер с несколькими сетевыми адаптерами устанавливался приблизительно в центре сети и на нем настраивался программный маршрутизатор. Таким образом, кроме изоляции коллизий в отдельных сегментах, можно было увеличить общий размер сети до 185 + 185 = 370 м.

Коммутация пакетов
Используя топологию «звезда», стандарт 10Base-T на физическом уровне реализует «свернутую» или «коллапсированную» общую шину, поэтому проблема коллизий актуальна и для него. Впервые технология коммутации сегментов Ethernet была предложена фирмой Kalpana в 1990 году. Коммутирующие концентраторы, или просто коммутаторы (switch), позволили каждой станции использовать среду передачи без конкуренции с другими за счет буферизации входящих данных и передаче их станции-получателю только тогда, когда его порт открыт. Коммутация фактически преобразует Ethernet из широковещательной системы с конкурентной борьбой за полосу пропускания в систему адресной передачи данных. При этом пары портов отправитель-адресат динамически образуют независимые виртуальные каналы. Это увеличивает пропускную способность сети по сравнению с применением концентраторов. Довольно популярными являются решения, когда серверы подключаются к более скоростным портам коммутатора, станции — к менее скоростным. В этом случае в идеале каждая станция имеет доступ к серверу с максимальной скоростью, поддерживаемой адаптером.

Поскольку ограничения диаметра сети в классической технологии Ethernet связаны с необходимостью своевременного обнаружения коллизий, применение коммутаторов позволяет преодолеть эти ограничения, разбивая сеть на несколько доменов коллизий.

Передача пакетов от порта-источника в порт-получатель в коммутаторе происходит либо «на лету» (cut-though), либо с полной буферизацией пакетов (store-and-forward). При использовании передачи «на лету» передача порту-получателю начинается еще до окончания приема пакета с порта-источника, используя адрес получателя из заголовка пакета. Такой способ сокращает задержки передачи при небольшой загрузке сети, однако ему присущи и недостатки — в этом случае невозможна предварительная обработка пакетов, позволяющая отбрасывать плохие пакеты без передачи их получателю. При увеличении загрузки сети задержка при передаче «на лету» практически равняется задержке при передаче с буферизацией, это объясняется тем, что в этом случае выходной порт часто бывает занят приемом другого пакета, поэтому вновь поступивший пакет для данного порта все равно приходится буферизовать.

Во многих коммутаторах применяется адаптивная технология: режимы буферизации и передачи «на лету» применяются в зависимости от величины нагрузки сети.

Технология коммутации позволяет строить сети с большим количеством станций, при этом доля широковещательного (broadcast) трафика достигает существенных значений. При необходимости ограничить доступ станций к сетевым ресурсам, применяется технология виртуальных локальных сетей (VLAN). Виртуальную локальную сеть (ВЛС) образует группа узлов сети, трафик которой, в том числе и широковещательный, на канальном уровне полностью изолирован от узлов, входящих в другие ВЛС. Передача кадров между разными ВЛС на основании адреса канального уровня невозможна, независимо от типа адреса — уникального, группового или широковещательного.

Долгое время стандарт на ВЛС отсутствовал, вместе с тем существовало множество несовместимых друг с другом фирменных реализаций. Сейчас принят стандарт на ВЛС IEEE 802.1Q.

Для построения ВЛС до принятия стандарта IEEE 802.1Q обычно применялась группировка портов, либо группировка MAC-адресов. Решения на основе группировки портов проще в применении, но в случае соединения нескольких коммутаторов каждая ВЛС требует отдельного соединения между ними, что приводит к расточительному использованию портов и кабелей. Группировка на основе MAC адресов рациональнее использует порты и соединения, но трудоемка при эксплуатации. В качестве достоинства этих способов можно отметить использования стандартных кадров Ethernet. Стандарт IEEE 802.1Q предусматривает изменение структуры кадра Ethernet с введением в него дополнительных полей, в которые помещаются сведения о принадлежности узла к определенной ВЛС. Кроме того, добавляются поля, где храниться информация о приоритете кадра, используемая в стандарте IEEE 802.1p.

Для передачи информации между разными ВЛС необходимо привлечение сетевого уровня. Соответствующие средства могут представлять собой либо отдельный маршрутизатор, либо входить в состав аппаратно-программного обеспечения коммутатора. Коммутаторы, имеющие средства для работы на уровне сетевых протоколов, называются «маршрутизирующими коммутаторами», «коммутаторами третьего уровня». Для управления потоками информации в них применяется либо последовательная, либо потоковая маршрутизация пакетов. В первом случае реализуются классические функции маршрутизатора, и каждый пакет обрабатывается отдельно. Во втором случае используется нестандартный метод, применяемый для сокращения числа операций для определения маршрута пакетов. Первый пакет обрабатывается на третьем уровне и определяет порт назначения для остальных пакетов для того же адресата. Дальнейшая пересылка пакетов происходит на втором уровне, что ускоряет процесс передачи по сравнению с классической маршрутизацией. Для упрощения реализации в коммутаторах третьего уровня применяется маршрутизация только протоколов IP и IPX, как наиболее распространенных в локальных сетях.

Приоритезация трафика

Положение изменилось с принятием стандарта IEEE 802.1p: появилась возможность определения восьми уровней приоритета кадра на основе использовании новых полей, определенных в стандарте IEEE 802.1Q. Таким образом, управление приоритетами организуется более гибко, без привязки к определенным портам.

Кроме приоритезации трафика, чувствительного к задержкам времени, существует необходимость повышения приоритета портов коммутатора по отношению к портам конечных станций для предотвращения потери пакетов. Для этого производители используют нестандартные параметры доступа к среде для портов коммутатора. «Агрессивное поведение» порта при захвате среды проявляется после окончания передачи очередного пакета или после обнаружения коллизии. В первом случае после окончания передачи коммутатор выдерживает паузу меньше положенной по стандарту и начинает передачу нового пакета. Станция, выдержав положенную паузу, при попытке передачи обнаруживает, что среда уже занята. Во втором случае после обнаружения коллизии порт коммутатора также делает паузу меньшую стандартной, захватывает среду и станции также не удается начать передачу. Коммутатор адаптивно изменяет степень агрессивности по мере необходимости.

Еще один прием, применяемый в коммутаторах, основан на передаче станции фиктивных пакетов станции в то время, когда в буфере коммутатора нет пакетов для передачи на порт станции. При этом среда передачи равновероятно захватывается попеременно портом коммутатора и станцией, и интенсивность передачи пакетов в коммутатор снижается в среднем вдвое. Такой метод называется методом обратного давления (backpressure). Он комбинируется с методом агрессивного захвата среды для большего подавления активности конечных станций.

2.3.2 Стандартные сегменты Ethernet и Fast Ethernet

Стандарт 10BASE5 определяет сегмент Ethernet длиной до 500 метров с использованием в качестве среды передачи данных толстого коаксиального кабеля с топологией шина. Толстый коаксиальный кабель – это классический тип кабеля, который первоначально использовался в сети Ethernet. В настоящее время он распространен значительно меньше, хотя и обеспечивает максимальную протяженность сети с шинной топологией. Это связано с высокой стоимостью аппаратуры и трудностями ее монтажа.

Толстый коаксиальный кабель представляет собой 50-омный кабель с высокой жесткостью, диаметром около 10 миллиметров. Он выпускается с двумя типа оболочек: тефлоновая (Teflon) оранжево-коричневого цвета (Belden 89880) и стандартная (PVC) желтого цвета (Belden 9880). Достаточно часто используются толстые кабели типа RG-11 и RG-8 (у RG-11 центральная жила покрыта тонким слоем серебра). Диаметр центральной жилы – около 2 мм. Толстый коаксиальный кабель – это самая дорогостоящая среда передачи (в несколько раз дороже, чем другие типы). Тем не менее, толстый кабель обладает высокими характеристиками: хорошей помехоустойчивостью, меньшим затуханием и высокой механической прочностью.

В соответствии со стандартом к одному сегменту сети (до 500 метров) можно подключать не более 100 абонентов. Расстояния между этими точками подключения должно быть не менее 2,5 метра, иначе возникают ошибки в передаваемой информации. Для удобства пользователя при монтаже на кабель наносятся черные полоски через каждые 2,5 метра.

Аппаратные средства 10BASE5 включают в себя трансиверы и трансиверные кабели, разъемы, терминаторы и коаксиальный кабель. Трансивер представляет собой приемопередатчик с высоковольтной (до 5 кВ) гальванической развязкой и детектором коллизий.

Для соединения сегментов толстого коаксиального кабеля между собой, а также терминаторов с таким кабелем используются разъемы N-типа, установка которых довольно сложна и требует специальных навыков и инструментов. На обоих концах кабеля сегмента устанавливаются 50-омные терминаторы N-типа, один из которых заземляют.

Толстый коаксиальный кабель никогда не подводят непосредственно к компьютеру сети, это сложно и неудобно для использования, так как компьютеры невозможно будет переместить. Его прокладывают по полу помещения или по стене. Для подключения сетевых адаптеров к толстому кабелю применяют специальные трансиверы.

Трансивер (MAU, Medium Attachment Unit – устройство присоединения к среде) закрепляется на самом толстом коаксиальном кабеле и связывается с адаптером трансиверным кабелем. Для присоединения трансиверов к толстому кабелю обычно используются специальные соединительные устройства, предложенные корпорацией AMP, которые не требуют разрезания оболочки кабеля в точке присоединения, а просто прокалывают ее и изоляцию кабеля обеспечивая механическое и электрическое соединение как с оплеткой, так и с центральной жилой кабеля. Трансиверный кабель представляет собой гибкий многопроводный (многожильный) кабель диаметром около 10 миллиметров, содержащий четыре экранированные витые пары. Длина такого трансиверного кабеля достигает 50 метров, а более тонкого и гибкого офисного варианта -12,5 метров. Это обеспечивает достаточную свободу перемещения компьютеров внутри помещения. На концах трансиверного кабеля устанавливаются 15-контактные разъемы (DB-15P). Минимальный набор аппаратных средств для сети из одного сегмента на толстом кабеле включает в себя следующие элементы:

-сетевые адаптеры (по числу объединяемых в сеть компьютеров) с AUI разъемами;

-толстый коаксиальный кабель с разъемами N-типа на концах, общая длина которого достаточна для объединения всех компьютеров сети;

-трансиверные кабели с 15-контактными AUI разъемами на концах длиной от компьютера до толстого кабеля (по количеству компьютеров);

-трансиверы (по количеству компьютеров);

-два Barrel-коннектора N-типа для терминаторов на концах кабеля;

-один N-терминатор с заземлением;

-один N-терминатор без заземления.

В настоящее время аппаратура 10BASE-5 используется крайне редко, хотя иногда она еще применяется для организации базовой (Backbone) сети. Доля сетевых адаптеров с AUI разъемами не превышает сегодня 5%.

Аппаратура 10BASE2

Стандарт 10BASE2 регламентирует сегмент Ethernet на основе тонкого коаксиального кабеля с топологией шина длиной до 185 метров (около 200 метров — цифра 2 в названии сегмента). Этот тип сегмента появился позже, чем сегмент 10BASE5, как значительно более удобная и недорогая замена классическому варианту сети Ethernet.

Тонкий коаксиальный кабель отличается от толстого примерно вдвое меньшим диаметром (около 5 мм), большей гибкостью, простотой и удобством монтажа, меньшей себестоимостью. Сети на его основе получили существенно большее распространение. Тонкий кабель, как и толстый, имеет волновое сопротивление 50 Ом, для него используют такое же 50-омное оконечное согласование. Если толстый коаксиальный кабель необходимо закреплять, то тонкий кабель допустимо прокладывать навесным монтажом, что дает свободу перемещения компьютеров.

Самым большим недостатком тонкого коаксиального кабеля в сравнении с толстым является меньшая допустимая длина сегмента сети (до 185 метров). Самый распространенный тип тонкого коаксиального кабеля – это RG-58 A/U. Его электрические характеристики (помехозащищенность, затухание) несколько хуже, чем у толстого кабеля, что и определяет меньшую допустимую длину сегмента.

Аппаратное обеспечение для работы с тонким коаксиальным кабелем существенно проще, чем в случае с толстым кабелем. Кроме сетевых адаптеров используются только кабели соответствующей длины, разъемы, Т-коннекторы (тройники) и терминаторы (один с заземлением).

Между каждой парой абонентов (компьютеров) прокладывается отдельный кабель с двумя байонетными разъемами типа BNC на концах. Минимальное расстояние между компьютерами (минимальная длина кабеля) — 0,5 метра. Максимальное число абонентов на одном сегменте — не более 30.

На плате сетевого адаптера находится BNC-разъем, к которому подключается BNC T-коннектор, связывающий адаптер с двумя частями кабеля. Адаптер осуществляет гальваническую развязку, напряжение пробоя изоляции составляет около 150 вольт. Металлический корпус BNC-разъема гальванически развязан от корпуса компьютера.

Если необходимо увеличение протяженности сети используют репитеры. При использовании тонкого коаксиального кабеля, в соответствии со стандартом, возможно использовать не более пяти сегментов. Общая длина сети составит 925 метров, при этом потребуется четыре репитера. Набор оборудования для односегментной сети на тонком кабеле включает в себя следующие основные элементы:

— сетевые адаптеры (по числу объединяемых в сеть компьютеров);

— отрезки кабеля с BNC-разъемами на обоих концах, общая длина которых достаточна для объединения всех абонентов (компьютеров);

— BNC Т-коннекторы (по числу сетевых адаптеров);

— BNC терминатор с заземлением;

— BNC терминатор без заземления.

До недавнего времени оборудование 10BASE2 было самым популярным. Кабели, разъемы, адаптеры для нее выпускались практически всеми производителями, что приводило к периодическому снижению их стоимости.

Стандарт 10BASE-T регламентирует сегмент Ethernet с топологией пассивная звезда (Twisted-Pair Ethernet) на основе неэкранированных витых пар (UTP) категории 3 и выше. Это самый поздний стандарт Ethernet на основе электрического кабеля (разработан в 1990 году). Он считается наиболее перспективным, и практически вытеснил сегменты 10BASE2 и 10BASE5.

С одной стороны, он несколько дороже шинного сегмента 10BASE2, из-за необходимости использования концентратора (хаба). Кроме того, суммарное количество кабеля, необходимого для объединения такого же количества компьютеров, оказывается больше, чем в случае шинной топологии. С другой стороны, обрыв кабеля не приводит к отказу всей сети, а монтаж и диагностика неисправности такой сети гораздо проще. Кроме того, важно и то, что к каждому абоненту (компьютеру) подводится только один кабель, а не два, как в случае 10BASE2. Отсутствует необходимость применения терминаторов и заземления сети. Несомненным преимуществом 10BASE-T является то, что только этот стандарт из-за использования передачи «точка-точка» позволяет осуществлять переход с сети Ethernet на сеть Fast Ethernet.

В сегменте 10BASE-T передача происходит по двум витым парам проводов, каждая из которых передает данные только в одну сторону (одна пара является передающей, другая – принимающей). Кабелем, содержащим эти двойные витые пары, каждый из абонентов сети присоединяется к концентратору (хабу). Для получения древовидной структуры используют соединение нескольких таких концентраторов между собой. Помимо обычных портов для подключения абонентов концентратор имеет порт расширения «UpLink», который используется для соединения с концентратором более высокого уровня. Гальваническая развязка с сетью выполняется аппаратурой самих адаптеров и имеет напряжение пробоя изоляции 150 В.

Длина соединительного кабеля между концентратором и адаптером не должна менее 2,5 метра, максимальная длинна не более 100 метров, что часто накладывает ограничения на размещение компьютеров в помещении. Применяемый кабель достаточно гибкий, его диаметр около 6 мм. Используются только две витые пары из четырех пар, входящих в кабель. В настоящее время рекомендуется использовать более качественный кабель 5-ой категории, что позволяет модернизировать сеть до Fast Ethernet. Кабели присоединяются к концентратору и к адаптеру 8-контактными разъемами RJ-45. Монтаж, наладка и техническое обслуживание неэкранированных кабелей с витыми парами (UTP-кабелей) существенно проще, чем коаксиальных кабелей, так как у них отсутствует металлическая оплетка. Стоимость таких кабелей примерно вдвое ниже, чем у тонких коаксиальных, однако в случае топологии звезда расход кабеля значительно больше, чем при топологии шина.

В сети 10BASE-T используются два вида подключения проводов кабеля. В случае объединения в сеть только двух компьютеров, можно обойтись без концентратора, применив перекрестный кабель (crossover cable), который соединяет приемные контакты одного разъема RJ-45 с передающими контактами другого разъема RJ-45. Для соединения компьютеров с концентратором используется прямой кабель (direct cable), в котором соединяются между собой одинаковые контакты разъемов RJ-45. Минимальный набор оборудования для сети на витой паре состоит из:

— сетевых адаптеров (по числу объединяемых в сеть компьютеров), имеющих разъемы RJ-45;

— отрезков кабеля с разъемами RJ-45 на обоих концах (по числу объединяемых компьютеров);

— концентратора, который имеет столько UTP-портов с разъемами RJ-45, сколько необходимо объединить компьютеров.

Аппаратура 10BASE-FL

Широко применять оптоволоконный кабель в Ethernet начали относительно недавно. Его использование позволило существенно увеличить допустимую длину сегмента сети и помехоустойчивость передачи. Немаловажна также и полная гальваническая развязка компьютеров, которая достигается без применения дополнительного оборудования, в силу специфики среды передачи данных. Еще одно преимущество оптоволоконных кабелей состоит в возможности модернизации сети до Fast Ethernet без замены кабелей, так как пропускная способность оптоволокна позволяет достигнуть не только 100 Мбит/с, но и значительно более высоких скоростей передачи информации.

Сигналы передаются по двум оптоволоконным кабелям, передающим данные в противоположные стороны (как и в10BASE-T). Иногда используются специальные двухпроводные волоконно-оптические кабели, содержащие два кабеля в общей внешней оболочке. Вопреки распространенному мнению, стоимость оптоволоконного кабеля не слишком высока (она примерно соответствует стоимости тонкого коаксиального кабеля). Вместе с тем, в целом аппаратное обеспечение оказывается заметно дороже, так как требует применения дорогих оптоволоконных трансиверов.

Длина волоконно-оптических кабелей, соединяющих трансивер и концентратор, может достигать 2 километров без использования каких бы то ни было усилителей сигнала (ретрансляторов). Становится возможным объединение в локальную сеть абонентов (компьютеров), разнесенных территориально, находящихся в разных зданиях. В настоящее время чаще используется стандарт 10BASE-FL в котором применяется многомодовый кабель и свет с длиной волны 850 нанометров, однако имеется оборудование и для использования одномодового кабеля. В этом случае предельная длина сегмента увеличивается до 5 км.

Интегральные оптические потери в сегменте (в кабеле и разъемах) не должны превышать 12,5 дБ. Эти потери в кабеле составляют около 5 дБ на километр длины кабеля, а потери в разъеме 0,5-2,0 дБ (зависит от качества монтажа разъема). Только при таких величинах потерь можно гарантировать устойчивую связь на максимальной длине кабеля. На практике лучше использовать кабель с длинной на десять процентов меньше предельной (рекомендуется стандартом).

Волоконно-оптический стандартный кабель 10BASE-FL имеет на обоих концах оптоволоконные байонетные ST-разъемы. Набор оборудования для соединения оптоволоконным кабелем двух компьютеров состоит из:

— двух сетевых адаптеров с трансиверными разъемами;

— двух оптоволоконных трансиверов (FOMAU);

— двух оптоволоконных кабелей с ST-разъемами на концах;

— двух трансиверных кабелей.

Стандартные сегменты Fast Ethernet

Аппаратура 100BASE-TX

Стандарт Fast Ethernet IEEE 802.3u появился в 1995 году, его разработка в первую очередь была обоснована требованием увеличения скорости передачи данных. Переход с Ethernet на Fast Ethernet позволяет не только повысить скорость передачи, но и значительно отодвинуть границу перегрузки сети, поэтому его популярность постоянно растет.

При сравнении набора стандартных сегментов Ethernet и Fast Ethernet очевидно главное отличие – полный отказ в Fast Ethernet от коаксиального кабеля и шинных сегментов. Применяются только сегменты на витой паре и волоконно-оптические сегменты.

Стандарт 100BASE-TX регламентирует построение сети с топологией звезда и использованием сдвоенной витой пары. Схема объединения абонентов в сеть 100BASE-TX практически ничем не отличается от схемы по стандарту 10BASE-T. Однако, при таком соединении необходимо использование кабелей с неэкранированными витыми парами (UTP) 5-ой категории или выше, что связано с требуемой пропускной способностью кабеля. В настоящее время это самый популярный тип сети Fast Ethernet.

Аппаратура 100BASE-T4

Основным отличием аппаратуры 100BASE-T4 от 100BASE-TX является то, что передача производится по четырем, а не по двум неэкранированным витым парам (UTP). Схема объединения компьютеров в сеть ничем не отличается от 100BASE-TX. Абоненты (компьютеры) присоединяются к концентратору по схеме пассивная звезда, длина кабелей не превышает 100 метров (стандарт рекомендует 10-процентов запаса — 90 метров).

Аппаратура 100BASE-FX

Использование волоконно-оптического кабеля в сегменте 100BASE-FX позволяет значительно увеличить протяженность сети, а также избавиться от электрических помех и повысить секретность передаваемых данных.

Аппаратура 100BASE-FX очень близка к аппаратуре 10BASE-FL, здесь так же применяется та же топология с подключением компьютеров к концентратору с помощью двух разнонаправленных оптоволоконных кабелей.

Как и в случае сегмента 10BASE-FL, волоконно-оптические кабели подключаются к адаптеру и к концентратору при помощи разъемов типа SC, ST или FDDI. Разъемы ST имеют байонетный механизм, а для присоединения разъемов SC и FDDI достаточно просто вставить их в гнездо. Максимальная длина кабеля между компьютером и концентратором составляет 400 метров, причем это ограничение определяется установленными временными соотношениями, а не качеством кабеля.