Неэкранированная витая пара
Неэкранированная витая пара (спецификация 10BaseT) широко используется в ЛВС; максимальная длина сегмента составляет 100 м. Неэкранированная витая пара состоит из двух изолированных медных проводов. Существует несколько спецификаций, которые регулируют количество витков на единицу длины - в зависимости от назначения кабеля Пять категорий неэкранированной витой пары
- Категория 1.
Традиционный телефонный кабель, по которому можно передавать только речь, но не данные. - Категория 2.
Кабель, способный передавать данные со скоростью 4 Мбит/с. Состоит из четырёх витых пар. - Категория 3.
Кабель, способный передавать данные со скоростью 10 Мбит/с. Состоит из четырёх витых пар с девятью витками на метр. - Категория 4.
Кабель, способный передавать данные со скоростью 16 Мбит/с. Состоит из четырёх витых пар. - Категория 5.
Кабель, способный передавать данные со скоростью 4 Мбит/с. Состоит из четырёх витых пар медного провода.
Одной из потенциальных проблем для любых типов электрических кабелей являются перекрёстные помехи. Перекрёстные помехи - это электрические наводки, вызванные сигналами в смежных проводах. Неэкранированная витая пара особенно страдает от перекрёстных помех. Для уменьшения их влияния используют экран.
Экранированная витая пара
Кабель экранированной витой пары имеет медную оплетку, которая обеспечивает более надёжную защиту от помех, чем неэкранированная витая пара. Кроме того провода экранированной витой пары обмотаны фольгой. В результате экранированная витая пара прекрасно защищает передаваемые данные от внешних помех. Всё это означает, что экранированная витая пара, по сравнению с неэкранированной витой парой, меньше подвержена воздействию электрических помех и может передавать данные с более высокой скоростью и на большие расстояния. Для подключения витой пары к компьютеру используются разъёмы RJ-45, имеющие 8 контактов (надевается на каждый проводок восьмижильного кабеля).
Оптоволоконный кабель
В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов. Это относительно защищённый способ передачи, поскольку при нём не используются электрические сигналы. Оптоволоконные линии предназначены для передачи больших объёмов данных на очень высоких скоростях, так как сигнал в них практически не затухает и не искажается. Оптическое волокно - чрезвычайно тонкий стеклянный цилиндр, называемый жилой, покрытый слоем стекла, называемый оболочкой, с иным, чем у жилы, коэффициентом преломления (если лучик отразился от своей оси, то он полностью отражается без потерь, без рассеивания, т.о. не может покинуть жилу). Иногда оптоволокно производят из пластика. Пластик проще в монтаже, но он передаёт световые импульсы на меньшие расстояния по сравнению со стеклянным оптоволокном. Жёсткость кабеля увеличена покрытием из пластика, а прочность - волокнами из кевлара. Передача по оптоволоконному кабелю не подвержена электрическим помехам и ведётся на чрезвычайно высокой скорости (100 Мбит/с). По нему можно передавать импульс на многие километры.
| Характеристика | Тонкий коаксиальный кабель (10 Base2) | Витая пара(10 BaseT ) | Оптоволоконный кабель |
| Эффективная длина кабеля | 185 м | 100 м | 2 км |
| Скорость передачи | 10 Мбит/с | 4 - 100 Мбит/с | 100 Мбит и выше |
| Гибкость | Довольно гибкий | Самый гибкий | Не гибкий |
| Подверженность помехам | Хорошая защита от помех | Подвержен помехам | Не подвержен помехам |
| Особые свойства | Электронные компоненты дешевле, чем у витой пары | Тот же телефонный провод | Передаёт речь, видео и данные. |
Чем надёжнее защищён кабель от внешних и внутренних электрических помех, тем дальше и на большей скорости он сможет передавать данные. Но чем выше скорость передачи, качество и защищённость кабеля, тем выше и его стоимость.
Протокол TCP/IP
Идея открытой сетевой архитектуры была впервые высказана Робертом Каном в 1972 году, вскоре после того, как он начал работать в DARPA. Деятельность, которой занимался Кан, первоначально была частью программы разработки пакетных радиосетей, но впоследствии она переросла в полноправный проект под названием "Internetting". Ключевым для работоспособности пакетных радиосистем был надежный сквозной протокол, способный поддерживать эффективные коммуникации, несмотря на радиопомехи или временное затенение, вызванное особенностями местности или пребыванием в туннеле.
Для увеличения надежности связи информация делится на мелкие (стандарт -- 1400 байт) пакеты, каждый из которых содержит адрес, куда отправляется пакет. При наличии помехи на линии потребуется только заменить (переслать) только один пакет, а не весь файл.
Отличие такого подхода от реализованного ранее протокола UUCP заключается в том, что информация, которую надо передать, не ждет сеанса связи, а передается сразу же (можно сказать, что сеанс связи происходит ежесекундно). Р. Кан разработал новую версию протокола, удовлетворяющую требованиям окружения с открытой сетевой архитектурой. Этот протокол называется Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP - Протокол управления передачей/Межсетевой протокол).
Хотя в то время в Исследовательском центре компании Ксерокс в Пало Альто (Xerox PARC) уже велись работы над сетями Ethernet, массового распространения локальных сетей пока не предвиделось. О персональных компьютерах и рабочих станциях вообще не было речи. Первоначальную модель составляли сети национального уровня, такие как ARPANET; предполагалось, что подобных сетей будет относительно немного. В результате под IP-адрес было отведено 32 бита, из которых первые 8 битов обозначали сеть, а оставшиеся 24 бита - компьютер в сети.
Предположение о том, что в обозримом будущем окажется достаточно 256 сетей, очевидно, пришлось пересматривать с появлением локальных сетей в конце 1970-х годов. Сейчас IP-адрес содержит из 4 байта. Все множество номеров разбивают по блокам. Номера в одном блоке характеризуются одинаковым префиксом (часть цифр в адресе фиксируются, а остальные выбираются произвольно). Сколько цифр в адресе фиксировано определяется маской сети.
Протокол TCP используется в тех случаях, когда требуется надежная доставка сообщений. Он освобождает прикладные процессы от необходимости использовать таймауты и повторные передачи для обеспечения надежности. Наиболее типичными прикладными процессами, использующими TCP, являются FTP (File Transfer Protocol - протокол передачи файлов) и TELNET. Большие возможности TCP даются не бесплатно. Реализация TCP требует большой производительности процессора и большой пропускной способности сети. Прикладные процессы взаимодействуют с модулем TCP через порты.
Когда прикладной процесс начинает использовать TCP, то модуль TCP на машине клиента и модуль TCP на машине сервера начинают общаться. Эти два оконечных модуля TCP поддерживают информацию о состоянии соединения, называемого виртуальным каналом. Этот виртуальный канал потребляет ресурсы обоих оконечных модулей TCP. Канал является дуплексным; данные могут одновременно передаваться в обоих направлениях. Один прикладной процесс пишет данные в TCP-порт, они проходят по сети, и другой прикладной процесс читает их из своего TCP-порта. Протокол TCP разбивает поток байт на пакеты; он не сохраняет границ между записями. Например, если один прикладной процесс делает 5 записей в TCP-порт, то прикладной процесс на другом конце виртуального канала может выполнить 10 чтений для того, чтобы получить все данные. Но этот же процесс может получить все данные сразу, сделав только одну операцию чтения. Не существует зависимости между числом и размером записываемых сообщений с одной стороны и числом и размером считываемых сообщений с другой стороны. Протокол TCP требует, чтобы все отправленные данные были подтверждены принявшей их стороной. Он использует таймауты и повторные передачи для обеспечения надежной доставки. Отправителю разрешается передавать некоторое количество данных, не дожидаясь подтверждения приема ранее отправленных данных. Таким образом, между отправленными и подтвержденными данными существует окно уже отправленных, но еще неподтвержденных данных. Количество байт, которые можно передавать без подтверждения, называется размером окна. Как правило, размер окна устанавливается в стартовых файлах сетевого программного обеспечения. Так как TCP-канал является дуплексным, то подтверждения для данных, идущих в одном направлении, могут передаваться вместе с данными, идущими в противоположном направлении. Приемники на обеих сторонах виртуального канала выполняют управление потоком передаваемых данных для того, чтобы не допускать переполнения буферов.
Витая пара
Технические средства коммуникаций составляют кабели: экранированная и неэкранированная витая пара, коаксиальный, оптоволоконный, а также: коннекторы и терминаторы, сетевые адаптеры, повторители, разветвители, мосты, маршрутизаторы, шлюзы, а также модемы, позволяющие использовать различные протоколы и топологии в единой неоднородной системе. Всё вышеперечисленное составляет сетевое оборудование.
Что такое витая пара? Витая пара — это два изолированных провода, скрученных между собой. Раньше для Ethernet 10Base-T использовали кабель (AWG 24), имеющий две витые пары одна на прием и одна на передачу, в настоящее время большее применение (для Ethernet 10/100/1000Base-T) находит кабель, состоящий уже из 4-х пар. Для подключения витой пары к сетевому адаптеру используется разъем RJ-45. Обычно для соединения всех устройств ЛВС используется топология "звезда" каждый адаптер подключается к центральному коммутатору (хабу). Если коммутаторы могут объединяться друг с другом, то получается "древовидная" структура сети.
Различают несколько типов Ethernet, для каждого из которых имеется своя спецификация. В качестве физической среды для обмена информацией обычно используются: оптоволоконный кабель, экранированная витая пара (STP, FTP, SFTP, FFTP, SSTP) и неэкранированная витая пара (UTP). По спецификациям IEEE подобные сети Ethernet носят названия: 10Base-T (10 Мбит/с), 100Base-T/TX (100 Мбит/c) 1000Base-T (1Гбит/c). Витая пара классифицируется по частотным характеристикам: Cat.3 до 16МГц, используется в телефонии; Cat.5 до 100МГц применяется в ЛВС до 100Мбит/с; Cat.5e до 120МГц, Cat.6 до 250МГц, Cat.7до 600МГц - используются в ЛВС до 1000Мбит/с.
Длина одного сегмента кабеля, витая пара, может составлять до 90 м, на большие расстояния находит применение уже оптоволоконный кабель.
При прокладке сети в помещении на витой паре используются специальные розетки, к которым идет кабель от коммутатора. Компьютер подключается к ним с помощью дополнительного кабеля, патч-корда.
Наиболее известными во всем мире производителями витой пары являются торговые марки Signamax, Belden, Nexans. С продукцией этих компаний вы можете ознакомиться в каталоге нашего сайта.
При прокладке сети в помещении на витой паре используются специальные розетки, к которым идет кабель от хаба. Компьютер подключается к ним с помощью дополнительного кабеля.
Ethernet
Автор: Александр Приймак
Дата: 31/03/2001
История Ethernet
Днем рождения Ethernet можно считать 22 мая 1973 г., когда Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) и Дэвид Боггс (David Boggs) опубликовали докладную записку, в которой описывалась экспериментальная сеть, построенная ими в Исследовательском центре фирмы Xerox в Пало-Альто. При рождении сеть получила имя Ethernet, базировалась на толстом коаксиальном кабеле и обеспечивала скорость передачи данных 2,94 Мбит/с. В декабре того же года Меткалф опубликовал докторскую работу "Packet Communication" ("Пакетная связь"), а в июле 1976 г. Меткалф и Боггс выпустили совместный труд "Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer Networks" ("Ethernet: распределенная пакетная коммутация для локальных компьютерных сетей"). Таким образом, была создана теоретическая база для дальнейшего развития технологии. Ключевой фигурой в судьбе Ethernet становится Роберт Меткалф, который в 1979 г. для воплощения своих идей в жизнь создает собственную компанию 3Com, одновременно начиная работать консультантом в Digital Equipment Corporation (DEC). В DEC Меткалф получает задание на разработку сети, спецификации на которую не затрагивали бы патентов Xerox. Создается совместный проект Digital, Intel и Xerox, известный под названием DIX. Задачей консорциума DIX был перевод Ethernet из лабораторно-экспериментального состояния в технологию для построения новых систем, работающих с немалой на то время скоростью передачи данных 10 Мбит/с. Таким образом, Ethernet превращался из разработки Xerox в открытую и доступную всем технологию, что оказалось решающим в становлении его как мирового сетевого стандарта. В феврале 1980 г. результаты деятельности DIX были представлены в IEEE, где вскоре была сформирована группа 802 для работы над проектом. Ethernet закреплял свои позиции в качестве стандарта. Для успешного внедрения технологии важное значение сыграли дальнейшие шаги "родителей" Ethernet по взаимодействию с другими производителями чипов и аппаратного обеспечения - так, например, группа разработчиков Digital представила чип Ethernet и исходные тексты его программного обеспечения компаниям Advanced Micro Devices (AMD) и Mostek. В результате возможность производить совместимые чипсеты Ethernet получили и другие компании, что сказалось на качестве железа и снижении его стоимости. В марте 1981 г. 3Com представила 10 Мбит/с Ethernet-трансивер, а в сентябре 1982 г. - первый Ethernet-адаптер для ПК. После выхода первых изделий, в июне 1983 г. IEEE утвердил стандарты Ethernet 802.3 и Ethernet 10Base5. В качестве среды передачи предусматривался "толстый" коаксиальный кабель, а каждый узел сети подключался с помощью отдельного трансивера. Такая реализация оказалась дорогостоящей. Дешевой альтернативой с применением менее дорогого и более тонкого коаксиального кабеля, стал 10Base2 или ThinNet. Станции уже не требовали отдельных трансиверов для подключения к кабелю. В такой конфигурации Ehternet начал победное шествие по просторам экс-СССР. Главными его преимуществами была простота развертывания и минимальное количество активного сетевого оборудования. Сразу же определились и недостатки. На время подключения новых станций приходилось останавливать работу всей сети. Для выхода сети из строя достаточно было обрыва кабеля в одном месте, поэтому эксплуатация кабельной системы требовала от технического персонала проявлений прикладного героизма. Следующим шагом развития Ethernet стала разработка стандарта 10Base-T, предусматривавшего в качестве среды передачи неэкранированную витую пару (Unshielded Twisted Pair - UTP). В основу этого стандарта легли разработки SynOptics Communications под общим названием LattisNet, которые относятся к 1985 г. В 10Base-T использовалась топологии "звезда", в которой каждая станция соединялась с центральным концентратором (hub). Такой вариант реализации устранял необходимость прерывания работы сети на время подключения новых станций и позволял локализовать поиск обрывов проводки до одной линии концентратор-станция. Производители получили возможность встраивать в концентраторы средства мониторинга и управления сетью. В сентябре 1990 г. IEEE утверждает стандарт 10Base-T.
Здесь вам не Англия - копать надо глубже!
Военная мудрость
Ethernet 10Base5
Спецификация Ethernet 10Base5 предусматривает выполнение следующих условий:
· Среда передачи - "толстый" около 12 мм в диаметре коаксиальный кабель (RG-8 или RG-11) с волновым сопротивлением 50 Ом.
· Длина кабеля между соседними станциями не менее 2,5 м.
· Максимальная длина сегмента сети не более 500 метров.
· Общая длина всех кабелей в сегментах не более 2,500 метров.
· Общее число узлов на один сегмент сети не более 100.
· Сегмент оканчивается терминаторами, один из которых должен быть заземлен.
· Ответвительные кабели могут быть сколь угодно короткими, но расстояние от трансивера до адаптера не более 50 метров.
· В идеальном случае расстояние между соседними станциями должно быть кратно 2,5 м. Некоторые кабели имеют соответствующую маркировку через каждые 2,5 м для облегчения соблюдения этого условия.
Наибольшее распространение получило подключение трансивера к кабелю при помощи разъемов, имеющих веселенькое название "вампиры" (это из-за того, что при подключении разъем прокалывает кабель до центральной жилы). Подключение производится без остановки работы сети, в отличие от подключения через N-коннектор. Кабели в сегменте должны браться с одной катушки кабеля, что обеспечивает одинаковые электрические параметры всех подключаемых отрезков.
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.
Base2
Ограничения по спецификации 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.
Сеть Ethernet 10Base2 часто называют "тонкой Ethernet" или Thinnet из-за применяемого кабеля. Это одна из самых простых в установке и дешевых типов сетей. Топология сети - общая шина. Кабель прокладывается вдоль маршрута, где размещены рабочие станции, которые подключаются к сегменту при помощи Т-коннекторов. Отрезки сети, соединяющие соседние станции, подключаются к T-коннекторам при помощи BNC-разъемов. Для соединения двух отрезков кабеля применяются I-коннекторы. В сети не более 1024 станций. Сейчас 10base2 применяется в "домашних" сетях.
Правила построения сетей, использующих физическую топологию "общая шина".
В этом случае действует правило 5-4-3, т.е.:
· 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.
Base-T
Соответствует стандарту IEEE 802.3i, принятому в 1991 г.
Ограничения спецификации Ethernet 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.
В сети 10Base-Т термин "сегмент" применяют к соединению станция-концентратор. Дополнительные расходы в 10Base2, связанные с необходимостью наличия концентратора и большим количеством кабеля, компенсируются большей надежностью и удобством эксплуатации. Индикаторы, присутствующие даже на самых простых концентраторах, позволяют быстро найти неисправный кабель. Управляемые модели концентраторов способны осуществлять мониторинг и управление сетью. Совместимость кабельной системы со стандартами Fast Ethernet увеличивает пропускную способность без изменения кабельных систем. Для оконцовки кабеля применяются восьмиконтактные разъемы и розетки RJ-45.
Base-F
Среда передачи данных стандарта 10Base-F - оптоволокно. В стандарте повторяется топология и функциональные элементы 10Base-T: концентратор, к портам которого с помощью кабеля подключаются сетевые адаптеры станций. Для соединения адаптера с повторителем используется два оптоволокна - одно на прием, второе на передачу.
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"
Правило 5-4-3 можно интерпретировать в этом случае следующим образом:
· 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;
В смешанных сетях могут быть исключения из этого правила - например, если один из хабов поддерживает не только витую пару, но и оптоволоконный кабель, то допустимое число каскадируемых концентраторов увеличивается до 5.
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.