Мобильная телефонная система. Локальная сеть Ethernet

Под логическим кабельным сегментом (иногда называемым областью столкновений) подразумевается один или несколько кабельных сегментов, объединенных повторителями. Анализ столкновений является одним из средств эффективной диагностики сети. Локальные столкновения (столкновения на сегменте, к которому непосредственно подключена рабочая станция) порождают укороченные пакеты-фрагменты (ведь их передача прерывается) с длиной менее 64 октетов. Большинство трансиверов и репитеров имеют на своих передних панелях индикаторы столкновений. В процессе пересылки столкнувшихся пакетов и за время передачи сигнала jam другие узлы могли захотеть что-то передать. Если таких узлов больше одного, то это приведет к синхронизации начала передачи этими узлами и к увеличению вероятности столкновения. Практически такую "синхронизацию" может осуществить любой достаточно длинный пакет. Такая синхронизация является причиной "коллапса" сети при большой загрузке.

Обойти проблему роста вероятности столкновений в сети можно, исключив из сети повторители и строя сеть исключительно на основе переключателей и маршрутизаторов, работающих в полнодуплексном режиме.

6. Передача сигналов

Коллизии

Компьютер 1 послушал сеть (свободна!) и начал передачу пакета:

Сигнал не успел дойти до компьютера 5, когда тот тоже начал передачу, решив что сеть свободна:

Понятно, что через некоторое время в сети произойдёт наложение сигналов. Такая ситуация называется коллизией.

Когда передающая станция обнаружит несовпадение переданного в сеть сигнала с полученным из сети, она фиксирует коллизию и обрывает передачу пакета согласно протоколу Ethernet.

И компьютер 1, и компьютер 5 обрывают передачу, обнаружив коллизию.

Коллизия в сети Ethernet не является исключительным событием -- это обычная рабочая ситуация.

Вопрос в том, как долго ждать узлу, чтобы попытаться вновь передать в сеть испорченный коллизией пакет? Если ждать фиксированный промежуток времени, то коллизия со 100% вероятностью возникнет вновь (компьютеры 1 и 5 одновременно возобновят передачу, если одновременно прервали её из-за коллизии).

В протоколе Ethernet пауза после обнаружения коллизии выбирается из интервала от 0 до 52,4 мс случайным образом.

Как это не покажется странным, именно случайная пауза после коллизии обеспечивает работоспособность сети Ethernet. Этот простейший механизм обработки коллизий был предложен в далёких 70-х годах и успешно работает до сих пор!

Диаметр сети

Что произойдёт, если кабель длинный, а пакет маленький?

Коллизия может возникнуть после того, как узел завершит передачу пакета.

На рисунке показана именно такая ситуация. Коллизия происходит, когда узел 1 закончил передачу пакета:

Такая коллизия называется поздней. При поздней коллизии пакет пропадает безвозвратно (узел 1 считает, что передача пакета произошла успешно и удаляет его из своей буферной памяти).

Для нормальной работы сети необходимо, чтобы передающая станция могла обнаружить коллизию до того, как закончит передачу пакета в сеть. Такая коллизия называется ранней. При ранней коллизии узел передаёт испорченный пакет заново после случайной паузы.

Для предотвращения поздних коллизий приходится ограничивать длину кабеля величиной, при которой время передачи пакета наименьшей длины (64 байт) было бы больше удвоенного времени прохождения сигнала по всей длине кабеля.

Почему в расчёт берётся удвоенная длина кабеля?

Пусть узел 1, расположенный на одном конце кабеля, начал передачу пакета. Передача должна продолжаться всё время, за которое первый переданный сигнал достигнет узла 5 на противоположном конце кабеля и вернётся назад, искажённый коллизией (ведь может случиться, что узел 5 начнёт свою передачу за мгновение до прихода к нему сигнала от узла 1). То есть необходимо учитывать прохождение сигнала по удвоенной длине кабеля.

Ограничение диаметра сети Ethernet величиной 2 500 м как раз и основано на расчёте такой длины кабеля, при которой в сети не могла бы возникнуть поздняя коллизия, даже при передаче самого короткого пакета между двумя крайними станциями. Стандарт называет величину 2 500 м с хорошим запасом (более чем в три раза).

При передаче сигнала по кабелю возникает его ослабление (затухание). Приходится делить кабель на сегменты и соединять их между собой повторителями.

Повторитель (repeater) -- это простое электронное устройство (без всякого программного обеспечения), которое усиливает сигнал при передаче его из одного сегмента кабеля в другой.

На рисунке показана сеть, в которой кабель состоит из трёх сегментов, соединённых двумя повторителями:

Для разного типа кабеля стандарт определяет разные величины для максимальной длины сегмента:

Тип кабеля	Максимальная длина сегмента
Толстый коаксиальный кабель RG-8 или RG-11 (толстый коаксиал)	500 м
Тонкий коаксиальный кабель RG-58 (тонкий коаксиал)	185 м
Неэкранированная витая пара	100 м
Волоконно-оптический кабель	2000 м

Стандарты физической среды

В зависимости от типа используемого кабеля, технология Ethernet предусматривает несколько вариантов стандарта, основанных на свойствах физической среды передачи данных.

10Base-5 -- коаксиальный кабель диаметром 0,5 дюйма, называемый “толстым”.

10Base-2 -- коаксиальный кабель диаметром 0,25 дюйма, называемый “тонким”.

10Base-T -- неэкранированная витая пара.

10Base-F -- волоконно-оптический кабель.

Число 10 в указанных обозначениях обозначает битовую скорость передачи в этих стандартах -- 10 Мбит/с.

Стандарт 10Base-5

В качестве передающей среды используется коаксиальный кабель диаметром 0,5 дюйма.

Кабель такой “толстый”, что в отличие от стандарта 10Base-2 (с кабелем диаметра 0,25 дюйма), его сложно подсоединять непосредственно к сетевому адаптеру компьютера. Поэтому “толстый” коаксиал соединяют с адаптером при помощи трансивера и дополнительного соединительного шнура на витых парах (длиной до 50 м).



Трансивер -- это не просто механический соединитель (как Т-образный разъем для тонкого коаксиала). Фактически, трансивер -- это часть сетевого адаптера, вынесенного прямо на кабель. С кабелем трансивер обычно соединяется методом прокалывания.

Сети по этому стандарту строятся по топологии общая шина, которую иллюстрируют все приведенные выше рисунки. Кабель делится на сегменты, длиной не более 500 метров. Сегменты соединяются между собой повторителями.

К одному сегменту допускается подключение не более 100 станций, причём подключение выполняется в специально промаркированных точках на кабеле (маркеры располагаются через каждые 2,5 м).

Стандарт разрешает использовать в сети не более 4 повторителей и, соответственно, не более 5 сегментов кабеля (получается, что максимальный диаметр сети 10Base-5 не превышает 2500 м).

Только 3 сегмента из 5 могут быть нагруженными (с подключёнными рабочими станциями). Между нагруженными сегментами должны быть ненагруженные. Максимальная конфигурация сети 10Base-5 показана на рисунке:

Говорят, что сеть Ethernet 10Base-5 строится по правилу 5-4-3: пять сегментов, четыре повторителя, три нагруженных сегмента.

Так как одно подсоединение к кабелю в сегменте занято повторителем, то для рабочих станций остаётся 99 кабельных маркеров. Таким образом, в такой сети может работать 99 х 3 = 297 компьютеров.

Стандарт 10Base-2

В качестве передающей среды используется коаксиальный кабель диаметром 0,25 дюйма, более дешёвый, но имеющий худшие характеристики.

Топология: общая шина.

Ниже показан вид Т-образного разъёма. Он подключается к сетевой карте и соединяет фрагменты кабеля:

По-прежнему работает правило 5-4-3: пять сегментов, четыре повторителя, три нагруженных сегмента.

Ниже приводится сравнительная таблица стандартов, основанных на “толстом” и “тонком” коаксиальном кабеле.

	10Base-5	10Base-2
Максимальная длина сегмента	500 м	185
Максимальная диаметр сети	2500 м	925 м
Маркировка подсоединений	через 1,5 м	через 1 м
Число узлов для одного сегмента	100	30

Стандарт 10Base-T

Среда передачи -- две неэкранированные витые пары, то есть 4 проводника, скрученных попарно между собой. Одна пара работает на приём, другая на передачу.

Соединение узлов топологически выглядит как звезда, в центре которой расположен хаб (hub, буквально -- ступица колеса). Другие названия хаба: многопортовый повторитель, концентратор.

Сетевой кабель подсоединяется к хабу при помощи портов (соединительных разъёмов):

На рисунке показана сеть с хабом, у которого четыре порта. К каждому порту подсоединён сетевой адаптер рабочей станции.



Несмотря на то, что физические соединения в изображённой сети образуют звезду, принципиально она не отличается от сети с общей шиной: хаб объединяет компьютеры общей разделяемой средой. Говорят, что физическая топология сети -- звезда, логическая -- общая шина.

Сигнал, полученный с одного порта, транслируется на все другие порты (кроме порта, с которого он получен), и сеть работает по прежнему протоколу:

Если в сети “тишина”, можно начать передачу пакета.

Если обнаружена коллизия, нужно прекратить передачу.

Через случайную паузу нужно повторить передачу испорченного пакета.

Стандарт определяет длину сегмента (длину кабеля от станции до хаба) не более 100 метров.

Сеть можно расширить, соединяя хабы между собой (при помощи тех же портов) в древовидную структуру:

Но и в этой сети по-прежнему одна разделяемая среда, то есть логически она работает, как общая шина по старому алгоритму. Говорят, что вся сеть представляет собой один домен коллизий (все узлы этой сети конкурируют за общую разделяемую среду передачи).

Построение сети в виде дерева, листья которого -- рабочие станции (или сервера), а остальные узлы -- хабы, удобно на практике.

Разрыв сети на отдельной ветви не мешает работе других ветвей дерева (в отличие от соединений по общей шине) и, кроме того, иерархия соединений может повторять иерархию пользователей сети или их пространственного положения.

На рисунке, расположенном ниже, приведёна схема школьной сети Ethernet в которой к корневому школьному хабу подсоединены хабы трёх компьютерных классов и две рабочих станции -- один компьютер в кабинете директора, другой в учительской.

В стандарте 10Base-T работает правило 4 хабов: максимальное количество хабов между любыми двумя станциями сети не должно быть больше четырёх (иначе сеть работать не будет из-за поздних коллизий).

Общее количество станций в сети 10Base-T не должно превышать числа 1024. Это количество, прописанное в стандарте, определяет предельную нагрузку сети, при которой она ещё будет функционировать, несмотря на обилие возможных коллизий.

Ниже показан пример сети, в которой это количество станций может быть достигнуто:



Из правила 4 хабов следует, что в сети 10Base-T между любыми двумя станциями не может быть более 5 сегментов. Получается, что максимальный диаметр такой сети не превышает 5 х 100 = 500 м.

Диаметр сети может быть существенно увеличен, если в качестве соединительного устройства использовать не хаб, а коммутатор. Другие названия этого устройства: мост (bridge), переключатель (switch).

Коммутатор своими портами разбивает сеть на несколько частей, в каждой из которых -- свой домен коллизий.

Происходит так потому, что коммутатор, в отличие от хаба, не транслирует полученный пакет на другие порты, если получатель находится на том же самом порту, с которого получен пакет.

Сеть 1 на рисунке построена полностью на хабах. Пакет от узла A для узла B будет распространяться хабами по всем направлениям и достигнет всех узлов этой сети. При этом передача, начатая любым другим узлом (например, C), может испортить пакет A (возникнет коллизия). Сеть 1 образует один домен коллизий.

В сети 2 корневой хаб заменён коммутатором. Пакет от узла A для узла B не будет передан коммутатором на порт 2 и не может быть причиной коллизии в подсети с хабом 2. Сеть 2 образует два домена коллизий. Правило 4 хабов будет работать отдельно для двух её частей. Получается, что сети с коммутаторами можно строить очень большого диаметра, без угроз поздних коллизий и длительного ожидания паузы для начала передачи.

А что произойдёт, когда узел A передаёт пакет для узла C в сети с коммутатором? Коммутатор обязан передать этот пакет в порт 2. Он сделает это по алгоритму работы рабочей станции. То есть дождётся тишины в этой подсети, затем начнёт передачу. Если какой то узел в подсети 2 тоже начнёт посылку, возникнет коллизия, но она останется внутренним делом второго домена и не выйдет за его пределы.

Возникает вопрос: откуда коммутатор знает, что узел B подключён к порту 1 (и пакет к нему из порта 1 не надо транслировать на другие порты), а узел C подключён к порту 2 (и пакет к нему из порта 1 надо транслировать на порт 2)?

В отличие от хаба, коммутатор обладает “интеллектом” (микропроцессором с программным обеспечением), который позволяет ему автоматически строить таблицу соответствий между узлами и портами (таблицу маршрутизации) и использовать её при своей работе.

Рассмотрим алгоритм работы коммутатора на примере сети, изображённой на рисунке:



В начальный момент (при включении питания) таблица маршрутизации коммутатора пуста.

Пусть, узел A передаёт пакет для узла B. Пакет содержит не только адрес получателя, но и адрес отправителя. Когда пакет приходит на порт 1, коммутатор делает в таблице первую запись:

Адрес узла	Порт, по которому находится узел
A	1

Теперь коммутатор ищет в таблице строчку для узла B, чтобы решить, что делать с пакетом: игнорировать, если B расположен на том же порту, что и A, или транслировать пакет в порт, к которому подключён B.

Строки с узлом B в таблице ещё нет. Коммутатор вынужден работать как хаб: он транслирует пакет к неизвестному адресату на все порты, кроме того порта, с которого пакет получен, то есть на порты 2 и 3.

Пусть теперь узел F передаёт пакет для узла A.

В таблице появляется новая строка:

Адрес узла	Порт, по которому находится узел
A	1
F	3

Коммутатор находит в таблице порт получателя и передаёт пакет в порт 1.

Таким образом, заполняется таблица маршрутизации, и коммутатор, начав как обычный хаб, быстро обучается, повышая свою “квалификацию”.

Ещё большим интеллектом обладает устройство под названием маршрутизатор (другое название -- роутер, от английского слова router).

Это устройство позволяет строить сети с ячеистой топологией и коммутировать в ней пакеты, выбирая наиболее рациональные маршруты.

Стандарт 10Base-F

В качестве единой разделяемой среды передачи используется оптоволоконный кабель.

Сеть 10Base-F строится по тем же правилам и из тех же элементов, что и сеть 10Base-T.

По-прежнему работает правило 4 хабов для одного домена коллизий.

Максимальная длина сегмента сети -- 2000 м. Максимальный диаметр одного домена коллизий -- 2500 м. Максимальное число рабочих станций в нём -- 1024.

Fast Ethernet

Скорость передачи данных в сетях, построенных по этому стандарту -- 100 Мбит/c.

Логика работы сетей Fast Ethernet и Ethernet совершенно одинаковая. Все отличия лежат на физическом уровне построения сети.

В 10 раз увеличилась скорость передачи сигнала, значит, в 10 раз должен уменьшиться максимальный диаметр одного разделяемого сегмента (чтобы избежать в нём поздних коллизий).

Признаком свободного состояния среды в Fast Ethernet является передача специального символа простоя источника (а не отсутствие сигнала, как в стандарте классической Ethernet).

Коаксиальный кабель исключён из списка разрешённых сред передачи. Стандарт Fast Ethernet установил три спецификации:

100Base-TX -- неэкранированная или экранированная витая пара (две пары в кабеле).

100Base-T4 -- неэкранированная витая пара (четыре пары в кабеле).

100Base-FX -- волоконно-оптический кабель (с двумя волокнами).

Максимальные длины для кабельных сегментов приводятся в таблице:

Стандарт	Максимальная длина сегмента кабеля
100Base-TX	100 м
100Base-T4	100 м
100Base-FX	412 м (полудуплекс), 2 км (дуплекс)

(Полудуплексный канал работает на передачу и приём по очереди, а дуплексный -- одновременно).

Правило 4 хабов для Fast Ethernet превращается в правило одного или двух хабов (в зависимости от класса хаба).

100Base-TX

Среда передачи -- 2 витых пары в одной общей оболочке.

100Base-T4

Среда передачи -- 4 витых пары в одной общей оболочке.

Три пары используются для параллельной передачи сигнала со скоростью 33,3 Мбит/с (всего получается 100 Мбит/с ), четвёртая пара всегда “слушает” сеть на предмет обнаружения коллизий.

100Base-FX

Среда передачи -- оптоволоконный кабель с двумя волокнами.

Gigabit Ethernet

Скорость передачи данных в сетях, построенных по этому стандарту -- 1000 Мбит/c.

Поддерживаются кабели, используемые в Fast Ethernet: волоконно-оптический, витая пара.

Для предотвращения поздних коллизий длина сегмента кабеля должна уменьшиться в 10 раз по сравнению со стандартом Fast Ethernet, но это было бы неприемлемо. Вместо этого в технологии Gigabit Ethernet увеличена длина минимального пакета с 64 байтов до 512 байт и, кроме того, разрешено передавать несколько пакетов подряд (общий размер -- не более 8192 байт). Конечно, это увеличивает ожидание паузы для начала передачи, но на скорости 1000 Мбит/c эта задержка не слишком существенна.

Для поддержки заявленной скорости передачи, в технологии Gigabit Ethernet применяются и некоторые другие технические решения, но структура сети остаётся прежней:

дерево разделяемых сред;

для соединения узлов в одном домене коллизий используются хабы;

коммутаторы и маршрутизаторы соединяют домены коллизий.

10G Ethernet

Скорость передачи данных в сетях, построенных по этому стандарту -- 10 000 Мбит/c.

Технология построения сети 10G Ethernet принципиально отличается от других Ethernet-технологий.

Сети 10G Ethernet -- это сети с коммутацией пакетов.

Если в сетях с разделяемыми средами пакет, переданный одной станцией, поступает на все другие станции, то в коммутируемых сетях пакет следует от передающей станции к станции назначения по маршруту, который уточняется по мере продвижения пакета от одного маршрутизатора к другому.

Сеть с разделяемыми средами, построенная только на хабах и коммутаторах, должна иметь строго иерархическую структуру: на схеме соединений не должно быть циклов.

Сеть, приведённая на рисунке, имеет иерархическую структуру. Между любыми двумя узлами существует ровно один путь, например, путь от А к Б пролегает через узлы: А-2-1-3-5-Б:

На следующем рисунке показана сеть с циклом. Между узлами А и Б теперь имеются два пути: А-2-1-3-5-Б и А-5-Б:

Сети с коммутацией пакетов могут иметь ячеистую структуру, в которой между двумя станциями может существовать два и более вариантов прохождения пакета.

Ячеистые сети более надежны: если один маршрут перестаёт работать по техническим причинам, для доставки пакета выбирается другой.

Сети с коммутацией пакетов имеют бульшую пропускную способность по сравнению с сетями на разделяемых средах (пакеты не транслируются во все стороны, а следуют строго к пункту назначения; станции передают, не дожидаясь тишины в сети).

В качестве проводящей среды в сетях 10G Ethernet используют оптоволоконный кабель и кабель с витыми парами.

Длина сегмента оптического кабеля может достигать 40 км, а длина сегмента витой пары -- 100 м. Причина ограничения длины кабеля теперь не в поздних коллизиях (при коммутации пакетов коллизий не бывает), а в затухании сигнала при его прохождению по кабелю.

7. Топология сети

Локальная сеть (LAN) представляет собой соединение нескольких PC с помощью соответствующего аппаратного и программного обеспечения.

Существует несколько основных топологий сети, т.е. физического расположения компьютеров, кабелей и других компонентов:

	Шина (bus) - компьютеры подключены вдоль одного кабеля (сегмента)
	Звезда (star) - компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки, или концентратора (hub)
	Кольцо (ring) - компьютеры подключены к кабелю, замкнутому в кольцо. В настоящее время часто используются комбинированные топологии

При выборе подходящей топологии необходимо учитывать следующее

Топология	Преимущества	Недостатки
Шина	Экономный расход кабеля. Сравнительно недорогая и несложная в использовании среда передачи данных. Простота построения. Сеть легко расширяется.	При значительных объемах трафика уменьшается пропускная способность сети. Трудно локализовать проблемы. Выход из строя кабеля останавливает работу многих пользователей.
Звезда	Легко модифицировать сеть, добавляя новые компьютеры. Централизованный контроль и управление. Выход из строя одного компьютера не влияет на работоспособность сети.	Выход из строя центрального узла выводит из строя всю сеть.
Кольцо	Все компьютеры имеют равный доступ. Количество пользователей не оказывает значительного влияния на производительность.	Выход из строя одного компьютера может вывести из строя всю сеть. Трудно локализовать проблемы. Изменение конфигурации сети требует остановки всей сети.

Сетевые адаптеры

PC подключается в сеть с помощью сетевой карты, которая устанавливается в один из свободных слотов материнской платы. Сетевые карты являются посредниками между PC и сетью и передают данные по системе шин к CPU и RAM сервера или рабочей станции. Большинство сетевых карт имеют гнездо для установки микросхемы ПЗУ удаленной загрузки (Remote Boot ROM), что необходимо для бездисковых станций.

Выпускаются 16- и 32-разрядные сетевые карты для различных компьютерных архитектур: ISA, EISA, PCI, MCA.

На внешней стороне карты имеются разъемы для подключения кабелей:

BNC - разъем для подключения тонкого коаксиального кабеля Ethernet (RG-58) (сетевая среда 10Base2)

AUI - разъем для подключения толстого кабеля Ethernet (сетевая среда 10Base5)

RJ-45 (UTP) - разъем для подключения витой пары (сетевая среда 10BaseT, 100BaseTX)

ST - разъем для подключения опто-волоконного кабеля (сетевая среда 10BaseFX, 100BaseFX)

Сетевые карты бывают 16- и 32-разрядными и имеют исполнение для различных компьютерных архитектур: ISA, EISA, PCI, MCA

Кабели

В сети данные передаются по кабелям, соединяющим отдельные компьютеры различным образом в зависимости от топологии и вида сети (Ethernet, Arcnet, Token Ring). Витая пара- это два изолированных медных провода, скрученных между собой. Для Ethernet используется 8-жильный кабель, т.е. состоящий физически из 4-х витых пар. При этом различают неэкранированный (UTP) и экранированный (STP) кабели. Разъем соответствует стандарту RJ-45.

Коаксиальный кабель состоит из центрального проводника (одножильного или многожильного) и внешней экранирующей оплетки. Для Ethernet применяют кабель с волновым сопротивлением 500м. Существуют два варианта реализации Ethernet на коаксиальном кабеле: на тонком кабеле и на толстом. Для Ethernet на тонком кабеле рекомендуется использовать кабель RG-58. Толстый кабель "Yellow Ethernet" по своим показателям значительно превосходит тонкий.

Оптоволоконный кабель (ВОК), проводящий световые волны, состоит из двух проводов, причем каждый из них может передавать данные только в одном направлении. Этот кабель изготовлен из стекла (или пластика), покрытого материалом, отражающим свет, и оболочкой из различных термопластических материалов. ВОК может быть одномодовым и многомодовым. Лазер или светодиод испускает пульсирующий пучок света в торец стеклянного сердечника, расположенного на одном конце кабеля.

Этот пучок распространяется по кабелю в одномодовом или многомодовом режиме, который зависит от физических свойств ВОК. Оптическое волокно одномодового кабеля имеет сечение от 8 до 10 мкм, многомодового - 62,5 мкм, может варьироваться в пределах от 50 до 100 мкм. На другом конце кабеля установлен приемник, преобразующий импульсы света в электрический сигнал. Такие кабели обладают многими замечательными свойствами: они невосприимчивы к электромагнитному радиочастотному излучениям, позволяют передавать данные с очень высокой скоростью. Однако ВОК все еще значительно дороже медного кабеля, а установка требует участия специалистов очень высокой квалификации.

Максимальная длина сегмента кабеля

Витая пара - 100 м

Тонкий коаксиальный кабель - 185 м (максимальная длина кабелей всей сети при использовании дополнительного оборудования может достигать 925 м)

Толстый коаксиальный кабель - 500 м (общая длина кабелей сети при использовании специальных усилителей может составлять 2500 м)

Оптоволоконный кабель одномодовый -10 км

Оптоволоконный кабель многомодовый - 2 км

Стандарты Ethernet

Ethernet	Fast Ethernet	Gigabit Ethernet
10Base2 - сетевая среда с использованием тонкого коаксиального кабеля, однополосный режим, скорость передачи данных 10 Мбит/с, топология - шина	100BaseTX - сетевая среда с использованием неэкранированной витой пары 5 кат, скорость передачи данных 100 Мбит/с, топология -звезда	1000Base-SX 850 nm лазерный источник и многомодовое оптоволокно (не более 300 м (волокно 62,5 мкм) и 550 м (волокно 50 мкм)).
10Base5 - сетевая среда с использованием толстого коаксиального кабеля, однополосный режим, скорость передачи данных 10 Мбит/с, топология - шина
		1000Base-LX 1300 nm лазерный источник и одномодовое оптоволокно (не более 3000 м)
10BaseT - сетевая среда с использованием неэкранированной витой пары 3,4,5 кат., однополосный режим, скорость передачи данных 10 Мбит/с, топология -звезда	100BaseFX - сетевая среда с использованием волоконно-оптического кабеля, скорость передачи данных 100 Мбит/с, топология - звезда
		1000Base-CX двухпроводный экранированный кабель STP (Экранированная витая пара), (не более 25 м)



Примеры кодировки с использованием манчестерского кода

Алгоритм доступа CSMA/CD

Блок-схема реализации алгоритма доступа к сетевой среде CSMA/CD

Метод CSMA/CD создает неопределенность времени доступа к сети, что делает ее неудобной для решения некоторых задач управления в реальном масштабе времени, где требуется малое время реакции системы на внешнее воздействие.

Схема некоторых возможных вариантов подключения рабочих станций к Ethernet

Учитывая эту особенность Ethernet, создатели сетей должны ориентироваться не на предельно допустимые длины сегментов (потом пригодится), а на минимально необходимые длины. Чем меньше длина логического сегмента, тем меньше вероятность столкновения и тем больше его реальная пропускная способность (меньше длина домена (RTT)). А еще лучше - исключите из пользования повторители.

При диагностировании сетей не всегда под руками может оказаться настоящий сетевой тестер типа Wavetek, и часто приходится довольствоваться обычным авометром. В этом случае может оказаться полезной таблица, где приведены удельные сопротивления используемых сетевых кабелей. Произведя измерение сопротивления сегмента, вы можете оценить его длину.

мобильный локальный еthernet коммутатор

Таблица: Сопротивление кабеля по постоянному току (Handbook of LAN Cable Testing. Wavetek Corporation, California)

Коаксиал	Ом/сегмент	Максимальная длина сегмента
10base5	5	500 м
10base2	10	185 м
Скрученная пара	Ом/100 м
24 awg	18,8
22 awg	11,8

Данные, приведенные в таблице, могут использоваться для оперативной предварительной оценки качества кабельного сегмента (соответствует стандарту EIA/TIA 568, 1991 год).

Помимо уже описанных модификаций сетей ethernet в последнее время получили распространение сети для частот 100 Мбит/с, которые базируются на каналах, построенных из скрученных пар или оптоволоконных кабелей. Оптические связи используются и в обычном 10-мегагерцном ethernet (10base-FL).

Оптоволокнонная версия Ethernet

Оптоволоконная версия Ethernet привлекательна при объединении сегментов сети, размещенных в различных зданиях, при этом увеличивается надежность сети, так как ослабляется влияние электромагнитных наводок, исключается влияние различия потенциалов земли этих участков сети. Облегчается переход от 10- к 100-мегагерцному Ethernet, также можно использовать уже имеющиеся оптоволоконные каналы, ведь они будут работать и на 100 Мбит/с (возможна реализация сетей со смешанной структурой, где используется как 100- так и 10-мегагерцное оборудование). На программном уровне 10- и 100-МГц ethernet не различимы. Требования к параметрам опто-волоконных кабелей не зависят от используемого протокола (FDDI, Token Ring, Fast Ethernet и т.д.) и определяются документом EN 50173 (European norm). Это утверждение не относится к топологии кабельных связей, которые в общем случае зависят от используемого протокола. При работе с оптоволоконными системами необходимы специальные тестеры, способные измерять потери света и отражения методом OTDR (рефлектометрия с использованием метода временных доменов). При пассивной звездообразной схеме длины оптоволоконных сегментов могут достигать 500 метров, а число подключенных ЭВМ - 33. Для передачи сигналов используются многомодовые волокна (MMF) с диаметром ядра 62,5 микрон и клэдинга 125 микрон. Длина волны излучения равна 850 (или 1350) нанометров при ослаблении сигнала в кабельном сегменте не более 12,5 дБ. Обычный кабель имеет ослабление 4-5 дБ/км или даже менее. Оптические разъемы должны соответствовать требования стандарта ISO/IEC BFOC/2,5 и вносить ослабление не более 0,5 - 2,0 дБ. Количество используемых mau в логическом сегменте не должно превышать двух.

Схема 10-мегагерцного оптоволоконного Ethernet (для 100 Мбит/с схема с минимальными модификациями аналогична).

На данном рисунке видно, что соединения повторителя с FOMAU является дуплексным, аналогичные возможности предоставляют многие современные переключатели. Полно дуплексное подключение оборудование во многих случаях может обеспечить практическое удвоение скорости обмена и, что возможно более важно, исключить столкновения пакетов.

Схеме реализации полно дуплексного канала Ethernet. (Буква К с цифрой отмечает номера ножек контактов разъема)

При практической реализации локальной сети обычно возникает проблема защиты и заземления. Если этой проблеме не уделить внимание в самом начале она даст о себе знать позднее и обойдется ее решение дороже. Можно выделить три аспекта. Безопасность персонала, работающего с ЭВМ и сетевым оборудованием, устойчивость к внешним наводкам и помехам, а также безопасность самого сетевого оборудования (противостояние грозовым разрядам или резким скачкам в сети переменного тока (обычно ~220 В)). Безопасность персонала обеспечивается тем, что все объекты, за которые может взяться человек, должны иметь равные потенциалы и в любом случае разница потенциалов не должна превышать 50 вольт. При работе с коаксиальным кабелем существуют рекомендации его заземления в одной точке. Возникает вопрос, что делать с заземлением экранов в случае использования экранированных скрученных пар? Следует сразу заметить, что нужно избегать совмещения применения экранированных и неэкранированных скрученных пар в пределах одной системы. Представляется также естественной и разумной зонная концепция, рассматриваемая в упомянутой статье. Схема содержит защитные выключатели на случай грозы или бросков напряжения (линия L). Буквой N обозначена нулевая (нейтральная) шина, а буквами PE - защитная шина.

Система заземлений при построении сети

Схема защиты для случая использования экранированных скрученных пар

Рис. Зоны заземлений

Земли-экраны соседних зон соединяются только в одной точке. Между зонами могут включаться пограничные устройства фильтрации, предназначенные для снижения уровня шумов и помех. В пределах зоны все устройства должны быть эквипотенциальны. Это достигается за счет подключения к общему экрану.

Следует учитывать, что для сетей Ethernet практически нет ограничений по размеру (за счет использования оптоволоконных переключателей). Сеть может быть локальной, общегородской или даже междугородней.

Размещено на Allbest.ru