Технологии построения локальных вычислительных сетей меняются довольно быстро, подстраиваясь под нужды потребителей. Теперь никто не желает ждать часами, пока скачивается любимый фильм или передается презентация с большим количеством фотографий. Современные сети позволяют увеличить качество соединения с компьютерами и другими устройствами так, что скорость загрузки большинства материалов потребителю кажется такой же, как с жесткого диска.
Базовые технологии локальных сетей
Базовые технологии построения локальных сетей, которые еще называют архитектурами, можно разделить на два поколения. Первое поколение обеспечивает низкую и среднюю скорость передачи данных, второе - высокую.
К первому поколению технологий относятся такие, которые функционируют на основе использования кабеля с медной жилой:
- ARC net (скорость до 2,5 Мбит/с);
- Ethernet (до 10 Мбит/с);
- Token Ring (до 16 Мбит/с).
Второе поколение архитектур основано преимущественно на оптоволоконных линиях, и некоторые варианты строятся на основе кабеля с медной жилой высокого качества. К ним относятся:
- FDDI (до 100 Мбит/с);
- АТМ (до 155 Мбит/с);
- Fast Ethernet (до 100 Мбит/с);
- Gigabit Ethernet (до 1000 Мбит/с).
Технологии построения локальных сетей
Сетевая технология подразумевает использование минимального набора стандартных протоколов и необходимых для их поддержания программно-аппаратных средств. Есть множество различных протоколов, но самыми популярными являются те, которые развиваются на основании Ethernet, FDDI, Token-Ring, Arcnet.
Самой популярной является технология Ethernet и ее более современные варианты. Для ее построения используется тонкий и толстый коаксиальный кабель, а также витая пара, которая более проста при монтаже и обслуживании.
Технология настройки локальной вычислительной сети
Самой распространенной технологией в наши дни является архитектура Ethernet, ее высокоскоростные варианты Fast Ethernet и Gigabit Ethernet легко объединяются между собой и с ней в единую сеть, что упрощает задачи масштабирования. Скорость передачи данных в такой сети зависит от типа кабеля. Здесь применяются варианты от тонкого коаксиального кабеля до мультимодового оптоволоконного кабеля со скоростью светового сигнала до 1300 нм.
- Сети вида Arcnet устарели и обеспечивают малую скорость (2,5 Мбит/с). Но на ряде предприятий их еще можно встретить, так как раньше они пользовались большим спросом. Это очень надежная сеть с низкой стоимостью адаптеров и гибкостью в настройке. Обычно имеет топологию в виде «шины» или «пассивной звезды».
- Сеть Token-Ring кольцевого типа сама по себе тоже уходит в историю ЛВС, но знать о ней надо, потому что она стала основой и прообразом маркерной сети нового поколения стандарта FDDI.
- Сети вида FDDI (Fiber Distributed Data Interface) с маркерным методом доступа используют оптоволоконный кабель. Это высокоскоростная архитектура, которая может поддерживать до 1000 абонентов. При этом максимальная протяженность кольца не может составлять более 20 километров, а расстояние между абонентами должно быть не более 2 км. Эти особенности делают ее применимой для оснащения средних и малых предприятий с небольшим количеством рабочих мест.
Разработчики технологий локальных сетей
Большинство технологий построения локальных сетей пришли в Россию из-за рубежа.
- Стандарт Arcnet был разработан компанией Datapoint под руководством инженера Джона Мерфи, публике его представили в 1977 году.
- Стандарт Ethernet в 1975 году ввела американская компания Xerox, второе поколение сети разрабатывали фирмы DEC, Intel и Xerox, из-за чего его стали называть Ethernet DIX. На его основе был разработан протокол IEEE 802.3, ныне используемый, в том числе, для построения беспроводных сетей.
- Стандарт Token-Ring был создан фирмой IBM узко для производимых ею компьютеров. Но так как на рынке есть множество устройств разных брендов, то широкого развития он не получил.
- Стандарт FDDI появился в середине 1980-х годов и стал основой для построения сетей второго поколения, хотя базируется он на технологии Token-Ring, в рамках которой используется маркер информации для передачи ее от компьютера к компьютеру. Стандарт разработан институтом ANSI, он сразу поддерживал скорость передачи данных в 100 Мбит/с по двойному оптоволоконному кабелю.
Компьютерные сети делятся на три основных класса:
1. Локальные компьютерные сети (LAN – LocalAreaNetwork) – это сети, которые объединяют между собой компьютеры, находящиеся географически в одном месте. В локальную сеть объединяют компьютеры, расположенные физически близко друг от друга (в одном помещении или одном здании).
2. Региональные компьютерные сети (MAN – MetropolitanAreaNetwork) – это сети, которые объединяют между собой несколько локальных компьютерных сетей, расположенных в пределах одной территории (города, области или региона, например, Дальнего Востока).
3. Глобальные вычислительные сети (WAN – WideAreaNetwork) – это сети, которые объединяют множество локальных, региональных сетей и
компьютеров отдельных пользователей, расположенные на любом расстоянии друг от друга (Internet, FIDO).
На настоящий момент используются следующие стандарты построения локальных вычислительных сетей:
Arcnet;(IEEE 802.4)
Token Ring;(802,5)
Ethernet.(802,3)
Рассмотрим каждую из них подробнее
ТехнологияIEEE 802.4 ARCNET (или ARCnet, от англ. Attached Resource Computer NETwork) - технология ЛВС, назначение которой аналогично назначению Ethernet или Token ring. ARCNET являлась первой технологией для создания сетей микрокомпьютеров и стала очень популярной в 1980-х при автоматизации учрежденческой деятельности. Предназначена для организации ЛВС в сетевой топологии «звезда».
Основу коммуникационного оборудования составляет:
коммутатор (switch)
пассивный/активный концентратор
Преимущество имеет коммутаторное оборудование, так как позволяет формировать сетевые домены. Активные хабы применяются при большом удалении рабочей станции (они восстанавливают форму сигнала и усиливают его). Пассивные - при маленьком. В сети применяется назначаемый принцип доступа рабочих станций, то есть право на передачу имеет станция, получившая от сервера так называемый программный маркер. То есть реализуется детерминированный сетевой трафик.
Преимущества подхода:
Замечания : сообщения, передаваемые рабочими станциями образуют очередь на сервере. Если время обслуживания очереди значительно (более, чем в 2 раза) превышает максимальное время доставки пакета между двумя самыми удалёнными станциями, то считается, что пропускная способность сети достигла максимального предела. В этом случае дальнейшее наращивание сети невозможно и требуется установка второго сервера.
Предельные технические характеристики:
Минимальное расстояние между рабочими станциями, подключенными к одному кабелю - 0,9 м.
Максимальная длина сети по самому длинному маршруту - 6 км.
Ограничения связаны с аппаратной задержкой передачи информации при большом количестве коммутирующих элементов.
Максимальное расстояние между пассивным концентратором и рабочей станцией - 30 м.
Максимальное расстояние между активным и пассивным хабом - 30 м.
Между активным хабом и активным хабом - 600 м.
Достоинства:
Низкая стоимость сетевого оборудования и возможность создания протяжённых сетей.
Недостатки:
Невысокая скорость передачи данных. После распространения Ethernet в качестве технологии для создания ЛВС, ARCNET нашла применение во встраиваемых системах.
Поддержкой технологии ARCNET (в частности распространением спецификаций) занимается некоммерческая организация ARCNET Trade Association (ATA).
Технология - Архитектура ArcNET представлена двумя основными топологиями: шинная и звездная. В качестве среды передачи используется коаксиальный кабель RG-62 с волновым сопротивлением 93 Ом, обжатый на BNC вилки с соответствующим диаметром заделки (отличаются от вилок 10Base-2 («тонкий» Ethernet)).
Сетевое оборудование состоит из сетевых адаптеров и хабов. Сетевые адаптеры могут быть для шинной топологии, для звездной и универсальные. Хабы могут быть активными и пассивными. Пассивные хабы применяются для создания звездных участков сети. Активные хабы могут быть для шинной, звездной и смешанной топологии. Порты для шинной топологии физически не совместимы с портами для звездной топологии, хоть и имеют одинаковое физическое подключение (BNC розетка).
В случае шинной топологии, рабочие станции и серверы подключаются друг к другу с помощью T-коннекторов (таких же, как в 10Base-2 («тонкий» Ethernet)), подключенных к сетевым адаптерам и хабам и соединенных коаксиальным кабелем. Крайние точки сегмента терминируются наконечниками с сопротивлением 93 Ом. Количество устройств на одной шине ограничено. Минимальное расстояние между коннекторами - 0,9 метра и должно быть кратно этой величине. Для облегчения разделки, на кабель могут быть нанесены метки. Отдельные шины могут быть объединены с помощью шинных хабов.
При использовании звездной топологии применяются активные и пассивные хабы. Пассивный хаб представляет собой резистивный делитель-согласователь, позволяющий подключить четыре кабеля. Все кабели в этом
случае подключаются по принципу «точка-точка», без образования шин. Между двумя активными устройствами не должно быть подключено больше двух пассивных хабов. Минимальная длина любого сетевого кабеля - 0.9 метра и должна быть кратна этой величине. Существует ограничение длины кабеля между активным и пассивным портами, между двумя пассивными, между двумя активными.
При смешанной топологии применяются активные хабы, поддерживающие оба типа подключения.
На сетевых адаптерах рабочих станций и серверов с помощью джамперов или DIP-переключателей выставляется уникальный сетевой адрес, разрешение использования микросхемы расширения BIOS, позволяющего осуществить удаленную загрузку рабочей станции (может быть бездисковой), тип подключения (шинная или звездная топология), подключение встроенного терминатора (последние два пункта - опционально). Ограничение на количество рабочих станций - 255 (по разрядности регистра сетевого адреса). В случае, если два устройства имеют одинаковый сетевой адрес, оба теряют работоспособность, но на работу сети в целом эта коллизия не влияет.
При шинной топологии обрыв кабеля или терминатора приводит к неработоспособности сети для всех устройств, подключенных к сегменту, в который входит этот кабель(то есть от терминатора до терминатора). При звёздной топологии обрыв любого кабеля приводит к отказу того сегмента, который отключается этим кабелем от файл-сервера.
Логическая архитектура ArcNET - кольцо с маркерным доступом. Поскольку такая архитектура в принципе не допускает коллизий, при относительно большом количестве хостов (на практике испытывалось 25-30 рабочих станций) производительность сети ArcNET оказывалась выше, чем 10Base-2, при вчетверо меньшей скорости в среде (2,5 против 10 Mбит/с).
Технология 802,5 Token Ring - технология локальной вычислительной сети (LAN) кольца с «маркёрным доступом» - протокол локальной сети, который находится на канальном уровне(DLL) модели OSI. Он использует специальный трёхбайтовый фрейм, названный маркёром, который перемещается вокруг кольца. Владение маркёром предоставляет право обладателю передавать информацию на носителе. Кадры кольцевой сети с маркёрным доступом перемещаются в цикле.Станции на локальной вычислительной сети (LAN) Token ring логически организованы в кольцевую топологию с данными, передаваемыми последовательно от одной кольцевой станции до другой с управляющим маркером, циркулирующим вокруг кольцевого доступа управления. Этот механизм передачи маркёра совместно использован ARCNET, маркёрной шиной, и FDDI, и имеет теоретические преимущества перед стохастическим CSMA/CD Ethernet.
Передача маркёра Token Ring и IEEE 802.5 являются главными примерами сетей с передачей маркёра. Сети с передачей маркёра перемещают вдоль сети небольшой блок данных, называемый маркёром. Владение этим маркёром гарантирует право передачи. Если узел, принимающий маркёр, не имеет информации для отправки, он просто переправляет маркёр к следующей конечной станции. Каждая станция может удерживать маркёр в течение определенного максимального времени (по умолчанию - 10 мс).
Данная технология предлагает вариант решения проблемы коллизий, которая возникает при работе локальной сети. В технологии Ethernet, такие коллизии возникают при одновременной передаче информации несколькими рабочими станциями, находящимися в пределах одного сегмента, то есть использующих общий физический канал данных.
Если у станции, владеющей маркёром, имеется информация для передачи, она захватывает маркёр, изменяет у него один бит (в результате чего маркёр превращается в последовательность «начало блока данных»), дополняет информацией, которую он хочет передать и отсылает эту информацию к следующей станции кольцевой сети. Когда информационный блок циркулирует по кольцу, маркёр в сети отсутствует (если только кольцо не обеспечивает «раннего освобождения маркёра» - early token release), поэтому другие станции, желающие передать информацию, вынуждены ожидать. Следовательно, в сетях Token Ring не может быть коллизий. Если обеспечивается раннее высвобождение маркёра, то новый маркёр может быть выпущен после завершения передачи блока данных.
Информационный блок циркулирует по кольцу, пока не достигнет предполагаемой станции назначения, которая копирует информацию для дальнейшей обработки. Информационный блок продолжает циркулировать по кольцу; он окончательно удаляется после достижения станции, отославшей этот блок. Станция отправки может проверить вернувшийся блок, чтобы убедиться, что он был просмотрен и затем скопирован станцией назначения.
Сфера применения В отличие от сетей CSMA/CD (например, Ethernet) сети с передачей маркёра являются детерминистическими сетями. Это означает, что можно вычислить максимальное время, которое пройдет, прежде чем любая конечная станция сможет передавать. Эта характеристика, а также некоторые характеристики надежности, делают сеть Token Ring идеальной для применений, где задержка должна быть предсказуема и важна устойчивость функционирования сети. Примерами таких применений является среда автоматизированных станций на заводах.
Применяется как более дешёвая технология, получила распространение везде, где есть ответственные приложения, для которых важна не столько скорость, сколько надёжная доставка информации. В настоящее время Ethernet по надёжности не уступает Token Ring и существенно выше по производительности.
Модификации Token RingСуществуют 2 модификации по скоростям передачи: 4 Мбит/с и 16 Мбит/с. В Token Ring 16 Мбит/с используется
технология раннего освобождения маркера. Суть этой технологии заключается в том, что станция, «захватившая» маркёр, по окончании передачи данных генерирует свободный маркёр и запускает его в сеть. Попытки внедрить 100 Мбит/с технологию не увенчались коммерческим успехом. В настоящее время технология Token Ring не поддерживается.
Технология 802,3 Ethernet от англ. ether «эфир») - пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей.
Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде - на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартамиIEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 90-х годов прошлого века, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet, FDDI и Token ring.
На выполнение работ по созданию локальной сети нужно учитывать следующее:
* Создание локальной сети и настройка оборудования для доступа к сети Интернет;
* Выбор оборудования должен быть основан на технических характеристиках, способных удовлетворить требованиям к скорости передачи данных;
* Оборудование должно быть безопасно, защищено от поражения людей электрическим током;
* У каждой рабочей станции, для подключения к сети должен быть сетевой кабель;
* Возможное наличие wi-fi по всему кабинету;
* Расположение рабочих мест должно удовлетворять требования стандартов размещения оборудования в учебных заведениях;
* Затраты на создание локальной сети должны быть экономически оправданы;
* Надежность локальной сети.
Добрый день, Друзья! Рад Вас приветствовать на нашем блоге компьютерной грамотности. В предыдущей статье мы подняли большую и, судя по комментариям, очень важную для наших читателей тему – .
В этой статье я предлагаю перейти к рассмотрению первых этапов планирования сети. А если быть точным, то будем говорить о технологиях локальных сетей и выборе соответствующей архитектуры сети.
Сразу отметим, что разговор будет вестись только об основных технологиях локальных сетей, наиболее распространенных на сегодняшний день:
- Ethernet (на базе витой пары);
- Wi-Fi;
- HomePlugAV.
Ethernet — самая популярная сетевая технология
- 1. Ethernet – самая старая из наиболее распространенных технологий, используемых в локальных сетях. На сегодняшний день большинство сетевых адаптеров оснащаются интерфейсами, поддерживающие скорости 100 и 1000 Мбит/с (1 Гбит/с).
По соотношению цены и качества данная технология “впереди планеты всей”. Однако требуется проложить кабель по квартире в соответствии с планируемым размещением компьютеров. Есть еще одно “НО”: прокладывать сетевой кабель необходимо вдалеке от кабелей электропроводки, телевизионной и телефонной проводки. Дабы не вносить помехи в тракты передачи данных.
Для домашних потребностей, при условии, что нет проблем с прокладкой кабеля, этот вариант, мне кажется, наилучшим. Этой технологии будет вполне достаточно и для передачи данных, и для просмотра фильмов в режиме трансляции по сети.
- 2. Wi-Fi-технология – в последние время очень сильно набирает обороты ввиду все большей доступности различных wi-fi технология мобильных устройств и гаджетов. В отличие от Ethernet, никаких кабелей не требуется. Отметим также, что кабельные сети больше подходят для стационарных компьютеров. А при подключении любого мобильно ПК к кабелю, он перестает быть мобильным.
Использование этой сетевой технологии требует несколько иного оборудования для создания сети, о чем мы будем говорить в следующей статье.
Если говорить о скоростях передачи данных Wi-Fi, то все зависит от поддерживаемой версии протокола беспроводной связи (разновидности стандарта 802.11):
11 Мбит/с (802.11b) – стандарт устаревшего оборудования;
54 Мбит/с (802.11g) – самый распространенный сегодня стандарт, который поддерживают большинство сетевых карт мобильных устройств;
600 Мбит/с (802.11n) – технология завтрашнего дня. Однако Wi-Fi-маршрутизаторы, поддерживающие этот стандарт, уже имеются в продаже.
- 3. HomePlugAV – это перспективная технология будущего, как мне кажется, не требующая прокладки кабелей и homeplugav технологиябеспроводного соединения, а использующая для передачи данных домашнюю электропроводку. Средой передачи данных является электрическая сеть в квартире.
Очень удобно, только пока дорого. Приобретет свою популярность при развитии и более широком распространении интеллектуальной домашней сети “Умный дом”. О технологии HomePlugAV я подготовил .
Выбор архитектуры домашней сети
Рассмотрев основные технологии, логическим продолжением, как мне кажется, будет выбор архитектуры домашней сети. Кроме всего прочего, на выбор архитектуры окажет влияние предоставляемая технология доступа в Интернет и количество объединяемых в сеть устройств.
- 1. Если у Вас кабельная сеть на базе Ethernet, то необходимо будет строить сеть по схеме “Звезда”. Это когда все компьютеры в сети, просто подключаются к одному коммутатору или роутеру, имеющему общее Интернет подключение.
Как правило, вид роутера (LAN или ADSL) зависит от того, по какой технологии заводится Интернет в квартиру. Если это та же самая витая пара, что используется в нашей домашней сети, то подойдет обычный LAN-роутер. Если же Интернет в квартиру заводится по телефонной линии, то просто заменяем роутер на ADSL-модем, который также предоставит нам возможность создания внутренней (квартирной) Ethernet-сети.
В следующих статьях мы рассмотрим, как подключить по такой технологии компьютеры в сеть, а также расскажем об особенностях соединения двух компьютеров по сети Ethernet.
- 2. Если Вы выбрали беспроводную Wi-Fi сеть, то здесь возможно два варианта:
вариант “компьютер-компьютер” – соединение двух и более компьютеров, оснащенных беспроводными адаптерами, в единую сеть (наиболее уместен при создании небольшой сети без доступа в Интернет);
вариант “с точкой доступа” – наиболее распространен и используется для создания домашней сети с “входным” Интернетом соединением по технологии Ethernet или ADSL.
Построить такую сеть на практике быстрее и проще. Однако есть свои ограничения: следует учитывать, что некоторые бытовые электронные приборы (типа холодильников и микроволновок), а также другие точки доступа (например, у соседей) вносят помехи в каналы передачи, что снижает скорость обмена данными по беспроводной сети.
- 3. Гибридная сеть – этот вариант подходит тем, у кого, например, входной Интернет обеспечивается ADSL-модемом, а внутренняя домашняя сеть имеет как мобильные компьютеры, вроде ноутбука, так и стационарные ПЭВМ. Я рассмотрел самый сложный вариант, объединяющий три разные технологии: ADSL, Wi-Fi и Ethernet.
Внимание! Меня очень часто спрашивают о вреде беспроводных сетей.
Как человек, немного разбирающийся в этой области, скажу, что вредным воздействием на человека в беспроводных сетях потенциально обладает Электромагнитное излучение (ЭМИ). Сила воздействия ЭМИ на человека зависит от следующих факторов: интенсивность излучения и частота излучения. Чем выше частота излучения, тем сильнее пагубное воздействие на организм человека. То же самое и с интенсивностью (или длительностью воздействия).
Вредно ли для нас Wi-Fi сеть, поддерживающая стандарты 802.11g или 802.11n, точно пока никто сказать не может.
- Размещайте беспроводные точки доступа и беспроводные телефонные базы в нежилых комнатах;
- Выключайте на ночь электронные устройства, которыми не пользуйтесь.
Итак, Друзья, мы рассмотрели как выбрать технологию локальной сети и на ее базе определиться с архитектурой сети. В следующих статьях мы будем говорить о настройке сети и ее отдельных компонентов.
Сетевая технология -- это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств (например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный для построения вычислительной сети. Эпитет «достаточный» подчеркивает то обстоятельство, что этот набор представляет собой минимальный набор средств, с помощью которых можно построить работоспособную сеть. Возможно, эту сеть можно улучшить, например, за счет выделения в ней подсетей, что сразу потребует кроме протоколов стандарта Ethernet применения протокола IP, а также специальных коммуникационных устройств -- маршрутизаторов. Улучшенная сеть будет, скорее всего, более надежной и быстродействующей, но за счет надстроек над средствами технологии Ethernet, которая составила базис сети.
Сетевая технология или архитектура определяет топологию и метод доступа к среде передачи данных, кабельную систему или среду передачи данных, формат сетевых кадров тип кодирования сигналов, скорость передачи в локальной сети. В современных локальных вычислительных сетях широкое распространение получили такие технологии или сетевые архитектуры, как: Ethernet, ArcNet, ATM.
Проанализируем две наиболее популярные и прогрессивные современные технологии, их достоинства и недостатки и выберем наиболее подходящую технологию построения локальной сети.
Сетевые технологии локальных сетей IEEE802.3/Ethernet
В настоящее время эта сетевая технология наиболее популярна в мире. Популярность обеспечивается простыми, надежными и недорогими технологиями. В классической локальной сети Ethernet применяется стандартный коаксиальный кабель двух видов (толстый и тонкий).
Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде -- на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 1990-х годов, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet и Token ring.
Однако все большее распространение получила версия Ethernet, использующая в качестве среды передачи витые пары, так как монтаж и обслуживание их гораздо проще. В локальных сетях Ethernet применяются топологии типа “шина” и типа “пассивная звезда”, а метод доступа CSMA/CD.
В данной курсовой работе был выбран стандарт IEEE802.3 модификации:
10BASE-F (оптоволоконный кабель) - позволяет создавать сеть по звездной топологии. Расстояние от концентратора до конечного узла до 2000м.
В развитие сетевой технологии Ethernet созданы высокоскоростные варианты: IEEE802.3u/Fast Ethernet и IEEE802.3z/Gigabit Ethernet. Основная топология, которая используется в локальных сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, пассивная звезда.
Сетевая технология Fast Ethernet обеспечивает скорость передачи 100 Мбит/с и имеет три модификации:
100BASE-T4 - используется неэкранированная витая пара (счетверенная витая пара). Расстояние от концентратора до конечного узла до 100м;
100BASE-TX - используются две витые пары (неэкранированная и экранированная). Расстояние от концентратора до конечного узла до 100м;
100BASE-FX - используется оптоволоконный кабель (два волокна в кабеле). Расстояние от концентратора до конечного узла до 2000м; .
Сетевая технология локальных сетей Gigabit Ethernet - обеспечивает скорость передачи 1000 Мбит/с. Существуют следующие модификации стандарта:
1000BASE-SX - применяется оптоволоконный кабель с длиной волны светового сигнала 850 нм.
1000BASE-LX - используется оптоволоконный кабель с длиной волны светового сигнала 1300 нм.
1000BASE-CX - используется экранированная витая пара.
1000BASE-T - применяется счетверенная неэкранированная витая пара.
Локальные сети Fast Ethernet и Gigabit Ethernet совместимы с локальными сетями, выполненными по технологии (стандарту) Ethernet, поэтому легко и просто соединять сегменты Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet в единую вычислительную сеть.
Достоинства Ethernet:
· Дешевизна.
· Большой опыт использования.
· Продолжающиеся нововведения.
· Богатство выбора оборудования. Многие изготовители предлагают аппаратуру построения сетей, базирующуюся на Ethernet.
Недостатки Ethernet:
· Возможность столкновений сообщений (коллизии, помехи).
· В случае большой загрузки сети время передачи сообщений непредсказуемо.
Сетевые технологии локальных сетей Asynchronous Transfer Mode (ATM)
Технология асинхронной передачи данных предназначена для устранения проблем в сети, связанных с возникновением больших задержек с сети. Продукты ATM обеспечивают поддержку передачи данных на скоростях от 25 Мбит/с по неэкранированной и экранированной витым парам, 155 Мбит/с по среде UTP и ВОЛС, до 4,8 Гбит/с на линиях ВОЛС.
В отличие от традиционных сетевых технологий Ethernet, технология ATM не имеет физических или архитектурных ограничений. Современные продукты ATM обеспечивают поддержку передачи данных на скоростях от 25 Мбит/с по неэкранированной витой паре (UTP) и экранированной витой паре (STP), 155 Мбит/с по среде UTP и оптоволокну, и от 622 Мбит/с до 4,8 Гбит/с по оптоволокну.
Быстрая аппаратная коммутация, позволяет оперативно маршрутизировать потоки данных в сети еще на уровне проектирование СКС. Кроме того, технология ATM предполагает использование единого способа передачи данных по сети, что позволяет применять данную технологию при построении сетей различного типа.
Единовременная передача по сети данных различного типа: голоса, видео и традиционных данных.
Гибкая полоса пропускания, позволяющая использовать технологию АТМ для подключения наиболее требовательных к ширине полосы пропускания приложений: мультимедиа и средств видеокоммуникаций.
Достоинства ATM:
· Обеспечение параллельной передачи.
· Высокая скорость передачи данных.
Недостатки:
· Высокая стоимость оборудования.
1.3 Мой выбор технологии для построение локальной сети
Для построения своей локальной сети я выберу модификацию 1000BASE-T, IEEE 802.3ab -- стандарт, использующий витую пару категорий 5e. В передаче данных участвуют 4 пары. Скорость передачи данных -- 250 Мбит/с по одной паре. Используется метод кодирования PAM5, частота основной гармоники 62,5 МГц. Расстояние до 100 метров.
Технология Ethernet
Ethernet – это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей .
Ethernet – это сетевой стандарт, основанный на экспериментальной сети Ethernet Network, которую фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году.
В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии II для сети, построенной на основе коаксиального кабеля, который стал последней версией фирменного стандарта Ethernet. Поэтому фирменную версию стандарта Ethernet называют стандартом Ethernet DIX, или Ethernet II, на основе которых был разработан стандарт IEEE 802.3.
На основе стандарта Ethernet были приняты дополнительные стандарты: в 1995 году Fast Ethernet (дополнение к IEEE 802.3), в 1998 году Gigabit Ethernet (раздел IEEE 802.3z основного документа), которые во многом не являются самостоятельными стандартами.
Для передачи двоичной информации по кабелю для всех вариантов физического уровня технологии Ethernet, обеспечивающих пропускную способность 10 Мбит/с, используется манчестерский код (рис. 3.9).
В манчестерском коде для кодирования единиц и нулей используется перепад потенциала, то есть фронт импульса. При манчестерском кодировании каждый такт делится на две части. Информация кодируется перепадами потенциала, происходящими в середине каждого такта. Единица кодируется перепадом от низкого уровня сигнала к высокому (передним фронтом импульса), а ноль ‑ обратным перепадом (задним фронтом).
Рис. 3.9. Дифференциальное манчестерское кодирование
В стандарте Ethernet (в том числе Fast Ethernet и Gigabit Ethernet) используется один и тот же метод разделения среды передачи данных ‑ метод CSMA/CD.
Каждый ПК работает в Ethernet согласно принципу «Слушай канал передачи, перед тем как отправить сообщения; слушай, когда отправляешь; прекрати работу в случае помех и попытайся еще раз».
Данный принцип можно расшифровать (объяснить) следующим образом:
1. Никому не разрешается посылать сообщения в то время, когда этим занят уже кто-то другой (слушай перед тем, как отправить).
2. Если два или несколько отправителей начинают посылать сообщения примерно в один и тот же момент, рано или поздно их сообщения «столкнутся» друг с другом в канале связи, что называется коллизией.
Коллизии нетрудно распознать, поскольку они всегда вызывают сигнал помехи, который не похож на допустимое сообщение. Ethernet может распознать помехи и заставляет отправителя приостановить передачу и подождать некоторое время, прежде, чем повторно отправить сообщение.
Причины широкой распространенности и популярности Ethernet (достоинства):
1. Дешевизна.
2. Большой опыт использования.
3. Продолжающиеся нововведения.
4. Богатство выбора оборудования. Многие изготовители предлагают аппаратуру построения сетей, базирующуюся на Ethernet.
Недостатки Ethernet:
1. Возможность столкновений сообщений (коллизии, помехи).
2. В случае большой загрузки сети время передачи сообщений непредсказуемо.
Технология Token Ring
Сети Token Ring, как и сети Ethernet, характеризует разделяемая среда передачи данных, которая состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо . Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему требуется не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциям права на использование кольца в определенном порядке. Это право передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером, или токеном (token) .
Технология Token Ring был разработана компанией IBM в 1984 году, а затем передана в качестве проекта стандарта в комитет IEЕЕ 802, который на ее основе принял в 1985 году стандарт 802.5.
Каждый ПК работает в Token Ring согласно принципу «Ждать маркера, если необходимо послать сообщение, присоединить его к маркеру, когда он будет проходить мимо. Если проходит маркер, снять с него сообщение и отправить маркер дальше».
Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями ‑ 4 и 16 Мбит/с. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается.
Технология Token Ring является более сложной технологией, чем Ethernet. Она обладает свойствами отказоустойчивости. В сети Token Ring определены процедуры контроля работы сети, которые используют обратную связь кольцеобразной структуры ‑ посланный кадр всегда возвращается в станцию-отправитель.
Рис. 3.10. Принцип технологии TOKEN RING
В некоторых случаях обнаруженные ошибки в работе сети устраняются автоматически, например, может быть восстановлен потерянный маркер. В других случаях ошибки только фиксируются, а их устранение выполняется вручную обслуживающим персоналом.
Для контроля сети одна из станций выполняет роль так называемого активного монитора. Активный монитор выбирается во время инициализации кольца как станция с максимальным значением МАС-адреса. Если активный монитор выходит из строя, процедура инициализации кольца повторяется и выбирается новый активный монитор. Сеть Token Ring может включать до 260 узлов.
Концентратор Token Ring может быть активным или пассивным. Пассивный концентратор просто соединяет порты внутренними связями так, чтобы станции, подключаемые к этим портам, образовали кольцо. Ни усиление сигналов, ни их ресинхронизацию пассивный MSAU не выполняет.
Активный концентратор выполняет функции регенерации сигналов, и поэтому иногда называется повторителем, как в стандарте Ethernet.
В общем случае сеть Token Ring имеет комбинированную звездно-кольцевую конфигурацию. Конечные узлы подключаются к MSAU по топологии звезды, а сами MSAU объединяются через специальные порты Ring In (RI) и Ring Out (RO) для образования магистрального физического кольца.
Все станции в кольце должны работать на одной скорости либо 4 Мбит/с, либо 16 Мбит/с. Кабели, соединяющие станцию с концентратором, называются ответвительными (lobe cable), а кабели, соединяющие концентраторы, – магистральными (trunk cable).
Технология Token Ring позволяет использовать для соединения конечных станций и концентраторов различные типы кабеля:
– STP Type 1
‑ экранированная витая пара (Shielded Twistedpair).
В кольцо допускается объединять до 260 станций при длине ответвительных
кабелей до 100 метров;
– UTP Туре 3, UTP Туре 6 ‑ неэкранированная витая пара (Unshielded Twistedpair). Максимальное количество станций сокращается до 72 при длине ответвительных кабелей до 45 метров;
– волоконно-оптический кабель.
Расстояние между пассивными MSAU может достигать 100 м при использовании кабеля STP Туре 1 и 45 м при использовании кабеля UTP Type 3. Между активными MSAU максимальное расстояние увеличивается соответственно до 730 м или 365 м в зависимости от типа кабеля.
Максимальная длина кольца Token Ring составляет 4000 м. Ограничения на максимальную длину кольца и количество станций в кольце в технологии Token Ring не являются такими жесткими, как в технологии Ethernet. Здесь эти ограничения в основном связаны со временем оборота маркера по кольцу.
Все значения тайм-аутов в сетевых адаптерах узлов сети Token Ring можно настраивать, поэтому можно построить сеть Token Ring с большим количеством станций и с большей длиной кольца.
Преимущества технологии Token Ring:
· гарантированная доставка сообщений;
· высокая скорость передачи данных (до 160% Ethernet).
Недостатки технологии Token Ring:
· необходимы дорогостоящие устройства доступа к среде;
· технология более сложная в реализации;
· необходимы 2 кабеля (для повышения надежности): один входящий, другой исходящий от компьютера к концентратору;
· высокая стоимость (160-200% от Ethernet).
Технология FDDI
Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface) – оптоволоконный интерфейс распределенных данных ‑ это первая технология локальных сетей, в которой средой передачи данных является волоконно-оптический кабель. Технология появилась в середине 80-х годов .
Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, поддерживая метод доступа с передачей маркера.
Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Наличие двух колец – это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности, должны быть подключены к обоим кольцам.
В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного (Primary) кольца, этот режим назван режимом Thru ‑ «сквозным», или «транзитным». Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется.
В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным, вновь образуя единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrap, то есть «свертывание» или «сворачивание» колец. Операция свертывания производится средствами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI.
Рис. 3.11. ИВС с двумя циклическими кольцами в аварийном режиме
Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении (на диаграммах это направление изображается против часовой стрелки), а по вторичному – в обратном (изображается по часовой стрелке). Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.
Сеть FDDI может полностью восстанавливать свою работоспособность в случае единичных отказов ее элементов. При множественных отказах сеть распадается на несколько не связанных сетей.
Кольца в сетях FDDI рассматриваются как общая разделяемая среда передачи данных, поэтому для нее определен специальный метод доступа. Этот метод очень близок к методу доступа сетей Token Ring и также называется методом маркерного (или токенного) кольца – token ring.
Отличия метода доступа заключаются в том, что время удержания маркера в сети FDDI не является постоянной величиной. Это время зависит от загрузки кольца - при небольшой загрузке оно увеличивается, а при больших перегрузках может уменьшаться до нуля. Эти изменения в методе доступа касаются только асинхронного трафика, который не критичен к небольшим задержкам передачи кадров. Для синхронного трафика время удержания маркера по-прежнему остается фиксированной величиной.
Технология FDDI в настоящее время поддерживает типа кабелей:
– волоконно-оптический кабель;
– неэкранированная витая пара категории 5. Последний стандарт появился позже оптического и носит название TP-PMD (Physical Media Dependent).
Оптоволоконная технология обеспечивает необходимые средства для передачи данных от одной станции к другой по оптическому волокну и определяет:
Использование в качестве основной физической среды многомодового волоконно-оптического кабеля 62,5/125 мкм;
Требования к мощности оптических сигналов и максимальному затуханию между узлами сети. Для стандартного многомодового кабеля эти требования приводят к предельному расстоянию между узлами в 2 км, а для одномодового кабеля расстояние увеличивается до 10–40 км в зависимости от качества кабеля;
Требования к оптическим обходным переключателям (optical bypass switches) и оптическим приемопередатчикам;
Параметры оптических разъемов MIC (Media Interface Connector), их маркировку;
Использование для передачи света с длиной волны в 1,3 нм;
Максимальная общая длина кольца FDDI составляет 100 километров, максимальное число станций с двойным подключением в кольце ‑ 500.
Технология FDDI разрабатывалась для применения в ответственных участках сетей ‑ на магистральных соединениях между крупными сетями, например сетями зданий, а также для подключения к сети высокопроизводительных серверов. Поэтому главные требования, у разработчиков были (достоинства ):
‑ обеспечение высокой скорости передачи данных,
‑ отказоустойчивость на уровне протокола;
‑ большие расстояния между узлами сети и большое количество подключенных станций.
Все эти цели были достигнуты. В результате технология FDDI получилась качественной, но весьма дорогой (недостаток ). Даже появление более дешевого варианта для витой пары не намного снизило стоимость подключения одного узла к сети FDDI. Поэтому практика показала, что основной областью применения технологии FDDI стали магистрали сетей, состоящих из нескольких зданий, а также сети масштаба крупного города, то есть класса MAN.
Технология Fast Ethernet
Потребности в высокоскоростной и в то же время недорогой технологии для подключения к сети мощных рабочих станций привели в начале 90-х годов к созданию инициативной группы, которая занялась поисками нового Ethernet, такой же простой и эффективной технологии, но работающей на скорости 100 Мбит/с .
Специалисты разбились на два лагеря, что в конце концов привело к появлению двух стандартов, принятых осенью 1995 года: комитет 802.3 утвердил стандарт Fast Ethernet, почти полностью повторяющий технологию Ethernet 10 Мбит/с.
Технология Fast Ethernet сохранила в неприкосновенности метод доступа CSMA/CD, оставив в нем тот же алгоритм и те же временные параметры в битовых интервалах (сам битовый интервал уменьшился в 10 раз). Все отличия Fast Ethernet от Ethernet проявляются на физическом уровне.
В стандарте Fast Ethernet определены три спецификации физического уровня:
‑ 100Base-TX для 2-х пар UTP категории 5 или 2-х пар STP Type 1 (метод кодирования 4В/5В);
‑ l00Base-FX для многомодового волоконно-оптического кабеля с двумя оптическими волокнами (метод кодирования 4В/5В);
‑ 100Base-T4, работающую на 4-х парах UTP категории 3, но использующую одновременно только три пары для передачи, а оставшуюся ‑ для обнаружения коллизии (метод кодирования 8В/6Т).
Стандарты l00Base-TX/FX могут работать в полнодуплексном режиме.
Максимальный диаметр сети Fast Ethernet равен приблизительно 200 м, а более точные значения зависят от спецификации физической среды. В домене коллизий Fast Ethernet допускается не более одного повторителя класса I (позволяющего транслировать коды 4В/5В в коды 8В/6Т и обратно) и не более двух повторителей класса II (не позволяющих выполнять трансляцию кодов).
Технология Fast Ethernet при работе на витой паре позволяет за счет процедуры автопереговоров двум портам выбирать наиболее эффективный режим работы - скорость 10 Мбит/с или 100 Мбит/с, а также полудуплексный или полнодуплексный режим.
Технология Gigabit Ethernet
Технология Gigabit Ethernet добавляет новую, 1000 Мбит/с, ступень в иерархии скоростей семейства Ethernet. Эта ступень позволяет эффективно строить крупные локальные сети, в которых мощные серверы и магистрали нижних уровней сети работают на скорости 100 Мбит/с, а магистраль Gigabit Ethernet объединяет их, обеспечивая достаточно большой запас пропускной способности.
Разработчики технологии Gigabit Ethernet сохранили большую степень преемственности с технологиями Ethernet и Fast Ethernet. Gigabit Ethernet использует те же форматы кадров, что и предыдущие версии Ethernet, работает в полнодуплексном и полудуплексном режимах, поддерживая на разделяемой среде тот же метод доступа CSMA/CD с минимальными изменениями.
Для обеспечения приемлемого максимального диаметра сети в 200 м в полудуплексном режиме разработчики технологии пошли на увеличение минимального размера кадра в 8 раз (с 64 до 512 байт). Разрешается также передавать несколько кадров подряд, не освобождая среду, на интервале 8096 байт, тогда кадры не обязательно дополнять до 512 байт. Остальные параметры метода доступа и максимального размера кадра остались неизменными.
Летом 1998 года был принят стандарт 802.3z, который определяет использование в качестве физической среды трех типов кабеля:
‑ многомодового оптоволоконного (расстояние до 500 м),
‑ одномодового оптоволоконного (расстояние до 5000 м),
‑ двойного коаксиального (twinax), по которому данные передаются одновременно по двум медным экранированным проводникам на расстояние до 25 м.
Для разработки варианта Gigabit Ethernet на UTP категории 5 была создана специальная группа 802.3ab, которая уже разработала проект стандарта для работы по 4-м парам UTP категории 5. Принятие этого стандарта ожидается в ближайшее время.
