Проектрирование локальной вычислительной сети

Толстый Ethernet - более толстый, по сравнению с предыдущим кабель — около 12 миллиметров в диаметре, имел более толстый центральный проводник. Плохо гнулся и имел значительную стоимость. Кроме того, в присоединении к компьютеру были некоторые сложности — использовались трансиверы AUI (Attachment Unit Interface), присоединённые к сетевой карте с помощью ответвления, пронизывающего кабель, т.н. «вампирчики». За счёт более толстого проводника передачу данных можно было осуществлять на расстояние до 500 метров со скоростью 10 Мб/с. Однако сложность и дороговизна установки не дали этому кабелю такого широкого распространения, как RG-58. Исторически фирменный кабель RG-8 имел жёлтую окраску и по этому иногда можно встретить название «Жёлтый Ethernet» (англ. Yellow Ethernet)

Вита́я па́ра (англ. twisted pair) — вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), для уменьшения взаимных наводок при передаче сигнала, и покрытых пластиковой оболочкой (рис. 11). Один из компонентов современных структурированных кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве сетевого носителя во многих технологиях, таких как Ethernet, ARCNet и Token ring. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в установке, является самым распространённым для построения локальных сетей.

Рис. 11. Витая пара.

Кабель подключается к  сетевым устройствам при помощи соединителя RJ45, немного бо́льшим, чем  телефонный соединитель RJ11.

В зависимости от наличия  защиты — электрически заземлённой  медной оплетки или алюминиевой  фольги вокруг скрученных пар, определяют разновидности данной технологии:

• неэкранированная витая пара (UTP — Unshielded twisted pair)
• экранированная витая пара (STP — Shielded twisted pair)
• фольгированная витая пара (FTP — Foiled twisted pair)
• фольгированная экранированная витая пара (SFTP — Shielded Foiled twisted pair)

В некоторых типах экранированного  кабеля, защита может использоваться ещё и вокруг каждой пары, индивидуальное экранирование. Экранирование обеспечивает лучшую защиту от электромагнитных наводок  как внешних, так и внутренних, и т. д.

В дополнение к этому  кабель применяется одно- и многожильный. В первом случае каждый провод состоит  из одной медной жилы, а во втором - из нескольких.

Существует несколько  категорий кабеля витая пара, которые  нумеруются от CAT1 до CAT7 и определяют эффективный пропускаемый частотный  диапазон. Кабель более высокой категории  обычно содержит больше пар проводов и каждая пара имеет больше витков на единицу длины. Категории неэкранированной витой пары описываются в стандарте EIA/TIA 568 (Американский стандарт проводки в коммерческих зданиях).

• CAT1 — (полоса частот 0.1 МГц) телефонный кабель, всего одна пара, известный в России, как «лапша». В США использовался ранее, и проводники были скручены между собой. Используется только для передачи голоса или данных при помощи модема.
• CAT2 — (полоса частот 1 МГц) старый тип кабеля, 2-е пары проводников, поддерживал передачу данных на скоростях до 4 Мбит/с, использовался в сетях token ring и ARCNet. Сейчас иногда встречается в телефонных сетях.
• CAT3 — (полоса частот 16 МГц) 2-х парный кабель, использовался при построении локальных сетей 10BASE-T и token ring, поддерживает скорость передачи данных только до 10 Мбит/с. В отличие от предыдущих двух, отвечает требованиям стандарта IEEE 802.3. Также до сих пор встречается в телефонных сетях.
• CAT4 — (полоса частот 20 МГц) кабель состоит из 4-х скрученных пар, использовался в сетях token ring, 10BASE-T, 10BASE-T4, скорость передачи данных не превышает 16 Мбит/с, сейчас не используется.
• САТ5 — (полоса частот 100 МГц) 4-х парный кабель, это и есть, то, что обычно называют кабель «витая пара», благодаря высокой скорости передачи, до 100 Мбит/с при использовании 2-х пар и до 1000Мбит/с, при использовании 4-х пар, является самым распространённым сетевым носителем, использующимся в компьютерных сетях до сих пор. При прокладке новых сетей пользуются несколько усовершенствованным кабелем CAT5e (полоса частот 125 МГц), который лучше пропускает высокочастотные сигналы.
• CAT6 — (полоса частот 250 МГц) применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, состоит из 4-х пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10000Мбит/с. Добавлен в стандарт в июне 2002 года. Существует категория CAT6е, в которой увеличена частота пропускаемого сигнала до 500МГц. По данным IEEE 70 % установленных сетей в 2004 году, использовали кабель категории CAT6, однако возможно это просто дань моде, поскольку кабель CAT5 и CAT5e вполне справляется в сетях 10GBASE-T
• CAT7 — Спецификация на данный тип кабеля пока не утверждена, скорость передачи данных до 10000Мбит/с, частота пропускаемого сигнала до 600—700 МГц. Кабель этой категории экранирован.

Оптоволоконный кабель - кабель на оcнове оптоволокна. Оптоволокно - это стеклянная или пластиковая нить, используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения (рис. 12). Волоконная оптика — раздел прикладной науки и машиностроения, описывающий такие волокна. Оптоволокна используются в оптоволоконной связи, которая позволяет передавать цифровую информацию на большие расстояния и с более высокой скоростью передачи данных, чем в электронных средствах связи. В ряде случаев они также используются при создании датчиков.

.

Рис.12. Оптоволоконный кабель.

Простой принцип действия позволяет использовать различные  методы, дающие возможность создавать  самые разнообразные оптоволокна:

• Мультимодовые
• Одномодовые оптоволокна
• Оптоволокна с градиентным показателем преломления
• Оптоволокна со ступенчатым профилем распределения показателей преломления.

Из-за физических свойств  оптоволокна необходимы специальные  методы для их склеивания и соединения с оборудованием. Оптоволокна являются базой для различных типов  кабелей, в зависимости от того, где  они будут использоваться.

Оптоволокно может быть использовано как средство для дальней  связи и построения компьютерной сети, вследствие своей гибкости и  возможности завязываться в узел как кабель. Несмотря на то, что волокна  могут быть сделаны из прозрачного  пластичного оптоволокна или  силика-гелевого волокна, волокна, использующиеся для передачи информации на большие  расстояния, всегда сделаны из стекла, из-за низкого оптического ослабления электромагнитного излучения. В  связи используются многомодовые и  одномодовые оптоволокна; мультимодовое  оптоволокно обычно используется на небольших расстояниях (до 500 м), а  одномодовое оптоволокно — на длинных дистанциях. Из-за строгого допуска между одномодовым оптоволокном, передатчиком, приемником, усилителем и другими одномодовыми компонентами, их использование обычно дороже, чем применение мультимодовых компонетов. В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов. Это относительно надежный (защищенный) способ передачи, поскольку электрические сигналы при этом не передаются. Следовательно, оптоволоконный кабель нельзя вскрыть и перехватить данные, от чего не застрахован любой кабель, проводящий электрические сигналы.

Оптоволоконные линии  предназначены для перемещения  больших объемов данных на очень  высоких скоростях, так как сигнал в них практически не затухает и не искажается.

Структурированная кабельная система (СКС) представляет собой иерархическую кабельную среду передачи электромагнитных сигналов в здании, разделённую на структурные подсистемы и состоящую из элементов - кабелей и разъемов. По сути СКС состоит из набора медных и оптических кабелей, кросс-панелей, соединительных шнуров, кабельных разъёмов, модульных гнёзд информационных розеток и вспомогательного оборудования. СКС обеспечивает подключение локальной АТС, одновременную работу компьютерной и телефонной сети и предоставляет возможность гибкого изменения конфигурации кабельной системы. Кабели, оснащенные разъемами и проложенные по определенным правилам, образуют линии и магистрали. Линии, магистрали, точки подключения и коммутации составляют функциональные элементы СКС.

Универсальность СКС подразумевает  использование ее для различных  систем:

• компьютерная сеть;
• телефонная сеть;
• охранная система;
• пожарная сигнализация.

Такая кабельная система  независима от оконечного оборудования, что позволяет создать гибкую коммуникационную инфраструктуру предприятия.

Структурированная кабельная  система - это совокупность пассивного коммуникационного оборудования:

• Кабель - этот компонент используется как среда передачи данных СКС.
• Розетки - этот компонент используют как точки входа в кабельную сеть здания.
• Коммутационные панели - используются для администрирования кабельных систем в коммутационных центрах этажей и здания в целом.
• Коммутационные шнуры - используются для подключения офисного оборудования в кабельную сеть здания, организации структуры кабельной системы в центрах коммутации.

СКС - охватывает все пространство здания, соединяет все точки средств  передачи информации, такие как компьютеры, телефоны, датчики пожарной и охранной сигнализации, системы видеонаблюдения  и контроля доступа. Все эти средства обеспечиваются индивидуальной точкой входа в общую систему здания. Линии, отдельные для каждой информационной розетки, связывают точки входа  с коммутационным центром этажа, образуя горизонтальную кабельную  подсистему. Все этажные коммутационные узлы специальными магистралями объединяются в коммутационном центре здания. Сюда же подводятся внешние кабельные  магистрали для подключения здания к глобальным информационным ресурсам, таким как телефония, интернет и  т.п. Такая топология позволяет  надежно управлять всей системой здания, обеспечивает гибкость и простоту системы.

В каждом конкретном здании в общем случае присутствуют три  подсистемы СКС: вертикальная кабельная  подсистема, горизонтальная кабельная  подсистема и подсистема рабочих  мест. Для достаточно крупных зданий, с большим количеством рабочих  мест на этажах, все эти три подсистемы присутствуют в явном виде. Для  относительно небольших зданий с ограниченным количеством рабочих мест рекомендуется организовывать один узел коммутации СКС, куда сходится вся горизонтальная кабельная разводка. В этом случае вертикальная кабельная подсистема может отсутствовать либо носить вырожденный характер, при котором вертикальная кабельная подсистема представляется совокупностью коммутационных шнуров, соединяющих порты "этажных" коммутаторов ЛВС (коммутаторов для подключений рабочих мест) с портами центрального (магистрального) коммутатора.

Коммутационное оборудование

Повторитель (англ. repeater) - предназначен для увеличения расстояния сетевого соединения путем повторения электрического сигнала "один в один". Бывают однопортовые повторители и многопортовые. В сетях на витой паре повторитель является самым дешевым средством объединения конечных узлов и других коммуникационных устройств в единый разделяемый сегмент. Повторители Ethernet могут иметь скорость 10 или 100 Мбит/с (Fast Ethernet), единую для всех портов. Для Gigabit Ethernet повторители не используются.

Мост (от англ. bridge - мост) является средством передачи кадров между двумя (и более) логически разнородными сегментами. По логике работы является частным случаем коммутатора. Скорость обычно 10 Мбит/с (для Fast Ethernet чаще используются коммутаторы).

Концентратор или хаб (от англ. hub — центр деятельности) — сетевое устройство, для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент. Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна. Хаб является частным случаем концентратора

Концентратор работает на физическом уровне сетевой модели OSI, повторяет приходящий на один порт сигнал на все активные порты. В случае поступления сигнала на два и  более порта одновременно возникает  коллизия, и передаваемые кадры данных теряются. Таким образом, все подключенные к концентратору устройства находятся  в одном домене коллизий. Концентраторы всегда работают в режиме полудуплекса, все подключенные устройства Ethernet разделяют между собой предоставляемую полосу доступа.

Многие модели хабов  имеют простейшую защиту от излишнего  количества коллизий, возникающих по причине одного из подключенных устройств. В этом случае они могут изолировать  порт от общей среды передачи. По этой причине, сетевые сегменты, основанные на витой паре гораздо стабильнее в работе сегментов на коаксиальном кабеле, поскольку в первом случае каждое устройство может быть изолировано  хабом от общей среды, а во втором случае несколько устройств подключаются при помощи одного сегмента кабеля, и, в случае большого количества коллизий, концентратор может изолировать  лишь весь сегмент.

В последнее время концентраторы  используются достаточно редко, вместо них получили распространение коммутаторы  — устройства, работающие на канальном  уровне модели OSI и повышающие производительность сети путём логического выделения  каждого подключенного устройства в отдельный сегмент, домен коллизий.

Коммутатор или switch (от англ. — переключатель) Коммутатор (switch, switching hub) по принципу обработки кадров ничем не отличается от моста. Основное его отличие от моста состоит в том, что он является своего рода коммуникационным мультипроцессором, так как каждый его порт оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от процессоров других портов. За счет этого общая производительность коммутатора обычно намного выше производительности традиционного моста, имеющего один процессорный блок. Можно сказать, что коммутаторы — это мосты нового поколения, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме.