Ведение современного бизнеса требует
все большей автоматизации бухгалтерской
деятельности и складского учета,
компьютеризации выписки счетов и получения-отправления
электронных сообщений поставщикам и
заказчикам. В этих условиях единственным
способом обеспечения эффективности работы
сотрудников и рационального использования
компьютерного оборудования является
создание в фирме локальной вычислительной
сети (ЛВС)
Развитие телекоммуникационных
технологий сыграло со многими
компьютерными специалистами злую шутку - им
стало казаться, что для создания вполне
работоспособной локальной сети достаточно
купить кучку концентраторов, развесить их
по комнатам и связать вместе каким-нибудь
кабелем, нимало не задумываясь о топологии
сети и информационных потоках в ней. Причем
этот подход даже работает - пока число
компьютеров в сети незначительно и
требования к скорости реакции и полосе
пропускания сети невелики. Но с ростом
размера сети начинаются проблемы,
справиться с которыми "методом тыка",
не понимая физических основ
функционирования оборудования и правил
построения ЛВС, уже не удается.
Изложение всех основ и премудростей
создания ЛВС потребует серьезной научной
монографии - поэтому в данной статье мы
попробуем изложить лишь необходимый
минимум теории.
Основы
Состав компьютерного оборудования,
используемого в офисе, традиционен и
определяется типичными задачами, стоящими
перед сотрудниками фирмы. Как правило, в
офисе устанавливается один или несколько
серверов, рабочие станции сотрудников,
несколько общих сетевых принтеров, один-два
модема (для выхода в Интернет, получения и
отправки электронной почты, факсов и
электронных платежей), внутренняя АТС. В
качестве среды передачи в настоящее время в
офисных ЛВС почти повсеместно используется
FastEthernet на основе так называемой
неэкранированной витой пары 5-й категории
(UTP Cat5).
Однако так было не всегда. Изначально сети
Ethernet были основаны на коаксиальном кабеле (в
основном на так называемом "тонком
коаксиале", или 10Base-2). Это решение имеет
как свои достоинства (например, для
подключения в сеть 10Base-2 достаточно иметь
только сетевую карту, концентраторы для
этого не требуются), так и недостатки (все
сетевые адаптеры в сегменте передают и
принимают сигнал по одному единственному
кабелю). И именно применение 10Base-2 (и "толстого
коаксиала" 10Base-5) привело к использованию
в Ethernet протокола CSMA/CD (передача с контролем
несущей и обнаружением столкновений), а
также появлению в обиходе сетевых
администраторов очень важного понятия "домен
коллизий" и ряда других специфических
понятий:
- Контроль несущей (CSMA) означает, что
любой сетевой интерфейс, прежде чем
начать передачу, прослушивает канал на
предмет отсутствия передачи от других
участников сети.
- Коллизия (столкновение) - разрушение
пакета данных в канале во время передачи
из-за взаимного перекрытия (одновременной
передачи) пакетов от двух и более
источников. Когда узел посылает пакет, он
одновременно проверяет, не произошла ли
во время передачи коллизия. Если коллизия
происходит, то все обнаружившие ее узлы
немедленно прекращают передачу,
выдерживают паузу в течение случайного
промежутка времени и повторяют передачу.
Отсутствие обнаружения коллизии
указывает узлу, что передача пакета вроде
бы прошла успешно (почему это не дает 100%
гарантии - мы обсудим позже).
- CSMA не может предупредить коллизию,
так как из-за задержек распространения
сигнала в кабеле вполне реальна ситуация,
когда какой-либо участник сети начинает
передачу, не успев услышать уже
начавшуюся передачу другого участника.
Но CSMA позволяет существенно уменьшить
вероятность коллизии, причем тем
эффективнее, чем меньше физический
размер сети (то есть чем меньше в сети MRT -
см. ниже).
- Стандарт IEEE 802.3 (общий стандарт сетей
Ethernet) определяет ЛВС как коллизионную
область или домен коллизий. Другими
словами, в сети Ethernet коллизия пакетов
данных с их взаимным повреждением
является не редким исключением, а
типичным рабочим случаем в работающей
безупречно сети.
- Время, за которое пакет гарантированно
проходит по каналам связи от источника до
получателя и источник в состоянии
определить наступившую коллизию (для
этого надо, чтобы поврежденный пакет
дошел назад по линии до источника),
называется "максимальным периодом
кругового обращения" (maximum round-trip time, MRT).
- ЛВС, использующая протокол CSMA/CD, будет
функционировать правильно только в том
случае, когда все ее узлы могут быть
оповещены о коллизии за время MRT, меньшее,
чем длительность самого короткого пакета
данных (в сетях Ethernet и FastEthernet это 64 байта,
включая служебные поля). Из этого
вытекают основные геометрические
ограничения на протяженность кабеля и
размеры сети.
Коаксиальный кабель
Для сетей Ethernet 10Base-2 и 10Base-5 ("коаксиал")
действует эмпирическое правило
конструирования "5-4-3-2-1", состоящее в
следующем:
5 - сеть может состоять максимум из пяти
физических кабельных сегментов;
4 - при этом могут быть использованы
максимум четыре репитера (репитер - это
устройство, ретранслирующее сигнал между
кабельными сегментами, с целью устранить
затухание и помехи, возникающие при
прохождении сигнала по кабелю);
3 - максимум к трем сегментам могут
быть подключены сетевые станции;
2 - два сегмента не могут содержать
сетевые подключения и служат только для
увеличения, при необходимости, диаметра
сети;
1 - все это создает один домен
коллизий.
Для случая "тонкого коаксиала" (10Base-2)
физические ограничения получаются
следующими:
- Максимальная длина кабельного сегмента
- 185 м (кабель - RG-58, волновое сопротивление
50 ом, на концах кабельного сегмента
должны быть установлены терминаторы).
Существуют репитеры, "пробивающие"
коаксиальный кабель длинной до 250м ,
однако это находится за пределами
стандарта и использовать такие
устройства следует лишь в самом крайнем
случае.
- Максимальное количество точек
подключения на кабельном сегменте - 30 (учитывая
не задействованные Т-коннекторы). Однако
имейте в виду, что надежность сегмента,
имеющего 30 T-коннекторов крайне невелика,
так как нарушение контакта в любом из них
приведет к отказу всего сегмента. Следует
стремиться к размеру сегмента не более 10
T-коннекторов, максимум до 15.
- Максимальное теоретическое количество
компьютеров на всех кабельных сегментах
сети - 90. На практике, домен коллизий Ethernet
10Mbit (с любым типом кабеля - коаксиал или
витая пара) с более чем 30 активными
точками крайне неэффективен, а при
высокой нагрузке просто
неработоспособен.
- Минимальная длина кабельного сегмента -
0.5 м, максимальная общая длина сети - 925 м.
Физическая топология домена коллизий на
базе технологий 10Base-2 и 10Base-5 совпадает с
логической и представляет из себя типичный
пример "общей шины" со всеми ее
недостатками в виде низкой надежности и
последовательного доступа к общей среде
передачи. В результате эти технологии
практически не используются, уступив место
более прогрессивным, однако их "родимые
пятна" проступают в архитектуре Ethernet до
сих пор.
Витая пара
Коаксиальный кабель и сопутствующие ему
специфические разъемы достаточно дороги и
не очень удобны для прокладки и монтажа
сети, поэтому еще во времена 10Mbit Ethernet им был
найден дешевый заменитель - так называемая
"витая пара".
Фактически, кабели UTP Cat3 (для сетей 10Base-T и
100Base-T4) и UTP Cat5 (для 100Base-T) представляют из
себя хорошо знакомые телефонистам кабели
"витая пара", который получается
универсальным, удовлетворяющим
требованиям как ЛВС, так и телефонии, что
позволяет строить на его основе так
называемые "Структурированные Кабельные
Сети" (СКС) двойного назначения.
Аббревиатура UTP переводится как "Unshielded
Twisted Pair" - витая пара без экрана.
Стандартный кабель UTP, как правило, имеет 4
пары проводов - и поскольку для 10Base-T
достаточно двух пар, оставшиеся две "лишних"
либо заземляются (внутри активного
оборудования - концентратора и т.д.), либо их
можно использовать для телефонии. Обращаем
ваше внимание на то, что пары в кабеле имеют
разную цветовую маркировку не просто так, и
не все равно, какую пару к каким контактам
подключать - дело в том, что эти пары имеют
разный шаг скрутки с целью снизить
перекрестные наводки в кабеле, и эта цель
достигается только при правильном их
подключении.
Эмпирические правила построения сети
10Base-T (10 Mbit Ethernet на витой паре, Half-Duplex) таковы:
- Любая трасса прохождения сигнала в сети
не должна содержать более 4
концентраторов
- Максимальная длинна кабельного
сегмента (то есть самый длинный кусок
кабеля) - не более 100 м. Минимальная
длинна кабельного сегмента - не менее 2.5
м.
- Максимальная длинна сети (самая длинная
трасса прохождения сигнала) - не более 500
м.
Сеть строится по топологии "звезда",
компьютеры и другие точки доступа
подключаются к концентраторам с помощью UTP
кабеля категории 3 или 5, коннекторов RJ-45 и
схемы "прямого соединения" (коннекторы
RJ-45 на обоих концах кабеля расшиваются
одинаково). Соединение концентраторов
между собой осуществляется с помощью
кабелей "перекрестного соединения"
(Cross-Over - когда на одном из концов кабеля
коннектор RJ-45 расшивается специальным
образом) или, при использовании на одном из
них Up-Link-порта - с помощью кабелей прямого
соединения. Несмотря на то, что стандарт IEEE
802.3 не накладывает специальных ограничений
на длину Cross-Over и Uplink кабелей, не
рекомендуется делать их очень длинными (более
30-50 метров).
Сеть стандарта 100BaseTX строится аналогично
спецификации 10BaseT. Основой сети является
концентратор, к которому PC подключаются
кабелями UTP 5 категории с максимальной
длинной 100м. Однако, при каскадировании
концентраторов FastEthernet, расстояние между
ними должно быть не более 5м (при
использовании концентраторов класса II).
Таким образом, расстояние между двумя
наиболее удаленными компьютерами будет
составлять не более 205м. Решить эту проблему
можно используя коммутаторы (Switching hub).
Коммутирующий концентратор делит сеть на
несколько доменов коллизий и таким образом
позволяет подключать "uplink" длиной до 100м.
|
