Под сетевой архитектурой понимают набор стандартов, топологий и протоколов низкого уровня, необходимых для создания работоспособной сети.

За многие годы развития сетевых технологий было разработано много различных архитектур. Рассмотрим их.

Token Ring .

Технология разработана компанией IBM в 1970-х годах, а затем была стандартизована IEEE в «Проекте 802» как спецификация 802.5. Она имеет следующие характеристики:

· физическая топология – «звезда»;

· логическая топология – «кольцо»

· скорость передачи данных – 4 или 16 Мбит/с;

· среда передачи – витая пара (используется 2 пары);

UTP – 150 м (для 4 Мбит/с)

STP – 300 м (для 4 Мбит/с)

или 100 (для 16 Мбит/с);

· максимальная длина сегмента с репитерами:

UTP – 365 м

STP – 730 м

* максимальное количество компьютеров на сегмент – 72 или 260 (в зависимости от типа кабеля)

Для объединения компьютеров в сетях Token Ring используются концентраторы MSAU, неэкранированная или экранированная витая пара (возможно и применение оптоволокна).

К преимуществам архитектуры Token Ring можно отнести высокую дальность передачи при использовании повторителей (до 730 м). Можно использовать в автоматизированных системах в реальном времени.

Недостатки архитектуры – довольно высокая стоимость, низкая совместимость оборудования.

Сетевая среда ARCNet была разработана корпорацией Datapoint в 1977 году. Стандартом она не стала, но соответствует спецификации IEEE 802.4. Это простая, гибкая и недорогая архитектура для небольших сетей (до 256 компьютеров) характеризуется следующими параметрами:

· физическая топология – «шина» или «звезда»;

· логическая топология – «шина»

· метод доступа – передача маркера;

· скорость передачи данных – 2,5 или 20 Мбит/с;

· среда передачи – витая пара или коаксиальный кабель;

· максимальный размер кадра – 516 байт;

· среда передачи – витая пара или коаксиальный кабель

· максимальная длина сегмента:

Для витой пары – 244 м (для любой топологии)

Для коаксиального кабеля – 305 м или 610 м (для топологии «шина» или «звезда», соответственно).

Для соединения компьютеров используются концентраторы. Основной тип кабеля – коаксиальный типа RG-62. Поддерживается также витая пара и оптоволокно. Для коаксиального кабеля используется BNC-коннекторы, для витой пары – коннекторы RJ-45. Основное достоинство не большая стоимость оборудования и сравнительно большая дальность.

AppleTalk .

Фирменная сетевая среда, предложенная компанией Apple в 19883 году и встроенная в компьютеры Macintosh. Она включает в себя целый набор протоколов, соответствующих модели OSI. На уровне сетевой архитектуры используется протокол LokalTalkФ, имеющий следующие характеристики:

· топология – «шина» или «дерево»;

· метод доступа – CSMA/CA;

· скорость передачи данных – 230,4 Кбит/с;

· среда передачи данных – экранированная витая пара;

· максимальная длина сети – 300 м;

· максимальное число компьютеров – 32.

Очень низкая пропускная способность привела к тому, что многие производители стали предлагать адаптеры расширения, позволяющие AppleTalk работать с сетевыми средами большой пропускной способности – EtherTalk, TokenTalk, FDDITalk. В локальных сетях, построенных на базе IBM-совместимых компьютеров сетевая среда AppleTalk практически не встречается.

100VG-AnyLAN .

Архитектура 100VG-AnyLAN была разработана в 90-х годах компаниями AT&T и Hewlett-Packard для объединения сетей Ethernet b Token Ring. В 1995 году эта архитектура получила статус стандарта IEEE 802.12. Она имеет следующие параметры:

· топология – «звезда»;

· метод доступа – по приоритету запроса;

· скорость передачи данных – 100 Мбит/с;

· среда передачи – витая пара категории 3,4 или 5 (используются все 4 пары);

· максимальная длина сегмента (для оборудования HP) – 225 м.

Из-за сложности и высокой стоимости оборудования в настоящее время практически не применяется.

Архитектура для домашних сетей.

Home PNA .

В 1966 году целый ряд компаний объединились для создания стандарта, позволяющего строить домашние сети на основе обычной телефонной проводки. Результатом этой работы стало появление в 1998 году архитектуры Home PNA 1.0, а затем Home PNA 2.0, Home PNA3.0 . Их краткие характеристики:

Таблица № 1. Сравнение стандартов Home PNA.

Во всех указанных стандартах используется самый популярный метод доступа к среде – CSMA/CD; в качестве среды – телефонный кабель; в качестве разъемов – телефонные коннекторы RJ-11. Устройства Home PNA могут работать и с витой парой и с коаксиальным кабелем, причем, дальность передачи существенной возрастает.

Следует не забывать, что телефонные линии в России не отвечают стандартым развитых стран как по качеству, так и по охвату. Цены на адаптеры довольно высоки. Тем не менее, данную архитектуру можно рассматривать в качестве альтернативы для беспроводных сетей в офисных зданиях и жилых домах.

Домашние сети на базе электропроводки.

Эта технология появилась недавно и получила название Home PLC. Оборудование в продаже имеется, но популярности пока не имеет.

Параметры сетей HomePlug:

· топология – «шина»;

· скорость передачи данных – до 85 Мбит/c$

· метод доступа – CSMA/CD;

· среда передачи – электрическая проводка;

Недостатки сетей Home PLC –незащищенность от перехвата, требующая обязательного применения шифрования и большая чувствительность к электрическим помехам. К тому же такая технология пока еще дорога.

Технологии, используемые в современных локальных сетях.

Ethernet .

Архитектура Ethernet объединяет целый набор стандартов, имеющих как общие черты, так и отличные. Первоначально она была создана фирмой Xerox в середине 70-х годов и представляла собой систему передачи со скоростью 2,93 Мбит/с. После доработки с участием компаний DEC и Intel архитектура Ethernet послужила основой принятого в 1985 году стандарта IEEE 802.3, определившая для нее следующие параметры:

· топология – «шина»;

· метод доступа – CSMA/CD;

· скорость передачи – 10 Мбит/с;

· среда передачи – коаксиальный кабель;

· применение терминаторов – обязательно;

· максимальная длина сегмента сети – до 500 м;

· максимальная длина сети – до 2,5 км;

· максимальное количество компьютеров в сегменте – 100;

· максимальное количество компьютеров с сети – 1024.

В исходной версии предусматривалось применение коаксиального кабеля двух типов «толстого» и «тонкого» (стандарты 10Base-5 и 10Base-2 соответственно).

В начале 90-х годов появилась спецификация для построения сетей Ethernet c использованием витой пары (10Base-T) и оптоволокна (10Base-FL). В 1995 году был опубликован стандарт IEEE 802.3u, обеспечивающий передачу на скоростях до 100 Мбит/с. В 1998 году появился стандарт IEEE 802.3z и 802.3ab, а в 2002 году IEEE802.3 ae. Сравнение стандартов приведены в таблице № 12.2.

Таблица № 12.2. Характеристики различных стандартов Ethernet.

Реализация	Скорость Мбит/c	Топология	Среда передачи	Максимальная длина кабеля, м
Ethernet
10Base-5		«шина»	Толстый коаксиальный кабель
10Base-2		«шина»	Тонкий коаксиальный кабель	185; реально до 300
10Base-T		«звезда»	Витая пара
10Base-FL		«звезда»	оптоволокно	500 (станция-концентратор); 200 (между концертраторами)
Fast Ethernet
100Base-TX		«звезда»	Витая пара категории 5 (используется 2 пары)
100Base-T4		«звезда»	Витая пара категории 3,4, 5 (используется четыре пары)
100Base-FX		«звезда»	Многомодовое или одномодовое оптоволокно	2000 (многомодовый) 15000 (одномодовый) реально – до 40 км
Gigabit Ethernet
1000Dase-T		«звезда»	Витая пара категории 5 или выше
1000Dase-CX		«звезда»	Специальный кабель типа STR
1000Dase-SX		«звезда»	оптоволокно	250-550 (многомодовый), в зависимости от типа
1000Dase-LX		«звезда»	оптоволокно	550 (многомодовый); 5000 (одномодовый); реально – до 80 км
10 Gigabit Ethernet
10GDase-x		«звезда»	оптоволокно	300-40000 (в зависимости от типа кабеля и длины волны лазера)

Недостаток сетей Ethernet связан с использованием в них метода доступа к среде CSMA/CD (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением столкновений). При увеличении количества компьютеров растет число столкновений, что снижает пропускную способность сети и увеличивает время доставки кадров. Поэтому рекомендуемой нагрузкой сети Ethernet считается уровень в 30-40% от общей полосы пропускания. Этот недостаток легко устраняется путем замены концентраторов мостами и коммутаторами, умеющими изолировать передачу данных между двумя компьютерами в сети от других.

Преимуществ у сети Ethernet очень много. Сама технология проста в реализации. Стоимость оборудования не высока. Можно использовать практически любые виды кабеля. Поэтому в настоящее время данная архитектура сетей можно сказать, что она является господствующей.

Беспроводные сети

Wi-Fi – популярная в мире и быстро развивающаяся в России технология, обеспечивающая беспроводное подключение мобильных пользователей к локальной сети и Интернету (рис.12.5).

В стандарте 802.11 предусматривается использование только полудуплексные приемопередатчики, которые не могут одновременно передавать и принимать информацию. Поэтому в качестве метода доступа к среде во всех стандартах используется метод CSMA/CA (с предотвращением коллизий), позволяющий избегать столкновений.

Основным недостатком сетей Wi-Fi является малая дальность передачи данных, не превышающая для большинства устройств 150 м (максимум 300 м) на открытом пространстве и всего несколько метров в помещении.

Данную проблему решает архитектура WiMAX, разрабатываемая в рамках рабочей группы IEEE 802.16. Реализация этой технологии, также использующей радиосигналы в качестве среды передачи, позволит предоставить пользователям скоростной беспроводной доступ на расстояниях до нескольких десятков км (рис. 10.6.).

Рис. 12.6. Беспроводное подключение мобильных пользователей к локальной сети и Интернету (до десятков км).

Новая технология Bluetooth использует радиосигнал 2,4 Ггц. Она имеет низкое энергопотребление, что позволяет использовать ее в переносных устройствах – ноутбуках, мобильных телефонах (рис.12.7.)

Рис. 12.7. Беспроводное подключение мобильных пользователей к локальной сети и Интернету (до десяти метров).

Bluetooth практически не требует настройки. У нее низкие показатели по дальности (до 10 метров) при 400-700 Кбит/с.

Специализация распределенных вычислений:

Сети и протоколы;

Сетевые мультимедиасистемы;

Распределенные вычисления;

4. Аппаратура компьютерных сетей

Аппаратура сетей — узлы и средства их соединения — определяется выбранной сетевой архитектурой. В данном разделе приводятся сведения о наиболее популярных архитектурах локальных и глобальных сетей.

4.1 Компоненты сети

Кабельный сегмент сети — цепочка отрезков кабелей, электрически соединенных друг с другом.

Логический сегмент сети, или просто сегмент — группа узлов сети, имеющих непосредственный доступ друг к другу на уровне пакетов канального уровня. В интеллектуальных хабах Ethernet группы портов могут объединяться в логические сегменты для изоляции их трафика от других сегментов в целях повышения производительности и защиты.

Кабельная сеть — совокупность кабельных сегментов и узлов, связанных между собой повторителями. Для архитектуры Ethernet узлы, подключенные к кабельным сегментам, соединенным повторителями, а также узлы, соединенные простейшими хабами (многопортовыми повторителями), принадлежат к одной кабельной сети.

Интерсеть — совокупность кабельных сетей, связанных между собой мостами или маршрутизаторами.

Сеть IPX — кабельная сеть в совокупности с принятым типом фрейма, имеющая собственный IPX-номер (4-байтный идентификатор), уникальный в интерсети. В одной кабельной сети Ethernet может существовать две различные сети IPX с собственными номерами, различающиеся применяемым типом фрейма (802.2 и 802.3).

Кабельный центр — хаб (Hub) — устройство физического подключения нескольких сегментов или лучей.
Интеллектуальный хаб (Intelligent Hub) имеет специальные средства для диагностики и управления, что позволяет оперативно получать сведения об активности и исправности узлов, отключать неисправные узлы и т. д. Стоимость существенно выше, чем у обычных.
Активный хаб (Active Hub) усиливает сигналы, требует источника питания.
Peer Hub — хаб, исполненный в виде платы расширения PC, использующей только источник питания PC. Распространен в сетях ARCnet.
Пассивный хаб (Passive Hub) только согласует импедансы линий (в сетях ARCnet).
Standalone Hub — самостоятельное устройство с собственным источником питания (обычный вариант).

Концентратор - более сложный хаб, обычно с возможностью соединения сетей различных архитектур.
Четкой границы между хабами и концентраторами нет, и те и другие могут являться повторителями, мостами или маршрутизаторами.

Повторитель (Repeater) — устройство для соединения сегментов одной сети, обеспечивающее промежуточное усиление и формирования сигналов. Оперирует на физическом уровне модели OSI. Позволяет расширять сеть по расстоянию и количеству подключенных узлов.
Мост (Bridge) — средство передачи пакетов между сетями (локальными), оперирует на двух нижних уровнях модели OSI, для протоколов сетевого уровня прозрачен. Осуществляет фильтрацию пакетов, не выпуская из сети пакеты для адресатов, находящихся внутри сети, а также переадресацию — передачу пакетов в другую сеть в соответствии с таблицей маршрутизации или во все другие сети при отсутствии адресата в таблице. Таблица маршрутизации обычно составляется в процессе самообучения по адресу источника приходящего пакета. Мосты классифицируются по нескольким признакам:
По уровню протокола:

• MAC-Layer Bridges работают на подуровне управления доступом к среде, позволяют связывать сети одинаковой архитектуры (с одинаковыми форматами пакетов).
• LLC-Layer Bridges работают на подуровне управления логической связью, позволяют связывать сети с различными архитектурами (Ethernet — Token Ring — Arcnet).

По алгоритму трассировки:

• Transparent routing (прозрачный) — мост сам определяет трассу для каждого пакета, запоминая местоположение всех узлов. Используется в сетях Ethernet.
• Source Routing — трасса пакета вводится в адресную часть самим источником пакета. Используется в Tokeng Ring.

По отношению к серверу::

• внутренний мост (Internal Bridge) — часть программного обеспечения сервера, обеспечивающая пересылку пакетов между сегментами, подключенными к разным сетевым адаптерам.
• внешний мост (External, Stand-alone Bridge) — отдельное устройство.

По расстоянию между соединяемыми сетями:

• локальный мост (local Bridge) соединяет рядом расположенные локальные сети.
• удаленный мост (Remote Bridge) соединяет географически разнесенные локальные сети через средства телекоммуникации (выделенные или коммутируемые телефонные линии и т. д.). Телекоммуникация является узким местом моста, для повышения производительности возможно параллельное использование нескольких каналов связи.

Маршрутизатор (Router) — средство обеспечения связи между узлами различных сетей, оперирует на сетевом уровне модели OSI, использует сетевые (логические) адреса. Сети могут находиться на значительном расстоянии, и путь, по которому передается пакет, может проходить через несколько маршрутизаторов. Сетевой адрес интерпретируется как иерархическое описание местоположения узла. Маршрутизаторы поддерживают протоколы сетевого уровня: IP, IPX, X.25, IDP. Мультипротокольные маршрутизаторы (более сложные и дорогие) поддерживают несколько протоколов одновременно для гетерогенных сетей. Brouter (Bridging router) — комбинация моста и маршрутизатора, оперирует как на сетевом, так и на канальном уровне.
Основные характеристики маршрутизатора:

• тип: одно- или многопротокольный, LAN или WAN, Brouter;
• поддерживаемые протоколы;
• пропускная способность;
• типы подключаемых сетей;
• поддерживаемые интерфейсы (LAN и WAN);
• количество портов;
• возможность управления и мониторинга сети.

Шлюз (Gateway) — средство соединения существенно разнородных сетей, оперирующее на верхних (5-7) уровнях модели OSI. В отличие от повторителей, мостов и маршрутизаторов, прозрачных для пользователя, присутствие шлюза заметно. Шлюз выполняет преобразование форматов и размеров пакетов, преобразование протоколов, преобразование данных, мультиплексирование. Обычно реализуется на основе компьютера с большим объемом памяти. Примеры шлюзов:

• Fax: обеспечивает доступ к удаленному факсу, преобразуя данные в факс-формат;
• E-mail: обеспечивает почтовую связь между локальными сетями. Шлюз обычно связывает MHS, специфичный для сетевой операционной системы с почтовым сервисом по X.400;
• Internet: обеспечивает доступ к глобальной сети Internet;
• Mainframe: подключает локальную сеть к большим машинам. Выделение одного компьютера под шлюз позволяет любой станции эмулировать терминал (3270) без установки дополнительных интерфейсных карт.

Узел сети (Node) — компьютер с сетевым интерфейсом (выступающий в роли рабочей станции, сервера или в обеих ролях), принтер или другое разделяемое устройство с сетевым интерфейсом.
Физическая топология сети — расположение узлов и соединений: шина (Bus), кольцо (Ring), звезда (Star), сетка (Mesh), дерево (Tree) и т. д.
Логическая топология определяет потоки данных.
В логической шине информация одновременно доступна для всех узлов, подключенных к одному сегменту. Реальное считывание производит только тот узел, которому адресуется данный пакет. Реализуется на физической топологии шины, звезды, дерева или сетки. Метод доступа — вероятностный (Probabilistic), основанный на прослушивании сигнала в шине.
В логическом кольце информация передается последовательно от узла к узлу. Каждый узел принимает пакеты только от предыдущего и посылает только последующему узлу по кольцу. Узел транслирует все пакеты и обрабатывает те, которые адресованы ему. Реализуется на физической топологии кольца или звезды с внутренним кольцом в концентраторе. Метод доступа — детерминированный (Deterministic), базирующийся на сетевом адресе узла.

4.2 Сетевые архитектуры

Сетевая архитектура соответствует реализации физического и канального уровня модели OSI и определяет кабельную систему, кодирование сигналов, скорость передачи, формат сетевых кадров (фреймов), топологию и метод доступа. Каждой архитектуре соответствуют свои компоненты — кабели, разъемы, интерфейсные карты, кабельные центры и т. д.
Первое поколение архитектур обеспечивало низкие и средние скорости передачи: LocalTalk — 230 кбит/с, ARCnet — 2.5 Мбит/с, Ethernet — 10 Мбит/с и Token Ring — 16 Мбит/с. Исходно они были ориентированы на электрические кабели (Copper-based).
Второе поколение — FDDI (100 Мбит/с), ATM (155 Мбит/с и выше), Fast Ethernet (100 Мбит/с) в основном ориентировано на оптоволоконный кабель (Fiber-based).
В локальных и широкомасштабных сетях применяются различные сетевые технологии, выбор которых зависит от многих факторов. Решающими факторами являются следующие:

• требования к пропускной способности сети и скорости отклика;
• расположение узлов, расстояния и условия прокладки коммуникаций;
• требования надежности и конфидециальности связи;
• ограничения на стоимость аппаратуры и коммуникаций.

Наиболее распространенными решениями для локальных сетей являются архитектуры Ethernet и Token Ring, нередко еще используется ARCnet, для Macintosh характерно использование Apple Talk и Ether Talk.
Для широкомасштабных сетей высокоэффективным, но пока весьма дорогостоящим решением является применение FDDI, ATM, ISDN, BISDN.
Для удаленных коммуникаций применяются протоколы PPP, SLIP, обеспечивающие связь по телефонным каналам через модемы, а также сети с протоколом X.25.

Ethernet

Ethernet — архитектура сетей с разделяемой средой и широковещательной передачей (все узлы получают пакет одновременно) и методом доступа CSMA/CD. Стандарт определен документом IEEE802.3. Физическая топология — шина для коаксиала, звезда — для витой пары, двухточечное соединение — для оптоволокна. Существуют следующие 10 Мбит/с стандарты Ethernet.
10Base5 — Thick (толстый) Ethernet. Синонимы: ThickNet, Yellow (желтый кабель), Standard Ethernet. Классический вариант, введенный в 60-х годах, использует толстый коаксиальный кабель RG-8 или RG-11 с посеребренной центральной жилой и двойной экранной оплеткой. Кабель имеет волновое сопротивление 50 Ом и малое затухание. Для подключения каждого узла на кабель устанавливается трансивер, от которого к адаптеру идет кабель-спуск длиной до 50 м. Толстый кабель сложен в монтаже, его аксессуары теперь весьма дороги (комплект, состоящий из трансивера со спуском, стоит около $150). Основное преимущество — высокая помехозащищенность и напряжение изоляции трансивера. Применяется для прокладки базовых сегментов (Backbone).
10Base2 — Thin (тонкий) Ethernet. Синонимы: ThinNet, CheaperNet (дешевая сеть). Популярный вариант, использует тонкий коаксиальный кабель RG-58, имеющий волновое сопротивление 50 Ом, среднее затухание и помехозащищенность. Широко применяется для подключения станций и прокладки базовой сети между хабами. Пока самый дешевый вариант сети.
10BaseT — Twisted-pair Ethernet — на неэкранированной витой паре 3-5 категории;
Топология — звезда, в центре которой находится хаб, обеспечивающая ряд преимуществ по сравнению с шиной:

• к каждому узлу подходит только один гибкий кабель.
• повреждение одного лучевого кабеля приводит к отказу соединения только одного узла.
• несанкционированное "прослушивание" пакетов в сети затруднено.

Является перспективной альтернативой тонкому Ethernet во многих случаях.
10BaseF — несколько вариантов сети на оптоволоконном кабеле. Обычно используется как двухточечная связь на большие расстояния. Среда передачи — две нитки одномодового или многомодового оптоволокна. Оптоволоконная аппаратура при основном своем недостатке — высокой цене — имеет ряд преимуществ:

• нечувствительность к электрическим и электромагнитным помехам;
• гальваническая развязка узлов на любое требуемое напряжение;
• исчисляемое километрами расстояние передачи без повторителей и тысячами километров — с промежуточными ретрансляторами;
• высокая степень конфиденциальности каналов связи;
• широкополосность каналов.

Конструктивно оптический трансивер — FOIRL, FIRL (Fiber-Optic Inter-Repeater Link) — представляет собой устройство чуть больше спичечного коробка, подключаемое непосредственно к DIX-разъему AUI-адаптера. Оконечные отрезки волоконного кабеля заводятся в специальные оптические разъемы, соединяя выход передатчика Tx на одном конце со входом приемника Rx на другом конце. Некоторые модели хабов уже имеют порты с оптическими разъемами.

Возможны следующие 100 Мбит/с версии Ethernet: 100BaseTX , 100BaseT4, 100BaseFX. Среда передачи для 100BaseTX (наиболее распространенный Fast Ethernet) — две неэкранированные витые пары (UTP) категорий 3, 4 или 5; для 100BaseT4 — четыре пары UTP категории 5 или экранированные витые пары STP (Shielded Twisted Pair); для 100BaseFX — оптоволоконный кабель. Несмотря на высокую цену, аппаратура на 100 мбит/с находит все более широкое применение там, где 10 мбит/с является уже узким местом.

1Base5 — StarLAN Ethernet — старый вариант на витой паре и 10Broad36 — сеть на широкополосном 75-омном коаксиальном кабеле — упомянем только для исторической справки.

Таблица 4.1. Топологические характеристики популярных разновидностей Ethernet

	10Base5	10Base2	10BaseT	10BaseF	100BaseT
Топология	Шина	Шина	Звезда	Точка-точка	Звезда
Максимальная длина сегмента, м	500	185 или 300	100	1000 (возможно и больше)	100
Расстояние между узлами	Кратно 2,5 м	больше 0,5 м	Не задается	Не задается	Не задается
Кабель	RG-8	RG-58	UTP 3,4,5 категории	Оптоволокно	UTP 5 категории
Максимальное количество узлов в кабельном сегменте	100	30	Определяется хабами	2	Определяется хабами
Напряжение изоляции между узлами	До 5 кВ	100 В	100 В	Любое	100 В

Switched Ethernet (коммутирующий) — развитие технологии Ethernet, направленное на повышение производительности сети. В этом случае управление доступом к среде практически переносится с узлов в центральное коммутирующее устройство, обеспечивающее установление виртуальных выделенных каналов между парами портов — источниками и получателями пакетов. От узлов-передатчиков коммутирующий хаб почти всегда готов принять пакет либо в свой буфер, либо практически без задержки передать его в порт назначения (коммутация "на лету" — On-the-fly).

ARCnet

ARCnet (Attached Resource Computer Network — компьютерная сеть соединенных ресурсов) — архитектура сетей с разделяемой средой и широковещательной передачей. Метод доступа маркерный (Token passing), логическая топология — шина, физическая — комбинация шины и звезды (дерево). Скорость передачи 2,5 Мбит/с.

Кабель коаксиальный RG-62 с волновым сопротивлением 93 Ом, возможно применение кабеля с волновым сопротивлением 50-110 Ом и соответствующими терминаторами. Кабельные петли (кольца через хабы) недопустимы. Мало распространенные варианты — неэкранированная витая пара и скорость 20-100 Мбит/с.

Адаптеры: высокоимпедансные (Bus), низкоимпедансные (Star) и переключаемые, использующиеся в различных топологиях. Каждому адаптеру в сети при инсталляции назначают свой уникальный восьмибитный адрес, задающийся переключателями в диапазоне 1-254. Потребляемые системные ресурсы аналогичны адаптерам Ethernet.

Хабы: активные (с усилением сигнала) от 4 до 64 портов, применяются в высоко- и низкоимпедансных сетях; пассивные четырехпортовые резистивные согласователи импедансов применяются только для низкоимпедансных сетей.

Терминаторы: устанавливаются на концах шинных сегментов и неиспользуемых портах пассивных хабов.

Высокоимпедансные сети. Максимальная длина сегмента 305 м, узлы подключаются через BNC T-коннекторы, ответвления недопустимы, минимальное расстояние между узлами 1 м, допускается до 8 узлов в сегменте. Используются только активные хабы. Сегменты должны заканчиваться терминатором или активным хабом (адаптером).

Низкоимпедансные сети. Активный хаб может соединяться кабелем с адаптером (610 м), активным хабом (610 м) или пассивным хабом (30 м). Пассивный хаб может стоять только между активными узлами. На неиспользуемые порты пассивных хабов должны, а активных — могут устанавливаться терминаторы.

Смешанные сети строятся по вышеприведенным правилам. Общие ограничения: максимальное затухание в кабеле на частоте 5 МГц — 11 дБ, задержка распространения сигналов между узлами до 30 мкс.

Основные преимущества ARCnet перед Ethernet, обеспечивавшие его былую популярность: низкая стоимость схем присоединения (по сравнению с CSMA/CD), меньшая критичность к кабелю, более гибкая топология, легкость диагностики сети при звездообразной топологии, менее резкая (по сравнению с Ethernet) чувствительность пропускной способности к количеству и активности узлов сети.

Недостатки: малоэффективное использование и без того низкой пропускной способности канала из-за избыточности кода и административных пакетов. Реальная производительность, даже для небольших сетей не превышающая 65% от максимальной, с увеличением числа узлов падает. Однобайтное ограничение на адрес создает неудобства при объединении сетей. Ошибочное задание совпадающих адресов локализуется исключительно методом последовательного отключения узлов. Малый размер фрейма (252 байта данных в оригинальном варианте и 508 байтов в расширенном) трудно стыкуем с вышестоящими уровнями (Novell IPX передает пакет длиной 576 байт).

В настоящее время аппаратура ARCnet практически не выпускается, но поддерживается всеми продуктами Novell.

Token Ring

Token Ring (маркерное кольцо) — архитектура сетей с кольцевой логической топологией и детерминированным методом доступа с передачей маркера. Стандарт определен документом IEEE802.5, но IBM — основной проводник этой архитектуры — использует несколько отличающуюся спецификацию.

Логическое кольцо реализуется на физической звезде, в центре которой находится MAU (Multistation Access Unit) — хаб с портами подключения каждого узла. Для присоединения кабелей используются специальные разъемы, обеспечивающие замыкание кольца при отключении узла от сети. При необходимости сеть может расширяться за счет применения дополнительных хабов, связанных в общее кольцо. Требование безразрывности кольца усложняет кабельное хозяйство Token Ring, использующее четырехпроводные экранированные и неэкранированные витые пары и специальные коммутационные средства.

Облегченный вариант разводки обеспечивает подключение до 96 станций к 12 восьмипортовым хабам с максимальным удалением станции от хаба не более 45 м. Длина кабеля между хабами может достигать 45 м при их суммарной длине не более 120 м.

Стационарная разводка обеспечивает подключение до 260 станций и 33 хабов с расстоянием между устройствами до 100 м при общей длине кольца хабов до 200 м.

Оптоволоконный кабель увеличивает длину сегмента до 1 км.

Информация по кольцу передается только в одном направлении по цепочке от станции к станции, скорость передачи 4 или 16 Мбит/с. Адаптер узла копирует в свой буфер только адресованные ему пакеты.

Использование системных ресурсов PC и конфигурирование адаптеров аналогичны Ethernet. Программное обеспечение кроме обычного для всех сетевых адаптеров содержит дополнительные модули-агенты как на сервере, так и на рабочей станции.

Основное преимущество Token Ring — заведомо ограниченное время ожидания обслуживания узла (в отличии от Ethernet не возрастающее при усилении трафика), обусловленное детерминированным методом доступа и возможностью управления приоритетом. Это свойство позволяет использовать Token Ring в системах реального времени. Кроме того, сети Token Ring легко соединяются с сетями на больших машинах (IBM Mainframe).

Недостатками Token Ring являются высокая стоимость оборудования и сложность построения больших сетей (WAN).

Local Talk, 100BaseVG, TCNS, Token Bus

Local Talk — сетевая архитектура фирмы Apple, штатная подсистема Macintosh. Среда передачи — витая пара, скорость 230.4 кбит/с, интерфейс RS-422, метод доступа CSMA/CA.

100BaseVG — 100 Мбит/с сеть на витой паре категории 3 (Voice-Grade TP — витая пара для голосовой телефонии). Разработана фирмами Hewlett-Packard и AT&T Microelectronics как развитие Ethernet, описывается стандартом IEEE802.12. Использует 4 пары проводов, передача в любую сторону использует все пары одновременно (Quartet Signaling). Физическая топология — звезда, метод доступа — Demand Priority, управление передачей возложено на центральные коммутационные устройства, что обеспечивает предопределенное время отклика для критичных ко времени задач.

100VG-AnyLAN (100BaseVG-AnyLAN) — расширение 100BaseVG, введенное фирмами Hewlett-Packard и IBM. Является неким гибридом Ethernet и Token Ring, поддерживая их форматы кадров (802.3 и 802.5). Кроме приоритетов доступа поддерживает 2 уровня приоритетов передачи, что позволяет использовать сеть для критичных ко времени приложений (мультимедийных, видеоконференций и др.). Среда передачи — неэкранированная витая пара 3, 4, 5 категории. Адаптеры AnyLAN совместимы с обычными адаптерами Token Ring и Ethernet.

TCNS (Thomas-Conrad Network System) — 100 Мбит/с версия ARCnet фирмы Thomas-Conrad. Среда передачи — коаксиал, витая пара IBM Type 1 STP или UTP Level 5, оптоволокно; топология — звезда. Требует специальных адаптеров, программно совместимых с обычными драйверами ARCnet. Адаптеры могут применяться для зеркальных серверов в NetWare SFT III.

Token Bus — сетевая архитектура, определенная спецификацией IEEE802.4. Среда передачи — коаксиал 75 Ом или оптоволокно, скорость 1-20 Мбит/с в зависимости от среды. Физическая топология — шина, логическая — кольцо, метод доступа — передача маркера. Поддерживается система приоритетов, обеспечивающая заданное время отклика для различных уровней. Используется в промышленности, на ней базируются различные типы протоколов промышленной автоматики, например MAP (Manufacturing Automation Protocol).

FDDI и CDDI

FDDI (Fiber Distributed Data Interface) — стандартизованная спецификация ANSI X3T9.5 для сетевой архитектуры высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи — 100 Мбит/с. Топология — кольцо (двойное), возможна гибридная: включение звездообразных или древовидных подсетей в главную сеть через концентратор. Метод доступа — маркерный с возможностью одновременного циркулирования множества кадров в кольце. Максимальное количество станций в сети — до 1000, расстояние между станциями до 2 км при многомодовом и до 45 км при одномодовом кабеле (затухание сигнала между станциями до 11 дБ), длина кольца до 100 км (может увеличиваться за счет применения более мощной аппаратуры). В некоторых случаях вторичное кольцо используется для повышения пропускной способности потенциально до 200 Мбит/с.

CDDI (Copper Distributed Data Interface), он же TPDDI — (Twisted Pair Distributed Data Interface) — чисто электрическая реализация архитектуры FDDI на витой паре. Существенно дешевле оптической реализации, длина сегмента ограничена 100 м, применяется в локальных кольцах. Официального жесткого стандарта нет, корректное взаимодействие аппаратуры различных производителей не гарантируется.

Изначальная спецификация FDDI-I обеспечивает асинхронные коммуникации с коммутацией пакетов. Существующий синхронный класс трафика FDDI-I не гарантирует поддержания длительного равномерного потока данных, необходимого для голосовой и видеопередачи. Для мультимедийных приложений реального времени возможность передачи постоянного потока введена в FDDI-II, официальное название которого HRC FDDI (Hybrid Ring Control — управление гибридным кольцом).

По умолчанию сеть работает в базовом режиме, поддерживая только коммутацию пакетов. Гибридный режим — одновременное обслуживание асинхронных передач с коммутацией пакетов и изохронных передач с коммутацией каналов — включается при необходимости.

В базовом режиме по кольцу циркулирует маркер, дающий узлам право на передачу. В гибридном режиме передача организуется в виде циклов — пакетов, непрерывно повторяющихся в течении сеанса. Каждый цикл длительностью 125 мкс обеспечивает передачу данных 128 каналов (по 96 байт на канал). Реально каждому установленному каналу выделяется полоса пропускания, кратная 64 кбит/с, в зависимости от запрашиваемой скорости, максимальная скорость канала 6.144 Мбит/с.

Очень высокая стоимость оборудования определяет круг применений FDDI:

• базовые сети (Backbone), объединяющие множество сетей;
• объединение больших и миникомпьютеров и периферии (Back-end network);
• соединение мощных рабочих станций, требующих высокоскоростного обмена (Front-end network).

Каждый порт имеет трансивер, содержащий передатчик (лазерный или светодиодный излучатель) и фотодетектор. Выходы передатчиков соседних узлов соединяются со входами приемников раздельными оптическими кабелями, образуя замкнутое кольцо. Каждому узлу кольца при конфигурировании назначается адрес и приоритет.

Для повышения надежности базовая сеть имеет два кольца с противоположным направлением передачи: первичное и вторичное. В нормальном режиме используется только первичное. В случае разрыва связи между двумя станциями крайние станции замыкают первичное кольцо с помощью вторичного.

Станции, или узлы, могут быть одинарного (SAS) или двойного (DAS) подключения. DAS (Dual-Attachment Station), они же станции класса A, имеют два трансивера и могут включаться непосредственно в базовую сеть, к первичному и вторичному кольцу. SAS (Single-Attachment Station), они же станции класса B, имеют один трансивер и включаются только в первичное кольцо. В базовую сеть они могут включаться только через концентратор, или обходной коммутатор, отключающий их в случае аварии.

Концентраторы также могут быть одинарного (SAC) или двойного (DAC) подключения. В их функции входит поддержание целостности логического кольца независимо от состояния линий и узлов, подключенных к его портам. Надежность аппаратуры и электропитания концентраторов определяет живучесть кольца. DAC (Dual-Attachment Concentrator) может подключатся к любым узлам (SAS, DAS, SAC или DAC) и обеспечивает включение станций или групп (кластеров) станций в логическое кольцо. К SAC (Single-Attachment Concentrator) могут подключаться SAS или SAC, сам он должен подключаться к DAC, являющемуся частью кольца.

FDDI определяет четыре типа портов станций:

• порт A определен только для устройств двойного подключения (DAC и DAS), его вход подключается к первичному кольцу, выход — ко вторичному;
• порт B определен только для устройств двойного подключения (DAC и DAS), его вход подключается ко вторичному кольцу, выход — к первичному;
• порт M (Master) определен для концентраторов (DAC или SAC) и соединяет два концентратора или концентратор со станцией (DAS или SAS);
• порт S (Slave) определен только для устройств одинарного подключения и используется для соединения двух станций или станции и концентратора.

Адаптеры FDDI для PC используют системные шины ISA, EISA, MCA, PCI, реже VLB; их цена может превышать цену компьютера. Адаптер может иметь один (порт S) или два (порты A и B) трансивера.

Менее дорогие адаптеры с электрическим интерфейсом (TPDDI, CDDI) используют неэкранированную витую пару 5 категории с разъемами RJ-45.

Для подключения PC, не требующих полной пропускной способности FDDI, чаще применяются концентраторы, имеющие встроенные мосты для перехода на широкодоступные сетевые архитектуры (Ethernet, Token Ring).

Кабельное хозяйство FDDI весьма сложное и специфичное. Разъемы и кабели должны вносить строго регламентированное затухание. Специфические элементы:

• оптические аттенюаторы, доводящие затухание до требуемой величины;
• Bypass Switch, Dual Bypass Switch — обходной коммутатор, одиночный или двойной — дополнительное активное устройство, включаемое между узлом и кольцом, обеспечивающее обход узла в случае его отключения или отказа. Коммутатор включает узел в кольцо только при наличии разрешающего сигнала готовности, поступающего от узла по дополнительному электрическому интерфейсному кабелю;
• Coupler — устройство разветвления или (и) объединения оптических сигналов.

ATM

ATM (Asynchronous Transfer Mode) — технология коммутации пакетов, формирующая ядро Broadband ISDN (BISDN), обеспечивающая передачу цифровых, голосовых и мультимедийных данных по одним и тем же линиям. Первоначально скорость передачи была определена 155 Мбит/с, затем 662 Мбит/с и планируется до 2.488 Гбит/с. ATM используется как в локальных, так и в глобальных сетях, с успехом применяется для связи локальных сетей, сильно удаленных друг от друга.

• Линии связи — оптические, локальные или длинные. Длинные линии могут быть выделенными (арендуемыми) или коммутируемыми.
• Обеспечение параллельной передачи. Каждый узел может иметь выделенное соединение с любым другим узлом.
• Работа всегда на максимальной скорости.
• Использование пакетов фиксированной длины — ячеек (Cell) по 53 байта.
• Коррекция ошибок и маршрутизация на аппаратном уровне (частично благодаря фиксированному размеру ячеек).
• Одновременная передача данных, видеоинформации и голоса. Фиксированный размер ячеек обеспечивает равномерность голосового потока.
• Легкость балансирования загрузки: коммутируемость пакетов позволяет при необходимости повышения пропускной способности установить множество виртуальных цепей между передатчиком и приемником.

Интерфейс пользователя UNI (User Network Interface) определен ATM-форумом и допускает различные типы физического интерфейса:

• SONET (OC-3, STS-3 или STM-1 в терминологии CCITT), 155,52 Мбит/с;
• DS3, 44,736 Мбит/с;
• 100 Мбит/с с кодированием 4B/5B;
• 155 Мбит/с с кодированием 8B/10B.

Все эти интерфейсы используют оптоволокно, разрабатываются варианты стандартов на витой паре (UTP-3).

• класс A используется для передачи с постоянной скоростью потока данных (Constant Bit Rate, CBR), обеспечивает эмуляцию коммутированного канала, подходит для голосовых данных;
• класс B используется для передачи с переменной скоростью потока данных (Variable Bit Rate, VBR), например, для видеоконференций;
• класс C используется для передачи данных с установлением соединения;
• класс D используется для передачи данных без установления соединения.

Для каждого класса сервиса определяются протокольные блоки данных, PDU (Protocol Data Unit), которые являются блоками данных для ячеек. Каждый PDU содержит 48 октетов (групп по 8 бит), используемых для заголовка, концевика и собственно данных (Payload в терминологии ATM).

Первые 5 октетов ячейки составляют заголовок ATM. В него входят 4 бита общего управления потоком, 8 бит идентификатора виртуального пути, VPI (Virtual Path Identifier), 16 бит идентификатора виртуального канала, VCI (Virtual Channel Identifier), 3 бита указателя типа данных (Payload Type), 1 бит CLP (Cell Loss Priority) и 8 бит HEC (Header Error Control). Бит CLP определяет возможность отбрасывания данной ячейки в случае напряженного уровня трафика.

В ATM различают 3 плана (группы деятельности):

• план управления, на котором устанавливаются и обслуживаются вызовы и соединения;
• план пользователей, на котором происходит обычный обмен данными;
• план менеджмента, координирующий все три плана и управляющий ресурсами.

Потоки данных от различных типов сервисов (голос, видеоинформация, данные и ячейки от ATM-станций) обрабатываются сервисами соответствующих классов и "расфасовываются" в 48-октетные PDU, которые заключаются в ячейки и мультиплексируются в поток ячеек для передачи. Ячейки содержат идентификаторы виртуальных каналов и путей, которые используются для достижения адресата назначения. ATM-коммутатор использует информацию идентификаторов для направления ячеек в соответствующий порт. Поток ячеек кодируется и передается через физическую среду передачи ATM-сети. На приемной стороне производятся обратные преобразования и потоки данных передаются на выход соответствующими сервисами.

В настоящее время технология ATM является прогрессивной и быстро развивающейся, аппаратура разрабатывается и выпускается большим числом производителей, ведутся работы по обеспечению ее совместимости. В ближайшие годы ожидается резкое удешевление этой пока еще очень дорогой техники.

4.3 Модемы и факс-модемы

Модем (модулятор-демодулятор) служит для передачи информации на большие расстояния, недоступные локальным сетям.

Модемы обеспечивают телекоммуникации (обмен данными) по выделенным и коммутируемым телефонным линиям.

Факс-модемы позволяют передавать и принимать факсимильные изображения, совместимы с обычными факс-машинами.

Голосовые модемы (Voice Modem) преобразуют звуковое сообщение в файл данных, аудиосигнал сжимается по методу ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation). Сообщение может передаваться по электронной почте или в диалоге реального времени (InterPhone??) и воспроизводиться голосовым модемом через внутренний динамик (телефонную трубку) или через мультимедийные средства (Sound Blaster).

Синхронные модемы требуют две выделенные пары проводов для синхронизации и данных. Протоколы синхронного обмена:

• BSC — Binary Synchronous Communications;
• SDLC — Synchronous Data Link Control;
• HDLC — High-Level Data Link Control;

требуют установки в слот системной шины специального контроллера (достаточно дорогого).

Асинхронные модемы, подключаемые к COM-портам, позволяют использовать обычные телефонные линии, что обуславливает их широкое распространение.

Конструктивно модемы для PC выпускаются в двух исполнениях: внутренние (Internal) и внешние (External)

Внутренние модемы устанавливаются в слот системной шины, обычно эмулируют стандартный COM-порт с микросхемой 8250/16450/16550A. Адрес порта и номер IRQ задается на плате модема. Их преимущество — низкая цена, недостаток — для установки требуется вскрытие системного блока.

Внешние модемы, имеющие собственный корпус и блок питания, подключаются кабелем к 9- или 25-штырьковому разъему COM-порта. Их преимущество — для установки не требуется вскрытия системного блока; недостатки — более высокая цена, отдельное питание, дополнительное устройство на столе.

К телефонной линии модем подключается разъемом, помеченным "LINE", к телефонному аппарату — "PHONE".

Фактическими стандартами на систему команд стали системы команд модемов Hayes и USR (U.S.Robotics).

Современные модемы, используемые для коммутируемых линий, имеют средства набора номера и определения состояния линии (гудок, занято и т. п.), а также средства настройки параметров передачи. Для установления связи параметры передачи обоих модемов, участвующих в сеансе, естественно, должны совпадать.

Скоростные характеристики модемов:

• cps — скорость передачи, символов(байт)/с — параметр, интересующий конечного пользователя, определяющий эффективную скорость работы;
• bps — скорость передачи, бит/с;
• baud — количество изменений сигнала в линии за 1 секунду (бод) — этот параметр ограничен полосой пропускания линии. Для повышения эффективной скорости работы при ограниченной полосе линии применяют различные методы кодирования и модуляции, при которых bps превышает baud.

Таблица 4.2. Стандарты на модуляцию

Стандарт	bps	baud	Примечания
Bell 103	300	300
Bell 212A	1200	600
V.21	300	300	несовместим с Bell 103
V.22	1200	600	несовместим с Bell 212A
V.22bis	2400	600
V.23	1200		75 bps в дуплексном режиме
V.29	9600		полудуплекс, Fax Group III
V.32	9600	2400	дуплекс,доп. контроль
V.32bis	14400	2400	помехоустойчивый,быстрый
V.32fast	28800
HST	14400	9600	При дуплексе в обратном направлении скорости 300/450. Удобен для диалога. Используется в U.S. Robotics.

Для коррекции ошибок и сжатия данных используются различные протоколы.

MNP — Microcom Networking Protocol — де-факто стандартный протокол корреккции ошибок и сжатия данных, введенный фирмой Microcom. Различают 9 классов MNP, определяющих различный сервис. Классы 2--4 — обеспечение безошибочной передачи, классы 5 и 7 — сжатие данных, класс 6 — расширенный сервис, класс 9 — оптимизация протокольных процедур, класс 10 — адаптация к каналам связи, класс 8 — пропущен. Старшие классы обычно включают в себя и возможности младших.

MNP-1. Асинхронный байт-ориентированный полудуплекс с минимальными требованиями к скорости процессора. Только исправление. Эффективность передачи данных 70% от обычного варианта, в модемы уже не включается.

MNP-2. Асинхронный байт-ориентированный дуплекс. Только исправление. Эффективность 84%.

MNP-3. Бит-ориентированный дуплекс с синхронной связью между модемами, асинхронный для пользователя. Эффективность 108% (254 cps при 2400 bps).

MNP-4. Адаптивная сборка пакетов (длина пакета зависит от качества линии) и сокращение избыточности (повторяющаяся служебная информация удаляется из потока данных). Эффективность 120% (до 150%).

MNP-5. Сжатие данных в реальном времени. Эффективность 150%. На сжатых (ZIP, ARJ...) файлах СНИЖАЕТ скорость.

MNP-6. Выполняет универсальное согласование связи — настройку скорости модема в диапазоне 300--9600 бод в зависимости от возможностей модема на другом конце линии. Симулирует дуплекс ("статистический дуплекс").

MNP-7. Выполняет более эффективное сжатие данных, чем MNP-5. Эффективность 300%.

MNP-9. Сокращает время на протокольные процедуры подтверждения приема сообщения и повторной передачи после ошибки.

MNP-10. Борьба с плохими линиями: множественные агрессивные попытки установления связи, адаптация размера пакета к уровням помех, согласование и динамическое изменение скорости.

MNPX. Возможность переключения протокола безошибочной передачи с MNP на LAPM и обратно.

В Hayes-модемах применяется собственный протокол исправления — Hayes V-Series.

V.42 — коррекция ошибок. На 20% эффективнее MNP-4. Использует стандарт LAPM (Link Access Procedure for Modems) — протокол безошибочной передачи данных по телефонным линиям.

V.42bis — сжатие данных. Включает в себя V.42 — коррекцию ошибок. На 35% эффективнее MNP-5, не пытается сжимать уже сжатые данные (многие V.42bis-модемы имеют режим MNP-5).

Протоколы исправления и сжатия реализуются программно (дешевле, но загружается CPU), или аппаратно (дороже, но эффективнее). На серверах и станциях, использующих модемы в фоновом режиме, лучше использовать модемы с аппаратной компрессией и исправлением ошибок.

Виды сетевых архитектур

Сетевая архитектура предоставляет более подробную информацию не только о физическом расположении, но и о спецификациях используемых кабелей, и о методе, посредством которого компьютеры и прочие устройства получают доступ к сети. Сетевые архитектуры определяются строгими спецификациями, предложенными Институтом электротехники и электроники (Institute of Electrical and Electronically Engineer - IEEE), международной организацией, распространяющей по всему миру спецификации в области электротехники и информационных технологий.

Архитектура Ethernet

Как многие компьютерные и сетевые технологии, которыми мы пользуемся, сетевая архитектура Ethernet разработана в научно-исследовательском центре Ра1о А1to Research Center (PARC) компании Xerox в 1972 г. Коммерческая версия Ethernet была выпущена в 1975 г. и обеспечивала скорость передачи данных на уровне 3 Мбит/с.

Ethernet получила всеобщее признание, и компании Xerox, Intel и Digital Equipment Corporation (DEC) объединили свои усилия, чтобы улучшить технические характеристики Ethernet и довести скорость передачи данных до 10 Мбит/с. Именно эта версия Ethernet обеспечивающая скорость передачи данных на уровне 10 Мбит/с, прошла стандартизацию в институте IEEE, и ей была присвоена спецификация 802.3.

Это самая популярная сетевая архитектура в мире. Давайте рассмотрим, как Ethernet управляет доступом компьютеров и прочих устройств к сети.

Рис. 4

Ethernet/Fast Ethernet

Существуют и более быстрые версии Ethernet - гораздо быстрее, чем оригинальная версия со скоростью передачи данных на уровне 10 Мбит/с. Технология Fast Ethernet получила свое название из-за более высокой скорости передачи данных. Fast Ethernet обеспечивает полосу пропускания 100 Мбит/с. Увеличение полосы пропускания связано с тем, что время, требуемое на передачу одного бита информации по сетевым носителям, уменьшено в 10 раз. То есть сеть Fast Ethernet в 10 раз быстрее, чем сеть Ethernet, и обеспечивает скорость передачи данных на уровне 100 Мбит/с.

Технология Fast Ethernet не может быть реализована, если сетевые карты и концентраторы рассчитаны на использование в сети Ethernet со скоростью передачи данных 10 Мбит/с. Однако многие современные концентраторы, коммутаторы и сетевые карты Ethernet: имеют переключатель 10/1001, то есть могут подстраиваться под обе версии.

Gigabit Ethernet

Еще более быстрой версией Ethernet! является Gigabit Ethernet, использующая те же спецификации IEEE и тот же формат данных, что и остальные версии Ethernet. Технология Gigabit Ethernet обеспечивает скорость передачи данных на уровне 1000 Мбит/с.

Если в локальных сетях Fast Ethernet могут применяться и витые пары, и оптоволоконные кабели, то архитектура Gigabit Ethernet изначально рассчитана на использование только оптоволоконных кабелей и требует высокоскоростных коммутаторов и специализированных серверов. Gigabit Ethernet задумывалась как высокоскоростная технология для крупных сетей.

Однако в настоящее время технология Gigabit Ethernet используется в локальных сетях, а сетевые карты, ее поддерживающие, могут устанавливаться в сетевых клиентах и серверах. Также в качестве носителей в сети Gigabit Ethernet могут использоваться кабели пятой категории (о кабелях речь пойдет дальше в этой же главе). Сейчас разрабатывается еще более быстрая версия Gigabit Ethernet - 10Gigabit Ethernet. Она также рассчитана как на оптоволоконные, так и на медные кабели.

Спецификация IEEE и кабели для технологии Ethernet

Институт IEEE разработал спецификации для многих сетевых технологий, включая Ethernet. Перечислим некоторые из этих спецификаций:

802.3 - локальная сеть Ethernet (CSMA/CD); 802.5 - локальная сеть Token-Ring;

802.7 - отчет технической консультативной группы (Technical Advisory Group) по широкополосным сетям;

802.8 - отчет технической консультативной группы по оптоволоконным сетям;

802.10 - сетевая безопасность;

802.11 - беспроводные сети.

Как вы видно, технологии Ethernet соответствует спецификация 802.3. Ethernet действует на уровне канала передачи данных концептуальной модели OSI. Количество существующих типов Ethernet зависит от разновидностей используемых в сети кабелей (более подробно различные кабели будут рассматриваться в разделе «Разновидности кабелей»).

Этим типам Ethernet, Fast E и Gigabit Ethernet присваиваются трех частные наименования, такие как 10Base-T Первая часть названия (10 или 100) отражает скорость передачи данных. Например, 10 означает, что полоса пропускания в сети Ethernet составляет 10 Мбит/с.

Вторая часть названия (Base - для всех типов Ethernet) означает, что в сети Ethernet используется узкополосная (Basebend) передача сигнала. То есть данные передаются по единственному каналу связи. При таком типе передачи сигнал не может поступать по нескольким каналам, как при широкополосной (broadband).

Последняя часть названия отражает используемый кабель. Например, в названии 10Base-Т, буква «Т» означает витую пару, а заодно указывает, что это неэкранированная витая пара (и даже свидетельствует о том, что в такой сети используется неэкранированная витая пара пятой категории). Теперь, когда мы разобрались с наименованиями, пора рассмотреть имеющиеся стандарты Ethernet и Fast Ethernet. Перечислим разновидности Ethernet

10Base-T. В такой сети Ethernet используется кабель «витая пара» (неэкранированная витая пара, UTP). Максимальная длина кабеля (без усиления сигнала) составляет 100 м. 10Base-Т использует топологию «звезда»;

10Base-2. В такой сети Ethernet используется достаточно гибкий коаксиальный кабель (RG-58А/U, который часто называют тонким кабелем) с максимальной длиной 185 м (цифра 2 означает 200 м - округленное значение максимальной длины). В сети 10Base-2 используется шинная топология, причем кабель подключается к сетевой плате компьютера посредством Т-коннектора (без концентратора). Хотя 10Base-2 всегда был самой дешевой реализацией Ethernet, в настоящее время повсеместное распространение получили сети 10Base-Т;

10Base-5. В такой сети Ethernet используется толстый коаксиальный кабель, а компьютеры подключены к основной магистрали. Кабели от сетевых компьютеров подсоединяются к главному магистральному кабелю посредством пронзающих ответвителей, которые и в самом деле прокалывают изоляцию магистрального кабеля (их еще называют «зубами вампира»). Сети 10Base-5 встречаются довольно редко, хотя одно время этот тип сетей Ethernet был популярен у производителей аппаратного обеспечения;

Существует несколько форматов Ethernet-кадра.

Первоначальный Version I (больше не применяется).

Ethernet Version 2 или Ethernet-кадр II, ещё называемый DIX (аббревиатура первых букв фирм-разработчиков DEC, Intel, Xerox) - наиболее распространена и используется по сей день. Часто используется непосредственно протоколом Интернет .

Novell - внутренняя модификация IEEE 802.3 без LLC (Logical Link Control ).

Кадр IEEE 802.2 LLC .

Кадр IEEE 802.2 LLC /SNAP .

Некоторые сетевые карты Ethernet, производимые компанией Hewlett-Packard использовали при работе кадр формата IEEE 802.12, соответствующий стандарту100VG-AnyLAN .

В качестве дополнения Ethernet-кадр может содержать тег IEEE 802.1Q для идентификации VLAN , к которой он адресован, и IEEE 802.1p для указания приоритетности.

Разные типы кадра имеют различный формат и значение MTU .

В зависимости от скорости передачи данных, и передающей среды существует несколько вариантов технологии. Независимо от способа передачи стек сетевого протокола и программы работают одинаково практически во всех нижеперечисленных вариантах. Большинство Ethernet-карт и других устройств имеет поддержку нескольких скоростей передачи данных, используя автоопределение (autonegotiation ) скорости и дуплексности, для достижения наилучшего соединения между двумя устройствами. Если автоопределение не срабатывает, скорость подстраивается под партнёра, и включается режим полудуплексной передачи. Например, наличие в устройстве порта Ethernet 10/100 говорит о том, что через него можно работать по технологиям 10BASE-T и 100BASE-TX, а порт Ethernet 10/100/1000 - поддерживает стандарты 10BASE-T, 100BASE-TX и 1000BASE-T.

Сетевые архитектуры: Ethernet. 10 ВаseТ. Оборудование, параметры, характеристики, правила построения, ограничения.

10BASE-T - физический интерфейсEthernet , позволяющий компьютерам связываться при помощи кабеля типа «витая пара» (twisted pair). Название 10BASE-T происходит от некоторых свойств физической основы (кабеля). «10» ссылается на скорость передачи данных в 10 Мбит/с . Слово «BASE» - сокращение от «baseband» signaling (метод передачи данных без модуляции ). Это значит, что только один Ethernet-сигнал может находиться на линии в конкретный момент времени. Другими словами, не используется мультиплексирование (multiplexing), как в широкополосных каналах. Буква «T» происходит от словосочетания «twisted pair» (витая пара), обозначая используемый тип кабеля. В стеке протоколов OSI , 10BASE-T находится на физическом уровне. Ethernet выполняет адресацию на уровне канала данных и некоторое число функций физического уровня. В этом стеке, 10BASE-T - один из возможных стандартов физического уровня для реализации ethernet на витой паре - другими вариантами являются10BASE2 , 10BASE5 , 100BASE-TX и 1000BASE-T . Используется неэкранированный кабель, содержащий четыре свитых между собой пары проводников (UTP ). Требуется кабель по меньшей мере 3-ей категории (Cat 3 ).

10BASE-T использует разъёмы типа 8P8C , обжатые согласно таблицам T568A или T568B , определённым в стандарте TIA/EIA-568-B . Используются только вторая и третья пара (оранжевая и зелёная).

Сетевые архитектуры: Ethernet. 10 Ваse2. Оборудование, параметры, характеристики, правила построения, ограничения.

10BASE-2 (также известный как тонкий ethernet) - вариант Ethernet , использующий в качестве среды передачи данных тонкийкоаксиальный кабель типа RG-58 (в противоположность кабелю 10BASE5 ), оканчивающийся BNC-коннекторами . Каждый сегмент кабеля подключён к рабочей станции (компьютеру ) при помощи BNC T-коннектора . На физическом конце сети Т-коннектор, присоединённый к рабочей станции также требует установки терминатора на 50 Ом . У сети типа 10BASE-2 множество преимуществ над 10BASE-T . В частности, для нее не нужен коммутатор, поэтому стоимость оборудования будет намного ниже, а для подключения нового устройства к сети достаточно подключиться к кабелю ближайшего компьютера. Эти характеристики делают сеть на основе 10BASE-2 идеальной для маленькой сети из двух-трех компьютеров, например дома, но не для сети большого предприятия, где этот стандарт будет очень неэффективен. Сейчас возможность создания сети 10BASE-2 сильно затруднена по причине того, что сетевые карты с поддержкой этого интерфейса практически не выпускаются, тем более его нет на интегрированных в материнскую плату сетевых картах.

Наиболее распространенными решениями для локальных сетей являются архитектуры Ethernet и Token Ring, нередко еще используется Arcnet, для Macintosh характерно использование Apple Talk и Ether Talk.

Различия между названными архитектурами весьма значительны. Существенны различия и в используемом оборудовании (кабельных соединениях, контроллерах, электрических характеристиках и т.п.) в соответствующих сетях. Поэтому эти три типа сетей образовали отдельные области в промышленности локальных сетей.

Ethernet – архитектура сетей с разделяемой средой и широковещательной передачей (все узлы получают пакет одновременно) и методом доступа CSMA/CD. Стандарт определен документом IEEE802.3. Физическая архитектура Ethernet была разработана в середине 1970-х гг. в Исследовательском центре фирмы "Хегох" и используется многими поставщиками сетей. Согласно данной архитектуре компьютер выдает в сеть сообщение без предварительных запросов на передачу. Сообщение передается в сети во всех направлениях и доходит до каждого подключенного компьютера. Однако реагирует на него только тот компьютер, которому это сообщение адресовано, поскольку сообщение содержит его сетевой адрес. Затем "принимающий" компьютер, распознав и приняв сообщение, передает в сеть подтверждение приема, снабдив его сетевым адресом "передававшего" компьютера (этот адрес также присутствует в исходном сообщении).

Ethernet имеет шинную или звездообразную топологию.

В сети Ethernet на физическом уровне применяются многие типы кабеля. Кабель может прокладываться отрезками. Однако сеть Ethernet может включать в себя любое число отрезков кабеля, соединенных специальными "повторителями". При этом необходимо выполнение одного условия: между двумя ПК должен быть один соединяющий их путь, его длина не должна превышать 1500 м и на нем не должно быть более двух повторителей. При расширении сети Ethernet и увеличении числа станций локальной сети ее производительность может существенно снизиться. Это связано с тем, что в данной сети реализуется совместно используемая среда передачи данных и, когда информацию передает множество станций, возникает перегрузка сети (число конфликтов превышает число успешных передач).

Физическая архитектура Arcnet была разработана в начале 1970-х гг. фирмой "Datapoint Corp". В данной сети используется схема передачи маркера со звездообразной, шинной или древовидной топологией. Применяются три типа кабелей: коаксиальный, UTP и волоконно-оптический.

Согласно данной архитектуре компьютер может передать свое сообщение в сеть только после получения специального служебного маркера. Маркер представляет собой специальную последовательность битов. Он перемещается по сети от компьютера к компьютеру в порядке возрастания их системных номеров. Системные номера компьютеров в сети Arcnet находятся в диапазоне 0–255. Достигнув старшего номера, маркер переходит к младшему и снова движется в сторону возрастания номеров. Получив маркер, компьютер может передавать в сеть один пакет данных общим объемом до 512 байт: к маркеру добавляется сетевой номер (адрес) компьютера, которому передается сообщение, собственный сетевой номер и 508 байт данных. Этот пакет далее последовательно переходит в сети от одного компьютера к другому, пока не достигнет адресата. Если объема одного пакета окажется недостаточно для передачи сообщения, то передача выполняется за несколько проходов маркера по сети. Поэтому метод Arcnet называют методом доступа с эстафетной передачей в сетях со звездообразной топологией.

Архитектура Token Ring была разработана в 1984 г. фирмой IBM. Эта сеть оказала большое влияние на промышленность локальных сетей. Поставщиками сетевого программного обеспечения для сетей Token Ring являются такие фирмы, как "Novell", "3Com". В сети Token Ring также используется передача маркера. Сеть Token Ring имеет кольцевую топологию при соединении компьютеров. Согласно данному методу компьютер, получив пустой маркер, может заполнить его сообщением любой длины. Сформированное сообщение – кадр – перемещается по сети, и каждый компьютер копирует кадр в свою память, а затем помечает его пометкой "принято". Передававший компьютер, получив свой кадр уже обработанным, удаляет его из сети. Сети Token Ring имеют механизм приоритета, что позволяет выделять определенные компьютеры для ускоренного обслуживания. Предусмотрена возможность отключения неисправного компьютера от сети.