Устройство и основные понятия локальной сети. Активное и пассивное сетевое оборудование Оборудование вычислительных сетей

Определение 1

Сетевое оборудование – устройства, необходимые для функционирования компьютерной сети.

Сетевое оборудование разделяют на активное и пассивное оборудование.

Активное сетевое оборудование

Активное оборудовани е содержит электронные схемы, которые питаются от электрической сети или других источников и выполняют функции усиления, преобразования сигналов и др. Активное оборудование обрабатывает сигнал по специальным алгоритмам. Передача данных в сетях происходит пакетами данных, каждый из которых содержит также дополнительную техническую информацию (сведения о его источнике, цели, целостности информации и др.), которая позволяет доставить пакет по назначению. В задачи активного сетевого оборудования входит не только уловить и передать сигнал, но и обработать эту техническую информацию, вследствие чего перенаправить и распределить поступающие потоки в соответствии со встроенными в память устройства алгоритмами. Именно эта особенность и питание от сети является признаком активного оборудования.

Замечание 1

К активному оборудованию относятся следующие типы устройств:

Сетевая плата, сетевая карта, сетевой адаптер, Ethernet-адаптер – дополнительное устройство, которое устанавливается в ПК и обеспечивает его взаимодействие с другими устройствами сети.

В современных ПК и ноутбуках контроллер и компоненты, которые выполняют функции сетевой карты, в основном уже интегрированы в системные платы. Также существуют:

• внутренние сетевые платы – отдельные платы, которые подключаются через $ISA$, $PCI$ или $PCI-E$ слот;
• внешние сетевые платы, которые подключаются через $LPT$, $USB$ или $PCMCIA$ интерфейс (в основном используются в ноутбуках).

Рисунок 1. Внутренняя сетевая плата

Рисунок 2. Внешняя сетевая плата

Определение 2

Концентратор (активный хаб, многопортовый репитер) – сетевое устройство с $4-48$ портами, которое применяется для объединения ПК в сеть с применением кабеля «витая пара».

Концентраторы также имеют разъёмы для подключения к сетям на базе коаксиального кабеля. В настоящее время вытеснены сетевыми коммутаторами.

Рисунок 3.

Определение 3

Репитер, повторитель – сетевое оборудование, предназначенное для увеличения длины сетевого соединения путём повторения сигнала на физическом уровне.

Бывают однопортовые и многопортовые репитеры.

От концентратора отличается тем, что у репитера гораздо меньше время задержки, т.к. он, как правило, имеет два разъема для подключения кабеля. Ему не нужно где-то концентрировать сигнал и распространять на остальные выходы. Многопортовые повторители для витой пары принято называть сетевыми концентраторами (хабами), а коаксиальные – повторителями (репитерами).

Рисунок 4.

Определение 4

Мост – сетевое устройство с $2$ портами, которое предназначено для объединения нескольких сегментов компьютерной сети в единую сеть, осуществляет фильтрацию сетевого трафика, разбирая сетевые (MAC) адреса.

Рисунок 5.

Определение 5

Коммутатор (свитч) – сетевое устройство, которое предназначено для объединения нескольких узлов компьютерной сети.

Коммутаторы разработаны с использованием мостовых технологий, потому часто называются многопортовыми мостами. Отличается от концентратора, который распространяет трафик от одного подключённого устройства ко всем остальным, тем, что он передаёт данные только непосредственно получателю. Таким образом, сегменты сети, которым не предназначались данные, избавляются от необходимости их обрабатывать, что, безусловно, приводит к повышению производительности и безопасности сети. Исключением может быть широковещательный трафик для всех узлов сети и трафик для устройств, исходящий порт коммутатора которых неизвестен.

Рисунок 6.

Определение 6

Маршрутизатор (роутер) – специализированный сетевой компьютер, который имеет $2$ или больше сетевых интерфейса и пересылает пакеты данных между различными сегментами сети.

Роутер позволяет осуществлять фильтрацию сетевого трафика, разбирая сетевые ($IP$) адреса. В основном используется для объединения сетей разных типов, которые часто бывают несовместимыми по архитектуре и протоколам. Например, чтобы объединить локальные сети Ethernet и WAN-соединения. Часто роутер используют для обеспечения доступа из локальной сети в Интернет. Роутеры для домашнего использования обычно являются малопортовыми и обеспечивают подключение домашней сети ПК к каналу связи провайдера Интернета.

Рисунок 7.

Определение 7

Медиаконвертер (преобразователь среды) – сетевое устройство, которое преобразует среду распространения сигнала из одного типа в другой. Обычно средой распространения сигнала являются медные провода и оптические кабели.

Как правило, медиаконвертер имеет $2$ порта.

Рисунок 8.

Определение 8

Сетевой трансивер – устройство, которое предназначено преобразования интерфейса передачи данных $(RS232-V35$, $AUI-UTP)$. Обычно имеет $2$ порта.

Рисунок 9.

По мнению некоторых специалистов повторитель (репитер) и концентратор (хаб) не относятся к активному сетевому оборудованию, т.к. они просто повторяют сигнал, а не проводят обработку его по определенным алгоритмам. Но управляемые концентраторы все же относятся к активному сетевому оборудованию даже при таком подходе.

Пассивное сетевое оборудование

Определение 9

Пассивное сетевое оборудование – сетевое оборудование, которое не питается от электросети или других источников, и предназначено для выполнения функций распределения или снижения уровня сигналов.

Пассивным сетевым оборудованием является:

Структурированная кабельная система (СКС) состоит из набора кабелей и коммутационного оборудования, включает методику их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные расширяемые структуры связей в локальных сетях различного назначения. СКС является физической основой инфраструктуры здания, которая позволяет свести в единую систему множество сетевых информационных сервисов разного назначения: локальные вычислительные сети и телефонные сети, системы безопасности, видеонаблюдения и т.д.

Рисунок 10.

Коммутационная панель (кросс-панель, патч-панель) – составная часть СКС, выполненная в виде панели с множеством соединительных разъёмов, которые расположены на лицевой стороне панели. На тыльной ее стороне размещены контакты, которые предназначены для фиксированного соединения с кабелями и соединены с разъёмами электрически.

Рисунок 11.

Вилка/розетка ($RG58$, $RJ45$, $RJ11$, $GG45$) Балун для коаксиальных кабелей ($RG-58$) и т.д.

Для организации локальной сети необходимы технические, программные и информационные средства.

Технические средства сети включают:

1. Компьютеры , технические характеристики которых во многом определяют потенциальные возможности образованной с их помощью сети. Совместное использование вычислительных ресурсов сети привело к функциональному разделению компьютеров в сети на компьютеры, предоставляющие ресурсы (серверы), и компьютеры, потребляющие ресурсы (рабочие станции - клиенты).

Сервер сети - это компьютер, подключенный к сети и предоставляющий пользователям сети набор некоторых услуг по использованию и распределению ресурсов сети, например, одновременный доступ пользователей к общим данным, печать заданий, прием и обработка запросов к базам данных и т.д.

В качестве примеров серверов можно привести следующие:

сервер баз данных (SQL-сервер) , принимающий запросы по локальной сети и возвращающий результаты;

сервер телекоммуникаций , обеспечивающий услуги по связи данной локальной сети с внешним миром;

вычислительный сервер , дающий возможность производить вычисления, которые невозможно выполнить на рабочих станциях;

Web-сервер , на котором размещаются HTML-страницы;

Mail-сервер - почтовый сервер организации;

файловый сервер , поддерживающий общее хранилище файлов для всех рабочих станций.

Рабочая станция - это подключенный к сети компьютер, на котором пользователь непосредственно выполняет свою работу. На рабочей станции установлена своя операционная система, с помощью которой пользователь имеет доступ к аппаратным, программным и информационным ресурсам сети. Рабочие станции могут отличаться объемом оперативной памяти, наличием и объемом внутренней дисковой памяти, характеристиками процессора и монитора. Так как рабочие станции в сети выступают клиентами, то клиентом называется и программа, устанавливаемая на компьютере пользователя для составления и посылки запросов соответствующему серверу, получения и отображения информации на компьютере пользователя.

2. Линии связи или каналы передачи данных . При построении локальных сетей в качестве линий связи используются различные типы физических сред передачи данных:

проводные , построенные на основе коаксиального кабеля или витой пары (с электрическим сигналом передачи данных) либо волоконно-оптического кабеля (с оптическим сигналом передачи);

беспроводные (с радиосигналом, микроволновым или инфракрасным сигналом передачи данных) - каналы наземной и спутниковой связи.

Выбор той или иной линии связи определяется требуемой скоростью передачи данных, а также расстояниями между отдельными узлами сети.

3. Коммутационное оборудование (концентраторы, повторители, коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы и др. ), которое используется для организации топологии компьютерной сети и поддержания ее в рабочем состоянии.

Концентратор или хаб (HUB) - устройство для объединения нескольких физических сегментов сетей.

Повторитель - устройство для соединения сегментов одной сети, обеспечивающее промежуточное усиление сигнала и уменьшение шума (помех) сигналов. Позволяет расширять сеть по расстоянию и количеству подключенных узлов.

Коммутаторы - аппаратное средство, обеспечивающее прием, контроль поступления и маршрутизацию информационных пакетов - используются для логической структуризации сетей с целью повышения пропускной способности сети.

Маршрутизатор - устройство, предназначенное для организации взаимосвязи между несколькими локальными сетями и распределения потоков информации между сегментами сетей. В общем случае, маршрутизатор может представлять собой как специальное устройство, так и универсальный компьютер. В настоящее время наблюдается тенденция вытеснения маршрутизаторов и замена их высокопроизводительными коммутаторами, совмещающими в себе как функции коммутации так и маршрутизации.

Шлюз - специальный программно-аппаратный комплекс, предназначенный для обеспечения совместимости между неоднородными (использующими различную программно-аппаратную платформу) сетями.

Для передачи данных между двумя компьютерами необходимо организовать физическую связь. В локальных сетях традиционно используется некоммутируемая линия связи (линия связи соединяет два компьютера постоянно) и для физического подключения компьютера в сеть применяется специальное устройство - сетевой адаптер (сетевая карта), устанавливаемый обычно в компьютере и соединяющий его с линией связи. Для функционирования сетевых адаптеров необходимы специальные программы - драйверы.

Для соединения по коммутируемой (телефонной) линии (связь между компьютерами устанавливается только на время сеанса обмена данным между ними) используется модем .

4. Соединительное оборудование (коннекторы - разъемные и/или неразъемные соединители, прикрепляемые к кабелям, различные кабельные адаптеры и разветвители и др.) - используется для стыковки разных типов кабелей и обеспечивает возможность подключения различных сетевых устройств к линиям связи.

Программные средства сети предназначены для организации коллективного доступа к ее ресурсам, динамического распределения и перераспределения ресурсов сети с целью максимальной загрузки различных технических средств, координации работы основных звеньев сети, администрирования компьютерных сетей, автоматизации программирования.

Программные средства сети включают общее, специальное и системное программное обеспечение.

К общему программному обеспечению сети относят:

операционную систему , основными функциями которой является распределение потоков заданий и данных между серверами и клиентскими машинами сети, управление подключением и отключением отдельных серверов сети и обеспечение динамики координации работы сети;

систему программирования (средства автоматизации составления программ по технологии клиент/сервер, их трансляции и отладки);

систему технического обслуживания (комплекс программ для осуществления проверки и профилактики работы технических и программных средств связи).

Специальное и системное программное обеспечение сети предназначено для рационального использования вычислительных ресурсов сети, анализа ее состояния и выработки рекомендаций для принятия решений в случае возникновения непредвиденных ситуаций.

Информационные средства сети представляют собой единый информационный фонд, содержащий массивы данных общего и индивидуального применения. В состав информационных средств компьютерной сети входят: базы знаний, автоматизированные банки данных как локальные, так и распределенные, общего и индивидуального назначения.

Сетевые адаптеры

Сетевые адаптеры, или сетевые карты, -- это специальные устройства, основное назначение которых состоит в обеспечении двунаправленного обмена данными между персональным компьютером и локальной сетью. Являясь одним из элементов аппаратной конфигурации компьютера, таким же, как, например, модем, видеоадаптер или звуковая карта, сетевые адаптеры подключаются к ПК через один из стандартных портов, и настраиваются аналогично прочему оборудованию. В настоящее время принято различать несколько типов сетевых адаптеров по принципу используемого ими интерфейса как для. соединения с компьютером, так и для подключения сетевого кабеля.

Моноинтерфейсные и комбинированные сетевые адаптеры

Сегодня самыми распространенными классами локальных сетей Ethernet являются 10Base2 и 10BaseT. Первые создаются на основе коаксиального кабеля, и потому сетевые адаптеры, работающие с этим типом сетей, оснащены разъемами Bayonet Network Connector (BNC).

Рисунок 5 - Разъем BNC для локальных сетей 10Base2

Данные разъемы имеют цилиндрическую форму и внешне отдаленно напоминают приемное гнездо штекера телевизионной антенны. На внешней поверхности цилиндрической части разъема, как правило, имеется два небольших выступа высотой приблизительно в миллиметр, предназначенных для фиксации замка Т-коннектора.

Вторая разновидность сетевых карт рассчитана па работу с сетями класса 10BaseT и комплектуется разъемами RJ-45 (рисунок 6).

Рисунок 6 - Разъем RJ-45 для локальных сетей 10BaseT

Этот тип разъемов хорошо знаком владельцам модемов, современных телефонов и факсимильных аппаратов -- внешне он очень похож на контактные гнезда данных устройств, к которым подключается телефонная линия. Разъем RJ-45 имеет вид углубления прямоугольной формы с небольшим пазом для замка сетевой вилки, в нижней части гнезда расположено восемь контактов, соединяющихся с соответствующими контактами вилки сетевого кабеля.

Сетевые адаптеры, оборудованные разъемом только какого-либо одного типа, например, BNC или RJ-45, принято называть моноинтерфейсными. Существуют также сетевые карты, на которых присутствуют разъемы обоих типов -- их называют комбинированными.

Ответ на вопрос о том, сетевые карты какого типа следует приобретать при проектировании небольшой локальной сети, очевиден: комбинированные адаптеры позволяют планировать прокладку сети с большей гибкостью при выборе различных вариантов -- в случае необходимости вы можете без всякого труда заменить витую пару на коаксиальный кабель и наоборот. Для крупных современных локальных сетей, которые должны отвечать критериям высокой надежности и масштабируемости, вполне подойдут моноинтерфейсные сетевые адаптеры с разъемом стандарта RJ-45, поскольку такие сети относятся, как правило, к классу 10BaseT и не используют другие сетевые интерфейсы.

Сетевые адаптеры ISA, PCI и USB

Другой критерий, согласно которому принято классифицировать сетевые карты, подразумевает различие всех имеющихся на современном рынке адаптеров по простому признаку -- а именно, порту, посредством которого сетевая карта соединяется с компьютером. Всего существует три наиболее широко распространенных варианта, и первый из них -- это сетевые адаптеры, подключаемые к материнской плате ПК через шину ISA (рисунок 7).

Рисунок 7 - Сетевой адаптер ISA

Основной отличительной особенностью сетевых карт этого типа, позволяющей определить возможность ее подключения к слоту ISA, что называется, «на глаз», является удлиненная нижняя часть платы, на которой расположены контакты для соединения с портом -- контактная площадка на сетевых адаптерах PCI заметно короче. Карты ISA бывают как моноинтерфейсными, так и комбинированными.

Сетевые адаптеры данного класса в настоящее время встречаются все реже и реже, поскольку большинство материнских плат современной конфигурации более не поддерживает шину ISA, считающуюся к настоящему времени «устаревшей». Связано это с некоторыми техническими характеристиками данного стандарта. Например, устройства ISA не позволяют автоматически перераспределять аппаратные прерывания, вследствие чего нередко становятся виновниками конфликтов оборудования. Именно поэтому такие сетевые платы стоят сейчас в магазинах очень дешево -- всего лишь от пяти до пятнадцати долларов. По этой же причине прежде, чем приобретать подобный сетевой адаптер, следует убедиться, что на материнской плате вашего компьютера присутствует слот ISA.

Сетевые карты другой категории подключаются к шине PCI. На сегодняшний день они наиболее распространены, поскольку слот PCI имеется на материнских платах всех современных компьютеров (Рисунок 8). Как и сетевые карты ISA, адаптеры PCI могут быть либо оборудованы разъемом RJ-45, либо иметь комбинированный интерфейс. К отдельному классу можно отнести сетевые адаптеры, подключаемые к шине USB (Universal Serial Bus, Рисунок 9). Такие сетевые адаптеры реализованы в виде внешнего устройства, присоединяющегося к USB-порту компьютера посредством специального кабеля и не требующие отдельного питания.

Практически все они ориентированы на использование в локальных сетях стандарта 10BaseT/100BaseT и оборудованы разъемом RJ-45 для витой пары.

Рисунок 8 - Сетевой адаптер PCI

Рисунок 9 - Сетевой адаптер USB

Поскольку сетевые адаптеры USB появились в продаже относительно недавно, по крайней мере, по сравнению с их предшественниками, поддерживающими стандарты ISA и PCI, их технические характеристики выглядят гораздо более привлекательно. Данные устройства практически не требуют настройки (за исключением необходимости установки соответствующих драйверов), работают достаточно быстро.

Рассматривая различные типы сетевых карт, следует сказать несколько слов и о так называемых интегрированных сетевых адаптерах. Некоторые современные модели материнских плат, в основном, предназначенных для установки процессоров класса Intel Pentium и AMD Athlon, имеют встроенный сетевой адаптер стандарта 10BaseT/lOOBaseT. Отличительной особенностью таких плат является смонтированный на них разъем RJ-45. Драйверы интегрированного сетевого адаптера обычно входят в комплект поставки драйверов материнской платы. В принципе, ничто не мешает пользователю отключить встроенный сетевой адаптер в настройках персонального компьютера и использовать любую другую сетевую карту, например устройство PCI или USB.

Сетевой кабель

Одним из наиболее важных компонентов любой локальной сети является сетевой кабель, посредством которого выполняется прокладка коммуникаций. В настоящем разделе мы рассмотрим два типа сетевого кабеля, используемого в локальных сетях класса 10Base2 и 10BaseT.

Коаксиальный сетевой кабель применяется в локальных сетях класса 10Base2. Он имеет четырехслойную структуру: два слоя коаксиального кабеля выполнены из проводника, два - из диэлектрика. Самый внутренний слой -- это проводящая жила, по которой в локальной сети передается несущий информацию сигнал. Жила может быть представлена в виде нескольких сплетенных тонких проводников, либо в виде одной толстой медной проволоки, что является более распространенным вариантом. Жила покрыта диэлектрической пленкой, поверх которой расположен второй проводящий слой -- так называемый экран, защищающий линию от посторонних помех. Экран выполнен в виде металлической проволочной оплетки, иногда помимо оплетки внутренний изолирующий слой обернут в металлическую фольгу -- такие кабели называют кабелями с двойной экранизацией. Встречаются и кабели с учетверенной экранизацией: в них экран состоит из двух слоев оплетки и двух слоев фольги, либо из двух слоев фольги, оплетки и тонкой металлической сетки. Подобные кабели имеют большую толщину, обладают высокой жесткостью при изгибах и применяются в основном в помещениях со значительным уровнем радиоэлектронных помех. В электрической схеме монтажа сетевых разъемов экран играет роль заземления. Поверх экрана расположен последний, четвертый диэлектрический слой, обеспечивающий не только электромагнитную защиту кабеля, но и его защиту от внешних физических повреждений (рисунок 10).

Рисунок 10 - Коаксиальный сетевой кабель:

1-- центральный провод (проводящая жила); 2-- изолирующий слой центрального провода; 3-- экранирующий слой («экран»); 4-- защитная оболочка (внешний изолятор)

Существует несколько различных типов коаксиального кабеля, применяемого в локальных сетях класса 10Base2. Их характеристики приведены в таблице1.

Для локальных сетей используется в основном тонкий коаксиальный кабель с волновым сопротивлением Z = 50 Ом, в табл. 4.1 этот тип кабеля представлен семействами RG-58, RG-174, RG-178, а также кабелем отечественного производства РК-50. В случае если вы располагаете коаксиальным кабелем с неизвестным волновым сопротивлением, то вы можете измерить точный диаметр внутренней проводящей жилы, диаметр экранирующего слоя, найти в справочнике значение диэлектрической постоянной для используемого в кабеле диэлектрика и рассчитать величину волнового сопротивления по следующей формуле (рисунок 11):

Рисунок 11 - Расчет величины волнового сопротивления коаксиального кабеля где е -- диэлектрическая постоянная, d -- диаметр центрального провода, a D -- внутренний диаметр экрана

Таблица 1 - Характеристики различных типов коаксиального кабеля

Марка кабеля	Волновое Сопротивление			Максимальное Эффективное Напряжение	Коэффициент затухания,	Материал*

* ПЭ -- полиэтилен; ППЭ -- пенополиэтилен; М -- медная проволока; МЛ -- медная луженая проволока; МС -- медная посеребренная проволока

Витая пара

Несмотря на свое название, сетевой кабель «витая пара», применяемый при построении сетей 10BaseT, содержит не одну, а четыре пары проводников, перевитых друг относительно друга. Каждая пара также закручивается относительно других пар проводников (рисунок 12).

Рисунок 12 - Кабель «витая пара»

В каждой из четырех пар проводников в данном типе кабеля различается «главный» провод, который по традиции, идущей еще со времен становления телефонной связи, называют «Ring», и «дополнительный» провод, называемый «Tip». Изоляционное покрытие провода Ring имеет однотонную окраску, покрытие провода Tip -- белое с полосками основного цвета. Если, например, Ring имеет зеленый цвет, то Tip в этой паре будет белым с зелеными полосами.

Для того чтобы при монтаже и прокладке компьютерных сетей было легче отличать одну пару проводников от другой, провода Ring каждой из четырех пар открашены в собственный цвет, при этом каждой паре для простоты назначен свой порядковый номер с 1 по 4. Таким образом, среди имеющихся 8 проводов кабеля «витая пара» можно выделить проводники Ringl, Tipl, Ring2, Tip2, Ring3, Tip3 и Ring4, Tip4. Соответствия расцветок проводников номерам пар в кабеле «витая пара» приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Номера пар проводников в кабеле «витая пара»

Исходя из этой таблицы, легко можно понять, что если в технической документации заходит речь о проводе Tip4, то это будет белый провод с коричневыми полосами, если же упоминается, скажем, провод Ring2, то этот провод имеет оранжевую окраску. Теперь в случае необходимости мы без всякого труда отыщем нужный проводник, сняв часть изоляционного покрытия кабеля «витая пара».

Исходя из функциональных характеристик, таких как пропускная способность и устойчивость к помехам, различные марки кабеля «витая пара» принято делить на несколько категорий, информация о которых в соответствии с международными стандартами ISO/IEC 11801 и ANSI/EIA/TIA-568 приведена в Таблице 3.

	Характеристики и назначение
	Применяется при прокладке телефонных линий, не подходит для передачи данных в локальных компьютерных сетях
	Пригоден для передачи данных в компьютерных сетях со скоростью не более 4 Мбит/с
	Пригоден для передачи данных в компьютерных сетях со скоростью не более 10 Мбит/с. Используется при прокладке сетей класса 10BaseT
	Пригоден для передачи данных в компьютерных сетях со скоростью не более 16 Мбит/с. Используется при прокладке сетей класса TokenRing
	Пригоден для передачи данных в компьютерных сетях со скоростью не более 100 Мбит/с. Используется при прокладке сетей класса 10BaseT и 100BaseTX
	Пригоден для передачи данных в компьютерных сетях со скоростью не более 100 Мбит/с и частотой до 300 МГц включительно. Используется при прокладке сетей класса 10BaseT и 100BaseTX
	Пригоден для передачи данных в компьютерных сетях со скоростью не более 100 Мбит/с и частотой до 600 МГц включительно. Используется при прокладке сетей класса 10BaseT и 100BaseTX

Таблица 4 - AWG

	Диаметр проводника, мм		Диаметр проводника, мм

Категория, к которой относится тот или иной кабель «витая пара», обычно указана в его маркировке, которая печатается заводским способом на внешней изоляции кабеля. Диаметр провода «витая пара» принято исчислять согласно американскому стандарту AWG (American Wide Gauge), причем чем меньше диаметр, тем больше величина AWG. Соответствие значений AWG диаметру проводника в миллиметрах показано в таблице 4.

В локальных сетях 10BaseT применяется, как правило, кабель «витая пара» категории 5 или 5+, диаметром проводника 22 или 24 AWG. В некоторых ситуациях, например тогда, когда локальная сеть прокладывается в помещениях с высоким уровнем электромагнитных помех, либо требуется повысить точность передачи информации за счет снижения перекрестных наводок в кабеле, используется экранированная «витая пара». Как правило, экран выполняется из металлической фольги. При этом существует несколько различных вариантов экранирования: фольгой может быть обернута каждая из четырех пар, плюс все они защищены сверху дополнительным слоем фольги, расположенным под внешней изоляцией (кабель марки STP), либо внутри кабеля предусмотрен один общий для всех пар экран (кабель марки FTP).

Концентраторы, или хабы, являются центральным звеном в локальных сетях классов 10BaseT и 100BaseT, имеющих топологию «звезда». Фактически хаб представляет собой мультипортовый репитер, то есть в его основную функциональную задачу входит получение данных от подключенных к портам концентратора компьютеров или других хабов, реформирование сигнала одновременно с его усилением, и его дальнейшая ретрансляция на другие порты. Помимо разъемов RJ-45 для сетей 10BaseT многие концентраторы имеют также порты BNC, что позволяет подключать к ним сегменты 10Base2 либо использовать коаксиальный кабель в качестве магистрального, последовательно соединяя несколько хабов в цепочку. Как правило, один из разъемов RJ-45 концентратора имеет разводку, позволяющую присоединять его к другим хабам: такое «многоэтажное» подключение концентраторов друг к другу принято называть термином каскадирование. Этот порт обычно обозначается надписью «In», «Uplink», «Cascading» или «Cross-Over». В некоторых случаях рядом с таким портом имеется переключатель MDI/MDI-X, позволяющий по мере необходимости включать порт либо в обычный режим, либо в режим каскадирования. В случае если порт не оснащен переключателем, но к нему требуется подключить еще один компьютер (например, если все остальные порты заняты), для этого можно использовать кабель «cross-over», применяемый обычно для соединения двух компьютеров по принципу «точка--точка». Существует множество различных моделей концентраторов: все они различаются количеством портов, пропускной способностью и другими техническими характеристиками. Самые недорогие варианты для малых локальных сетей стоят всего-навсего несколько десятков долларов, в то время как более совершенные концентраторы могут обойтись вам в несколько сотен долларов США.

Рисунок 13 - Концентратор

Введение

Глава I Теоретические основы построения сетей

Топология компьютерных сетей

Кольцо́ - это топология, в которой каждый компьютер соединён линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передаёт. Топология кольцо представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Топология кольцо

На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приёмник. Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов. Работа в сети кольца заключается в том, что каждый компьютер ретранслирует (возобновляет) сигнал, то есть выступает в роли повторителя, потому затухание сигнала во всём кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. Чётко выделенного центра в этом случае нет, все компьютеры могут быть одинаковыми. Однако достаточно часто в кольце выделяется специальный абонент, который управляет обменом или контролирует обмен. Понятно, что наличие такого управляющего абонента снижает надёжность сети, потому что выход его из строя сразу же парализует весь обмен.

Звезда - базовая топология компьютерной сети (рисунок 2), в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно коммутатор), образуя физический сегмент сети.

Рисунок 2 - Топология звезда

Подобный сегмент сети может функционировать как отдельно, так и в составе сложной сетевой топологии (как правило, «дерево»). Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который таким способом возлагается очень большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он заниматься не может. Как правило, именно центральный компьютер является самым мощным, и именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией звезда в принципе невозможны, потому что управление полностью централизовано.

Шина - представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала. Топология шина представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Топология шина

Сетевое оборудовании

Сетевое оборудование - устройства, необходимые для работы компьютерной сети, например: маршрутизатор, коммутатор, концентратор, патч-панель и др. Можно выделить активное и пассивное сетевое оборудование.

Активное сетевое оборудование

Под этим названием подразумевается оборудование, за которым следует некоторая «интеллектуальная» особенность. То есть маршрутизатор, коммутатор (свитч), гибкий мультиплексор и т.д. являются активным сетевым оборудованием. Напротив - повторитель (репитер)] и концентратор (хаб) не являются АСО, так как просто повторяют электрический сигнал для увеличения расстояния соединения или топологического разветвления и ничего «интеллектуального» собой не представляют. Но управляемые хабы относятся к активному сетевому оборудованию, так как могут быть наделены некой «интеллектуальной особенностью»

Пассивное сетевое оборудование

Пассивное оборудование отличается от активного в первую очередь тем, что не питается непосредственно от электросети и передает сигнал без его усиления. Под пассивным сетевым оборудованием подразумевается оборудование, не наделенное «интеллектуальными» особенностями. Например, кабельная система: кабель (коаксиальный и витая пара), вилка/розетка (RG58, RJ45, RJ11, GG45), повторитель, патч-панель, концентратор, балун для коаксиальных кабелей (RG-58) и т. д. Также, к пассивному оборудованию можно отнести монтажные шкафы и стойки, телекоммуникационные шкафы. Монтажные шкафы разделяют на типовые, специализированные и антивандальные. По типу монтажа: настенные, напольные и другие.

Основное сетевое оборудование

К основному сетевому оборудованию относиться:

Сервер - выделенный компьютер. Сервером называется компьютер, выделенный из группы персональных компьютеров (или рабочих станций) для выполнения какой-либо сервисной задачи без непосредственного участия человека. Сервер и рабочая станция могут иметь одинаковую аппаратную конфигурацию, так как различаются лишь по участию в своей работе человека за консолью.

Некоторые сервисные задачи могут выполняться на рабочей станции параллельно с работой пользователя. Такую рабочую станцию условно называют невыделенным сервером.

Консоль (обычно - монитор/клавиатура/мышь) и участие человека необходимы серверам только на стадии первичной настройки, при аппаратно-техническом обслуживании и управлении в нештатных ситуациях (штатно, большинство серверов управляются удаленно). Для нештатных ситуаций серверы обычно обеспечиваются одним консольным комплектом на группу серверов (с коммутатором, например KVM-переключателем, или без такового).

В результате специализации (см. ниже), серверное решение может получить консоль в упрощенном виде (например, коммуникационный порт), или потерять её вовсе (в этом случае первичная настройка и нештатное управление могут выполняться только через сеть, а сетевые настройки могут быть сброшены в состояние по умолчанию). Сервер представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 - Сервер

Моде́м (акроним, составленный из слов модулятор и демодулятор) - устройство, применяющееся в системах связи для физического сопряжения информационного сигнала со средой его распространения, где он не может существовать без адаптации.

Модулятор в модеме осуществляет модуляцию несущего сигнала при передаче данных, то есть изменяет его характеристики в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор осуществляет обратный процесс при приёме данных из канала связи. Модем выполняет функцию оконечного оборудования линии связи. Само формирование данных для передачи и обработки принимаемых данных осуществляет т. н. терминальное оборудование (в его роли может выступать и персональный компьютер).

Модемы широко применяются для связи компьютеров через телефонную сеть (телефонный модем), кабельную сеть (кабельный модем), радиоволны (en:Packet_radio, радиорелейная связь). Ранее модемы применялись также в сотовых телефонах (пока не были вытеснены цифровыми способами передачи данных). Модем представлен на рисунке 5.

Рисунок 5 - Модем

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), покрытых пластиковой оболочкой.

Свивание проводников производится с целью повышения степени связи между собой проводников одной пары (электромагнитные помехи одинаково влияют на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов. Для снижения связи отдельных пар кабеля (периодического сближения проводников различных пар) в кабелях UTP категории 5 и выше провода пары свиваются с различным шагом. Витая пара - один из компонентов современных структурированных кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве физической среды передачи сигнала во многих технологиях, таких как Ethernet, Arcnet и Token ring. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в монтаже, является самым распространённым решением для построения проводных (кабельных) локальных сетей.

Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи разъёма 8P8C (который ошибочно называют RJ45). Витая пара представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Витая пара

Коаксиа́льный ка́бель (от лат. co - совместно и axis - ось, то есть «соосный»), также известный как коаксиал (от англ. coaxial), - электрический кабель, состоящий из расположенных соосно центрального проводника и экрана. Обычно служит для передачи высокочастотных сигналов. Изобретён и запатентован в 1880 году британским физиком Оливером Хевисайдом. Коаксиа́льный ка́бель представлен на рисунке 7.

Рисунок 7 – Коаксиа́льный ка́бель

Опти́ческое волокно́ - нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик), используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения.

Волоконная оптика - раздел прикладной науки и машиностроения, описывающий такие волокна. Кабели на базе оптических волокон используются в волоконно-оптической связи, позволяющей передавать информацию на бо́льшие расстояния с более высокой скоростью передачи данных, чем в электронных средствах связи. В ряде случаев они также используются при создании датчиков. Оптическое волокно представлено на рисунке 8.

В настоящее время это наиболее распространённый сетевой проводник, состоящий из 8 медных проводников, перевитых друг с другом для уменьшения электромагнитных помех. Длина сегмента из такого провода – до 100 метров ( рис. 1.1).

Рис. 1.1.

Средняя скорость информации в витой паре - 100 мегабит /сек, волновое сопротивление - 100 ом. На более высоких скоростях передачи информации резко возрастает затухание сигнала (чем больше скорость, тем больше затухание). Так, на скорости 100 мбит/сек (100 мгц) амплитуда падает в 1000 раз, что эквивалентно затуханию сигнала в 67 дб. Задержка сигнала на метр кабеля обычно 4-5 наносек. Сравнивая витую пару с другими кабелями, можно отметить, что он отличается простым монтажом, но подвержен помехам. Кабель относительно дешевый, но с низкой секретностью информации. Передача в нем по методу точка-точка (один приемник и один передатчик), для монтажа витой пары обычно используется топология звезда . выпускается в нескольких категориях. 1 категория – телефонный кабель (лапша). Применяют для передачи речи. 2 категория имеет скорость до 1 мгц (1 мегабит сек). В кабеле категории 3 – 9 витков на метр, затухание до 40 дб и скорость информации до 10 мегабит сек. Кабель 4-й категории пропускает сигнал до 20 мгц. 5 категория самая ходовая. В ней скорость информации до 100 Мгб сек и используется скрутка в 27 витков на метр. Категория

6 может передавать сигнал частотой до 500 мгц. Кабель 7 категории очень дорогой – в нем применяется экран как для отдельных проводников, так и общий. Что касается изоляции кабеля, то чаще всего используется ПВХ (non-plenum) изоляция серого цвета. Она дешева, но горит с выделением ядовитого газа. С сетевой картой кабель соединяется разъемом 8P8C ( рис. 1.2).

Рис. 1.2.

Провод содержит в себе центральный проводник из меди, слой изолятора в медной или алюминиевой оплетке (это экран от электромагнитных помех) и внешнюю ПВХ изоляцию. Максимальная скорость передачи данных - 10 Мбит/сек. Длина сегмента тонкого коаксиала до 185 метров ( рис. 1.3). Такой провод имеет диаметр около 5 мм.

Рис. 1.3.

С сетевой картой кабель соединяется через BNC (БИ ЭН СИ ) разъем байонетного типа с поворотом ( рис. 1.4).

Рис. 1.4.

В сравнении с витой парой коаксиал дороже, его ремонт сложнее, гибкость хуже (особенно, у толстого кабеля). Но у него есть преимущество - оплетка кабеля (медная или из алюминиевой фольги) уничтожает помехи, искажающие сигнал. Применяют коаксиальный кабель , обычно, в топологии шина , при этом используется многоточечная передача сигнала (много приемников и много передатчиков).

Оптоволоконный кабель

Кабель содержит несколько стеклянных световодов, защищенных изоляцией. Он обладает скоростью передачи данных в несколько Гбит в сек, не подвержен электропомехам. Передача сигналов без затухания идет на расстояние , измеряемое километрами – рис. 1.5 . В многомодовом кабеле сегмент имеет длину до 2 км, а в одномодовом – до 40 км.

Рис. 1.5.

Биты информации кодируются такими сущностями, как сильный свет, слабый свет, нет света. Источниками сигнала в кабеле служит инфракрасный светодиод или лазер. Оптический провод самый негибкий из всех кабельных сред передачи сигнала, зато он самый помехоустойчивый, с высокой секретностью информации. Монтаж такого кабеля сложный и дорогой, обычно, сваркой на специальном оборудовании. Кабель иногда бронируют, т.е. защищают металлической оболочкой (для прочности). Оптический кабель бывает одномодовый и многомодовый. В одномодовом кабеле сигнал передает инфракрасный лазер с одной волной 1,3 мкм, что годится для очень дальней передачи сигнала. Помимо того, что мощный лазер дорог, он также и недолговечен. Многомодовый оптический кабель чаще применим на практике. В нем используется много волн длиной 0,85 мкм и инфракрасный диод . Поскольку у каждой волны свое затухание и преломление, то происходит частичное искажение формы сигнала и такой кабель используют на меньших расстояниях, чем одномодовый. Среди других особенностей оптического кабеля можно отметить, что стекло может треснуть от механических воздействий и мутнеет от радиации, что, в свою очередь , ведет к росту затухания сигнала в кабеле. Для изоляции оптоволокна обычно применяют тефлон (пленум). Это дорогая (в сравнении с ПВХ) изоляция оранжевого цвета, но она практически не горит в огне. Разъем кабеля обычно байонетного типа ( рис. 1.6). На рисунке показан оптический коннектор типа ST , который соединяется с кабелем клеевым способом, т. е. путем вклейки оптического волокна в наконечник с последующей сушкой и шлифовкой. Коннекторы для монтажных и соединительных шнуров различаются диаметром хвостовика (соответственно 0,9 и 3,0 мм) и отсутствием у первых элементов крепления кабеля. Одномодовые и многомодовые коннекторы различаются требованиями к допускам на параметры капилляра керамического наконечника.