Выбор конфигурации сетей Ethernet и Fast Ethernet. Проводная локальная сеть (LAN)

Технология Ethernet

Ethernet – это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей .

Ethernet – это сетевой стандарт, основанный на экспериментальной сети Ethernet Network, которую фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году.

В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии II для сети, построенной на основе коаксиального кабеля, который стал последней версией фирменного стандарта Ethernet. Поэтому фирменную версию стандарта Ethernet называют стандартом Ethernet DIX, или Ethernet II, на основе которых был разработан стандарт IEEE 802.3.

На основе стандарта Ethernet были приняты дополнительные стандарты: в 1995 году Fast Ethernet (дополнение к IEEE 802.3), в 1998 году Gigabit Ethernet (раздел IEEE 802.3z основного документа), которые во многом не являются самостоятельными стандартами.

Для передачи двоичной информации по кабелю для всех вариантов физического уровня технологии Ethernet, обеспечивающих пропускную способность 10 Мбит/с, используется манчестерский код (рис. 3.9).

В манчестерском коде для кодирования единиц и нулей используется перепад потенциала, то есть фронт импульса. При манчестерском кодировании каждый такт делится на две части. Информация кодируется перепадами потенциала, происходящими в середине каждого такта. Единица кодируется перепадом от низкого уровня сигнала к высокому (передним фронтом импульса), а ноль ‑ обратным перепадом (задним фронтом).

Рис. 3.9. Дифференциальное манчестерское кодирование

В стандарте Ethernet (в том числе Fast Ethernet и Gigabit Ethernet) используется один и тот же метод разделения среды передачи данных ‑ метод CSMA/CD.

Каждый ПК работает в Ethernet согласно принципу «Слушай канал передачи, перед тем как отправить сообщения; слушай, когда отправляешь; прекрати работу в случае помех и попытайся еще раз».

Данный принцип можно расшифровать (объяснить) следующим образом:

1. Никому не разрешается посылать сообщения в то время, когда этим занят уже кто-то другой (слушай перед тем, как отправить).

2. Если два или несколько отправителей начинают посылать сообщения примерно в один и тот же момент, рано или поздно их сообщения «столкнутся» друг с другом в канале связи, что называется коллизией.

Коллизии нетрудно распознать, поскольку они всегда вызывают сигнал помехи, который не похож на допустимое сообщение. Ethernet может распознать помехи и заставляет отправителя приостановить передачу и подождать некоторое время, прежде, чем повторно отправить сообщение.

Причины широкой распространенности и популярности Ethernet (достоинства):

1. Дешевизна.

2. Большой опыт использования.

3. Продолжающиеся нововведения.

4. Богатство выбора оборудования. Многие изготовители предлагают аппаратуру построения сетей, базирующуюся на Ethernet.

Недостатки Ethernet:

1. Возможность столкновений сообщений (коллизии, помехи).

2. В случае большой загрузки сети время передачи сообщений непредсказуемо.

Технология Token Ring

Сети Token Ring, как и сети Ethernet, характеризует разделяемая среда передачи данных, которая состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо . Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему требуется не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциям права на использование кольца в определенном порядке. Это право передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером, или токеном (token) .

Технология Token Ring был разработана компанией IBM в 1984 году, а затем передана в качестве проекта стандарта в комитет IEЕЕ 802, который на ее основе принял в 1985 году стандарт 802.5.

Каждый ПК работает в Token Ring согласно принципу «Ждать маркера, если необходимо послать сообщение, присоединить его к маркеру, когда он будет проходить мимо. Если проходит маркер, снять с него сообщение и отправить маркер дальше».

Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями ‑ 4 и 16 Мбит/с. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается.

Технология Token Ring является более сложной технологией, чем Ethernet. Она обладает свойствами отказоустойчивости. В сети Token Ring определены процедуры контроля работы сети, которые используют обратную связь кольцеобразной структуры ‑ посланный кадр всегда возвращается в станцию-отправитель.

Рис. 3.10. Принцип технологии TOKEN RING

В некоторых случаях обнаруженные ошибки в работе сети устраняются автоматически, например, может быть восстановлен потерянный маркер. В других случаях ошибки только фиксируются, а их устранение выполняется вручную обслуживающим персоналом.

Для контроля сети одна из станций выполняет роль так называемого активного монитора. Активный монитор выбирается во время инициализации кольца как станция с максимальным значением МАС-адреса. Если активный монитор выходит из строя, процедура инициализации кольца повторяется и выбирается новый активный монитор. Сеть Token Ring может включать до 260 узлов.

Концентратор Token Ring может быть активным или пассивным. Пассивный концентратор просто соединяет порты внутренними связями так, чтобы станции, подключаемые к этим портам, образовали кольцо. Ни усиление сигналов, ни их ресинхронизацию пассивный MSAU не выполняет.

Активный концентратор выполняет функции регенерации сигналов, и поэтому иногда называется повторителем, как в стандарте Ethernet.

В общем случае сеть Token Ring имеет комбинированную звездно-кольцевую конфигурацию. Конечные узлы подключаются к MSAU по топологии звезды, а сами MSAU объединяются через специальные порты Ring In (RI) и Ring Out (RO) для образования магистрального физического кольца.

Все станции в кольце должны работать на одной скорости либо 4 Мбит/с, либо 16 Мбит/с. Кабели, соединяющие станцию с концентратором, называются ответвительными (lobe cable), а кабели, соединяющие концентраторы, – магистральными (trunk cable).

Технология Token Ring позволяет использовать для соединения конечных станций и концентраторов различные типы кабеля:

– STP Type 1 ‑ экранированная витая пара (Shielded Twistedpair).
В кольцо допускается объединять до 260 станций при длине ответвительных кабелей до 100 метров;

– UTP Туре 3, UTP Туре 6 ‑ неэкранированная витая пара (Unshielded Twistedpair). Максимальное количество станций сокращается до 72 при длине ответвительных кабелей до 45 метров;

– волоконно-оптический кабель.

Расстояние между пассивными MSAU может достигать 100 м при использовании кабеля STP Туре 1 и 45 м при использовании кабеля UTP Type 3. Между активными MSAU максимальное расстояние увеличивается соответственно до 730 м или 365 м в зависимости от типа кабеля.

Максимальная длина кольца Token Ring составляет 4000 м. Ограничения на максимальную длину кольца и количество станций в кольце в технологии Token Ring не являются такими жесткими, как в технологии Ethernet. Здесь эти ограничения в основном связаны со временем оборота маркера по кольцу.

Все значения тайм-аутов в сетевых адаптерах узлов сети Token Ring можно настраивать, поэтому можно построить сеть Token Ring с большим количеством станций и с большей длиной кольца.

Преимущества технологии Token Ring:

· гарантированная доставка сообщений;

· высокая скорость передачи данных (до 160% Ethernet).

Недостатки технологии Token Ring:

· необходимы дорогостоящие устройства доступа к среде;

· технология более сложная в реализации;

· необходимы 2 кабеля (для повышения надежности): один входящий, другой исходящий от компьютера к концентратору;

· высокая стоимость (160-200% от Ethernet).

Технология FDDI

Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface) – оптоволоконный интерфейс распределенных данных ‑ это первая технология локальных сетей, в которой средой передачи данных является волоконно-оптический кабель. Технология появилась в середине 80-х годов .

Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, поддерживая метод доступа с передачей маркера.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Наличие двух колец – это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности, должны быть подключены к обоим кольцам.

В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного (Primary) кольца, этот режим назван режимом Thru ‑ «сквозным», или «транзитным». Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется.

В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным, вновь образуя единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrap, то есть «свертывание» или «сворачивание» колец. Операция свертывания производится средствами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI.

Рис. 3.11. ИВС с двумя циклическими кольцами в аварийном режиме

Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении (на диаграммах это направление изображается против часовой стрелки), а по вторичному – в обратном (изображается по часовой стрелке). Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.

Сеть FDDI может полностью восстанавливать свою работоспособность в случае единичных отказов ее элементов. При множественных отказах сеть распадается на несколько не связанных сетей.

Кольца в сетях FDDI рассматриваются как общая разделяемая среда передачи данных, поэтому для нее определен специальный метод доступа. Этот метод очень близок к методу доступа сетей Token Ring и также называется методом маркерного (или токенного) кольца – token ring.

Отличия метода доступа заключаются в том, что время удержания маркера в сети FDDI не является постоянной величиной. Это время зависит от загрузки кольца - при небольшой загрузке оно увеличивается, а при больших перегрузках может уменьшаться до нуля. Эти изменения в методе доступа касаются только асинхронного трафика, который не критичен к небольшим задержкам передачи кадров. Для синхронного трафика время удержания маркера по-прежнему остается фиксированной величиной.

Технология FDDI в настоящее время поддерживает типа кабелей:

– волоконно-оптический кабель;

– неэкранированная витая пара категории 5. Последний стандарт появился позже оптического и носит название TP-PMD (Physical Media Dependent).

Оптоволоконная технология обеспечивает необходимые средства для передачи данных от одной станции к другой по оптическому волокну и определяет:

Использование в качестве основной физической среды многомодового волоконно-оптического кабеля 62,5/125 мкм;

Требования к мощности оптических сигналов и максимальному затуханию между узлами сети. Для стандартного многомодового кабеля эти требования приводят к предельному расстоянию между узлами в 2 км, а для одномодового кабеля расстояние увеличивается до 10–40 км в зависимости от качества кабеля;

Требования к оптическим обходным переключателям (optical bypass switches) и оптическим приемопередатчикам;

Параметры оптических разъемов MIC (Media Interface Connector), их маркировку;

Использование для передачи света с длиной волны в 1,3 нм;

Максимальная общая длина кольца FDDI составляет 100 километров, максимальное число станций с двойным подключением в кольце ‑ 500.

Технология FDDI разрабатывалась для применения в ответственных участках сетей ‑ на магистральных соединениях между крупными сетями, например сетями зданий, а также для подключения к сети высокопроизводительных серверов. Поэтому главные требования, у разработчиков были (достоинства ):

‑ обеспечение высокой скорости передачи данных,

‑ отказоустойчивость на уровне протокола;

‑ большие расстояния между узлами сети и большое количество подключенных станций.

Все эти цели были достигнуты. В результате технология FDDI получилась качественной, но весьма дорогой (недостаток ). Даже появление более дешевого варианта для витой пары не намного снизило стоимость подключения одного узла к сети FDDI. Поэтому практика показала, что основной областью применения технологии FDDI стали магистрали сетей, состоящих из нескольких зданий, а также сети масштаба крупного города, то есть класса MAN.

Технология Fast Ethernet

Потребности в высокоскоростной и в то же время недорогой технологии для подключения к сети мощных рабочих станций привели в начале 90-х годов к созданию инициативной группы, которая занялась поисками нового Ethernet, такой же простой и эффективной технологии, но работающей на скорости 100 Мбит/с .

Специалисты разбились на два лагеря, что в конце концов привело к появлению двух стандартов, принятых осенью 1995 года: комитет 802.3 утвердил стандарт Fast Ethernet, почти полностью повторяющий технологию Ethernet 10 Мбит/с.

Технология Fast Ethernet сохранила в неприкосновенности метод доступа CSMA/CD, оставив в нем тот же алгоритм и те же временные параметры в битовых интервалах (сам битовый интервал уменьшился в 10 раз). Все отличия Fast Ethernet от Ethernet проявляются на физическом уровне.

В стандарте Fast Ethernet определены три спецификации физического уровня:

‑ 100Base-TX для 2-х пар UTP категории 5 или 2-х пар STP Type 1 (метод кодирования 4В/5В);

‑ l00Base-FX для многомодового волоконно-оптического кабеля с двумя оптическими волокнами (метод кодирования 4В/5В);

‑ 100Base-T4, работающую на 4-х парах UTP категории 3, но использующую одновременно только три пары для передачи, а оставшуюся ‑ для обнаружения коллизии (метод кодирования 8В/6Т).

Стандарты l00Base-TX/FX могут работать в полнодуплексном режиме.

Максимальный диаметр сети Fast Ethernet равен приблизительно 200 м, а более точные значения зависят от спецификации физической среды. В домене коллизий Fast Ethernet допускается не более одного повторителя класса I (позволяющего транслировать коды 4В/5В в коды 8В/6Т и обратно) и не более двух повторителей класса II (не позволяющих выполнять трансляцию кодов).

Технология Fast Ethernet при работе на витой паре позволяет за счет процедуры автопереговоров двум портам выбирать наиболее эффективный режим работы - скорость 10 Мбит/с или 100 Мбит/с, а также полудуплексный или полнодуплексный режим.

Технология Gigabit Ethernet

Технология Gigabit Ethernet добавляет новую, 1000 Мбит/с, ступень в иерархии скоростей семейства Ethernet. Эта ступень позволяет эффективно строить крупные локальные сети, в которых мощные серверы и магистрали нижних уровней сети работают на скорости 100 Мбит/с, а магистраль Gigabit Ethernet объединяет их, обеспечивая достаточно большой запас пропускной способности.

Разработчики технологии Gigabit Ethernet сохранили большую степень преемственности с технологиями Ethernet и Fast Ethernet. Gigabit Ethernet использует те же форматы кадров, что и предыдущие версии Ethernet, работает в полнодуплексном и полудуплексном режимах, поддерживая на разделяемой среде тот же метод доступа CSMA/CD с минимальными изменениями.

Для обеспечения приемлемого максимального диаметра сети в 200 м в полудуплексном режиме разработчики технологии пошли на увеличение минимального размера кадра в 8 раз (с 64 до 512 байт). Разрешается также передавать несколько кадров подряд, не освобождая среду, на интервале 8096 байт, тогда кадры не обязательно дополнять до 512 байт. Остальные параметры метода доступа и максимального размера кадра остались неизменными.

Летом 1998 года был принят стандарт 802.3z, который определяет использование в качестве физической среды трех типов кабеля:

‑ многомодового оптоволоконного (расстояние до 500 м),

‑ одномодового оптоволоконного (расстояние до 5000 м),

‑ двойного коаксиального (twinax), по которому данные передаются одновременно по двум медным экранированным проводникам на расстояние до 25 м.

Для разработки варианта Gigabit Ethernet на UTP категории 5 была создана специальная группа 802.3ab, которая уже разработала проект стандарта для работы по 4-м парам UTP категории 5. Принятие этого стандарта ожидается в ближайшее время.

Локальная проводная сеть (LAN) является основой домашнего информационного пространства и мультимедиа.. Критерии построения LAN.. Беспроводное подключение - плюсы и минусы.. Технология Fast Ethernet.. Структурная схема LAN-сети.. Сетевая топология «звезда».. Выбор оборудования LAN-сети.. Маршрутизатор (роутер).. Настройка роутера.. Встроенный ADSL-модем.. WI-FI точка доступа.. Коммутатор или концентратор?.. Характеристики D-Link DSL-6740U.. Характеристики D-Link DIR-615/K1A.. Кабель UTP Cat 5e (сдвоенная витая пара).. Техническое задание.. Пример проекта локальной сети.. Схема расстановки оборудования.. Монтажная схема LAN-сети.

Сегодня невозможно представить себе дом, квартиру или офис без многочисленных сложных приборов и устройств, общение с которыми в наше время уже становится проблемой.
Человек добровольно попадает в зависимость от компьютеров, интернета, аудио и видео систем, пультов, систем безопасности и других электронных устройств, которые дают нам новые возможности и удобства, но отнимают все свободное время.
Чтобы справится с этой проблемой и сделать жизнь максимально удобной и комфортной, нужно ставить перед собой новые задачи, которые могут быть реализованы с помощью технологий «умного» дома.

Наиболее востребованными в современном доме являются следующие системы:

Проводная локальная сеть
Мультимедиа
Управление освещением
Управление отоплением и микроклиматом
Охранно-пожарная сигнализация
Видеонаблюдение
Домофон и контроль доступа.

Реализация систем «умного» дома может быть комплексной (в случае капитального ремонта или строительства нового дома) или частичной.
Все зависит от приоритетов выбора тех или иных систем и возможностей их реализации.
Сегодня рассмотрим проводную локальную сеть.

Проводная локальная сеть (LAN)


Проводная локальная сеть (Local Area Network) служит для централизованного подключения к интернету и связи компьютеров и различных периферийных устройств в доме между собой. По сути, локальная сеть является основой домашнего информационного пространства и мультимедиа.

Спроектировав и построив в своем доме компьютерную, телефонную и телевизионную сети , вы обеспечите необходимыми коммуникациями все мультимедийное и компьютерное оборудование в доме.
Всегда имеет смысл рассматривать и проектировать эти сети вместе.

Почему именно проводная .
Выбор всегда за вами. Я всего лишь подчеркиваю, что когда есть такая возможность , нужно выбирать проводные технологии.
При всяком удобном случае стараюсь обосновывать этот выбор.

Проводное и беспроводное подключение: плюсы и минусы

Из плюсов беспроводного оборудования можно отметить большое количество подключений, которое ограничивается лишь скоростью передачи на одного пользователя. Еще – возможность подключения мобильных устройств (смартфоны, коммуникаторы, планшеты), а также свобода передвижения внутри помещения. Пожалуй, и все.

Минусы: беспроводные технологии, как правило, более сложные в устройстве и, соответственно, менее надёжны, чем проводные. Для неквалифицированного пользователя это может обернуться сложностями в процессе эксплуатации, в частности, в диагностике и устранении неполадок. Это особенно актуально при увеличении количества устройств.

Беспроводное подключение будет и менее скоростным .
Никто не будет спорить, что технические показатели уровня сигнала по кабелю выше, чем радиосигнала. Скорость беспроводной связи уступает проводной почти в два раза как по объективным причинам (беспроводной протокол передачи данных более медленный), так и по причине внешних помех (металлическая арматура стен, помехи от домашней электроники и др.).
В доме всегда найдется техника, требовательная к скорости и качеству соединения – например, те же мультимедийные HD-медиаплееры, информация с которых может быть затребована от нескольких устройств (компьютеров, телевизоров и пр.) Если возникнет желание посмотреть фильм качества BluRay на проекторе высокого разрешения, тогда скорости Wi-Fi с использованием даже современного оборудования может быть недостаточно.

По стоимости беспроводное оборудование обойдется раза в полтора дороже своих проводных аналогов.

Электромагнитное «загрязнение» и взаимные помехи беспроводного оборудования также никто ещё не отменял.
Поэтому, прежде чем использовать подключение к сети по беспроводной технологии Wi-Fi, необходимо взвесить все «за» и «против» и убедиться, что обойтись без беспроводного оборудования никак нельзя.
По-возможности, лучше минимизировать вредные излучения в рабочем пространстве, где вы проводите значительную часть времени.

На практике домашняя локальная сеть чаще всего является комбинированной. Например, стационарные компьютеры могут быть подключены к сети с помощью проводов по технологии Ethernet, а различные мобильные устройства (ноутбуки, планшеты, смартфоны) – через беспроводный стандарт Wi-Fi.

Критерии построения LAN

При выборе сетевого стандарта и топологии сети решающим фактором является скорость передачи данных и возможность дальнейшего расширения системы. Этим условиям в полной мере отвечает проводная технология Ethernet.

Данный стандарт обеспечивает параллельную передачу данных. Это означает, что в Ethernet данные передаются не всем устройствам поочередно (как в RS-485), а непосредственно нужному устройству. Это существенно увеличивает скорость передачи информации. Кроме того, данный протокол обеспечивает совместимость с существующими сетевыми устройствами и будущими разработками. Используя протокол Ethernet , можно быть уверенным, что строящаяся локальная сеть сможет получить развитие в будущем.
В настоящее время существуют три спецификации, различающиеся скоростью передачи:

классический Ethernet (10 Мбит/c);
Fast Ethernet (100 Мбит/c);
Gigabit Ethernet (1 Гбит/c).

Для домашней информационной сети наиболее оптимальной по соотношению цена/ качество/сложность - является топология «звезда» и сетевой стандарт 802.3 100Base-TX. Это 100-мегабитный Ethernet на сдвоенной витой паре, который по соотношению цена/производительность пока вне конкуренции.

Основой сети является коммутатор , к которому сетевые устройства подключаются кабелями с максимальной длиной 100м.

Большой плюс топологии «звезда» – ее масштабируемость, то есть дальнейшее расширение, а именно это очень важно в домашних сетях. Достигается это тем, что каждый компьютер (или иное устройство) подключается к выделенному для него Ethernet-порту концентратора или коммутатора. Т. е. один порт коммутатора – один компьютер. Обычно количество Ethernet-портов коммутатора выбирается с запасом, поэтому всегда есть возможность подключения нового устройства к запасному порту. Соответственно, каждый компьютер должен быть снабжен сетевым адаптером с разъемом RJ-45.
Задача облегчается тем, что все современные компьютеры и ноутбуки уже имеют встроенный разъем Ethernet-порта.

Критерии выбора оборудования

Все домашние локальные сети устроены по одному принципу: компьютеры пользователей, оборудованные сетевыми адаптерами, соединяются между собой через специальные коммутационные устройства. В этом качестве могут выступать маршрутизаторы (роутеры), концентраторы (хабы), коммутаторы (свитчи), точки доступа и модемы.

Роутеры

Основным компонентом домашней локальной сети является маршрутизатор или роутер , который представляет собой многофункциональное устройство со встроенной операционной системой, имеющий не менее двух сетевых интерфейсов:

1. LAN (Local Area Network) – служит для создания внутренней (локальной) сети, которая состоит из ваших компьютерных устройств.
2. WAN (Wide Area Network) – служит для подключения локальной сети (LAN) к всемирной глобальной сети – Интернету.

Маршрутизаторы делятся на два класса по типу внешнего подключения: Ethernet или ADSL . Соответственно, они имеют WAN-порт или ADSL-порт для подключения кабеля провайдера и до четырех портов LAN для подсоединения сетевых устройств по технологии Ethernet.
Маршрутизатор для подключения к линии ADSL имеет встроенный ADSL-модем.

Беспроводные роутеры , кроме всего прочего, имеют встроенную Wi-Fi точку доступа для подключения беспроводных устройств. Количество оборудования, получающего одновременный доступ к сети с помощью технологии Wi-Fi, может, в принципе, исчисляться десятками. С учетом того, что полоса частот канала делится между всеми подключенными клиентами, пропускная способность канала связи уменьшается с увеличением их количества.

Когда количество подключаемых компьютеров не превышает четырех, роутер оказывается единственным компонентом, который необходим для построения локальной сети, так как в остальных попросту нет нужды.

При выборе роутера для домашней сети предпочтительнее роутер с использованием технологии IEEE 802.11n , которая обеспечивает лучшую производительность и покрытие сигнала. Кроме того, эти роутеры поддерживают режим VPN пользователя и имеют встроенный USВ-порт, который можно использовать для подключения флешки, принтера или внешнего жесткого диска (NAS).

Перед покупкой роутера нужно заранее уточнить у провайдера, какой тип подключения вы будете использовать, и какое дополнительное оборудование вам для этого понадобится. В комплект поставки маршрутизаторов должны входить внешний адаптер питания и кабель RJ-45, а для моделей с ADSL портом дополнительно кабель RJ-11 и сплиттер.

Полезно проконсультироваться с технической поддержкой провайдера на предмет технических требований к оборудованию клиента, в плане совместимости его с серверами провайдера. Получив профессиональную информацию, можно более осмысленно делать свой выбор из доступных в продаже моделей роутеров.

О количестве оборудования . Если вы проектируете локальную сеть для 2-х или 3-х этажного коттеджа, то одним Wi-Fi роутером вам не обойтись. Для обеспечения достаточного уровня беспроводного сигнала придется строить распределенную Wi-Fi сеть, состоящую из нескольких роутеров или точек доступа. Для снижения нагрузки на беспроводную сеть и увеличения скорости передачи данных можно Wi-Fi доступ оставить только для мобильных устройств, а компьютеры (возможно, и ноутбуки) организовать на проводном доступе.

Еще один момент : сегодня покупать роутер без поддержки Wi-Fi просто бессмысленно. Разница в стоимости хорошего проводного роутера и его беспроводного аналога совсем небольшая. Даже если вы в ближайшее время не планируете использовать модуль Wi-Fi в роутере, то его можно отключить. Когда же у вас возникнет такая потребность (например, дома появится устройство с Wi-Fi связью), вы всегда сможете включить в роутере Wi-Fi модуль и начать пользоваться беспроводным интернетом.

О настройке роутера

В интернете достаточно много рекомендаций по настройке роутеров, включая и подробные инструкции по конкретным моделям. Здесь хочу отметить следующее:

Учитывая интересы пользователей , разработчики уже давно облегчили настройку параметров маршрутизаторов с помощью встроенного ПО для пошаговой настройки, сделав ее доступной даже для новичков.

В большинстве случаев, во время первого входа в меню роутера , происходит запуск мастера, который предлагает быструю пошаговую настройку его основных параметров. Это избавляет начинающих пользователей от поисков нужных опций среди многочисленных разделов меню.
При необходимости мастер установки можно запустить и вручную с помощью пункта меню в разных вариантах: Quick Setup (Быстрая настройка), Setup Wizard (Мастер установки) и т. д.

Следует только учесть , что в определённых ситуациях подключение к интернету может требовать особых настроек, возможность ввода которых попросту отсутствует в режиме мастера. В этих случаях придется обратиться к ручному режиму установки параметров.

Коммутаторы

Если требуется построить более разветвленную проводную сеть , то четырех LAN–портов роутера будет недостаточно. В этом случае к одному из портов роутера подключается дополнительное коммутационное устройство – концентратор (hub) или коммутатор (switch).

В отличие от роутера , свитчи и хабы имеют только один сетевой интерфейс – LAN и используются только для масштабирования (расширения) локальных сетей.

Для создания проводной сети Ethernet лучше использовать коммутатор (свитч), а не концентратор (хаб). Коммутатор анализирует исходящий от компьютеров трафик и направляет его только тому, кому он предназначен. Концентратор же просто повторяет любой трафик на все порты. В итоге производительность сети Ethernet на концентраторах сильно зависит от общей загруженности. Сеть на коммутаторе свободна от этого недостатка.
Раньше приходилось выбирать: или цена, или производительность, поскольку концентраторы стоили существенно дешевле, чем коммутаторы. Сейчас оба вида устройств практически сравнялись в цене, поэтому выбор в пользу коммутатора не вызывает сомнений.

Какой коммутатор выбрать?
В настоящее время существует множество моделей и типов сетевых коммутаторов, их цена и функции очень различаются. При выборе необходимо исходить из минимальной стоимости устройства, которое будет отвечать вашим требованиям к скорости передачи данных и количеству портов. Также определенное значение могут иметь габариты коммутатора.

Скорость работы
Для домашней локальной сети по соотношению цена/производительность оптимальным пока остается Fast Ethernet (100 Мбит/c).

Количество портов
Этот показатель характеризует количество сетевых устройств, которые можно к данному коммутатору подключить. Во многом данный параметр определяет и цену устройства.
Выбор зависит от количества пользователей вашей будущей сети. К количеству пользователей необходимо прибавить 1-2 порта про запас.
В моделях, ориентированных на домашнее использование, количество Ethernet-портов обычно равняется 5 или 8. Если в какой-то момент для подключения всех устройств количества портов коммутатора перестанет хватать, к нему можно подсоединить еще один свитч. Таким образом, можно расширять домашнюю сеть сколько угодно.

Кабели

В качестве среды передачи 100Base-TX (Fast Ethernet) применяется неэкранированный кабель UTP Cat 5e (сдвоенная витая пара), причем одна пара используется для передачи данных, а вторая — для их приема. Возможно применение кабеля Cat 5e типа 100BASE-T4 (счетверенная витая пара): две резервные пары можно в дальнейшем использовать для модернизации сети до уровня 1000 Мбит/с (Gigabit Ethernet).

Экранированные кабели (FTP, STP, SFTP) применяются при прокладке магистральных линий и в производственных помещениях с большими электромагнитными полями. В домашних локальных сетях, как правило, используется неэкранированный кабель UTP.

Для телефонной сети применяется кабель UTP Cat 3 (сдвоенная витая пара).

Можно ли использовать для разводки телефона в целях экономии одну из пар четырехпарного кабеля, применяемого для компьютерных сетей?
Можно, но вряд ли нужно. Зачем создавать себе дополнительные проблемы с монтажом. Лучше всего применять отдельную не экранированную проводку витой парой, так как это существенно повышает помехозащищенность телефонной связи. Кроме того, резервная витая пара кабеля Cat 3 в будущем может пригодиться для ремонта поврежденной пары или для подключения дополнительного аппарата.

Жилы витых пар в кабелях бывают двух видов , из одиночного проводника и многожильные. Диаметр жил в одножильных витых парах составляет 0,51 мм. Кабели с одножильными проводниками применяют для монтажа сетей в коробах, кабель-каналах и по стенам. С многожильными проводниками кабель применяют только там, где он может подвергаться частым изгибам, например, для соединения компьютера с розеткой RJ45 (патч-корд).

В соответствии с топологией «звезда» все кабели от сетевых устройств сходятся к коммутатору, а на противоположных концах кабелей устанавливаются розетки с гнездами RJ45. Как кабели, так и розетки должны быть категорий 5е или 6.
Все отрезки кабеля должны быть не более 100 метров — только в этом случае гарантируется устойчивая работа сети. Необходимо учитывать тот факт, что требование к максимальной длине сегмента кабеля в 100 м включает в себя всю длину кабеля, соединяющего компьютер с коммутатором. Если кабельная разводка заканчивается на стороне компьютера настенной розеткой, а на стороне коммутатора — кросс-панелью, то в длину сегмента необходимо включить коммутационные кабели, соединяющие компьютер с розеткой и кросс-панель с коммутатором.
Рекомендуется брать максимальную длину для сегмента кабеля внутренней разводки, равной 90 м, оставляя 10 м для коммутационных кабелей.
Разумеется, все кабели должны быть цельными, не допускается никаких «скруток».

Пример проекта локальной сети

Основой создания любого проекта является техническое задание (ТЗ).
В идеале, развернутое техническое задание на проектирование должен предоставлять заказчик. На практике, особенно для частных домовладений, проектировщику по факту приходится участвовать в сборе исходных данных и разработке ТЗ, поскольку без полного понимания особенностей объекта и консультаций с заказчиком невозможно выполнить проект.

Примерная последовательность действий проектировщика при составлении технического задания на проектирование «умного» дома была подробно рассмотрена в статье .

Рассмотрим действия проектировщика на основании согласованного с заказчиком ТЗ на проектирование локальной сети для двухэтажного загородного дома площадью 200м2.
Как отмечалось, компьютерная, телефонная и телевизионная сети объединены в одном проекте.

Исходные данные

1. Имеется поэтажный план дома.
2. Скоростной доступ в интернет – по выделенной линии ADSL
3. Режим доступа к городской АТС – импульсный
4. Количество Ethernet розеток – 6
5. Количество телефонных розеток – 1
6. Должны быть также предусмотрены:
WI-FI точки доступа для подключения беспроводных устройств.
Запасной порт для дополнительного проводного подключения 1 компьютера.
7. Телевидение: эфирное + спутниковое ТВ
8. Количество телевизионных розеток ТВ+SAT – 6

Расстановка оборудования

Хотя речь идет об относительно небольшой локальной сети , но с учетом оборудования телефонной и телевизионной сетей и двух уровней (этажей), имеет смысл использовать монтажные слаботочные шкафы, а для подключения сетевых устройств – соответствующие розетки. Сетевую розетку удобно использовать потому, что при изменении места расположения компьютера (или телевизора) не нужно удлинять весь кабельный сегмент – достаточно просто создать новый патч-корд, соединяющий устройство с розеткой.
На плане дома определяются места предполагаемого размещения монтажных шкафов, компьютеров, телефонов и телевизионных приемников.
Размещение оборудования на плане 1-го этажа показано на рис.1 .

Рис.1


Выбор оборудования

Подключение к интернету будет осуществляться по выделенному ADSL-каналу в телефонной линии, ведущей от АТС к дому. Это означает, что при выборе оборудования нам необходимо предусмотреть наличие в его составе ADSL- модема.
Для беспроводных устройств нужны, как минимум, две WI-FI точки доступа (2 этажа). Задача облегчается тем, что количество Net-розеток на каждом этаже не превышает трех. Это позволяет минимизировать количество оборудования, необходимого для построения локальной сети.
Домашняя LAN-сеть для двухэтажного дома площадью 200м2 может быть выполнена на ADSL-маршрутизаторе и Ethernet-коммутаторе.
Структурная схема сети показана на рис.2 .

Рис.2 .

Основные характеристики применяемых устройств:

D-Link DSL-6740U

Тип устройства: DSL модем, маршрутизатор, Wi-Fi точка доступа
Поддержка: VDSL2, ADSL2
Стандарт беспроводной связи: 802.11b/g/n, частота 2.4 ГГц
Макс. скорость беспроводного соединения: до 300 Мбит/с (802.11n)
Технология шифрования WPA/WPA2
Коммутатор: 4хLAN
Скорость портов: 100 Мбит/сек
Размеры (ШxГхВ): 228x175x40 мм
Вес: 460 г
Комплектность: Маршрутизатор, адаптер питания, кабель RJ-45, кабель RJ-11, сплиттер, диск с ПО.

D-Link DIR-615/K1A

Схема сетей

Монтажный (слаботочный) шкаф лучше всего размещать в таком месте, куда удобнее всего подвести кабели из всех комнат и обеспечивается надежное покрытие WI-FI точки доступа. В данном проекте – в холле первого этажа. Туда же нужно будет провести кабель от провайдера.
Второй монтажный шкаф установлен в холле второго этажа. В монтажных шкафах также предусматриваются электрические розетки для питания роутеров.

От слаботочного шкафа «звездообразно» расходятся кабели отдельно для Ethernet-сети, телефона и телевидения. На концах этих кабелей устанавливаются отдельные розетки для каждой системы: телефонная и компьютерная (симметричные) и телевизионная (коаксиальная). В гостиной установлена сдвоенная розетка (телефонная + компьютерная).

Таким образом, в здании формируется три кабельные системы и три вида розеток. Такая схема более надежна и удобна для монтажа – каждую кабельную систему можно монтировать практически независимо.
Схема разводки телефонной, телевизионной и Ethernet-сетей показана на рис.3.

Рис.3

Установка и подключение маршрутизаторов не вызывает никаких трудностей. Главное – определить место в монтажном шкафу, где он будет расположен, и хорошо его закрепить. Для крепления в вертикальном положении в днище роутера имеются специальные фигурные пазы, за которые он подвешивается и фиксируется в шкафу или на стене. Некоторые модели комплектуются специальными подставками или панельками для вертикального расположения.

Если статья Вам понравилась и Вы цените вложенные в этот проект усилия – у Вас есть возможность внести посильный вклад в развитие сайта на странице . Он посвящен основам электротехники и электричества с акцентом на домашние электрические установки и происходящие в них процессы.

Fast Ethernet

Fast Ethernet - спецификация IEЕЕ 802.3 u официально принятая 26 октября 1995 года определяет стандарт протокола канального уровня для сетей работающих при использовании как медного, так и волоконно-оптического кабеля со скоростью 100Мб/с. Новая спецификация является наследницей стандарта Ethernet IEЕЕ 802.3, используя такой же формат кадра, механизм доступа к среде CSMA/CD и топологию звезда. Эволюция коснулась нескольких элементов конфигурации средств физического уровня, что позволило увеличить пропускную способность, включая типы применяемого кабеля, длину сегментов и количество концентраторов.

Структура Fast Ethernet

Чтобы лучше понять работу и разобраться во взаимодействии элементов Fast Ethernet обратимся к рисунку 1.

Рисунок 1. Система Fast Ethernet

Подуровень управления логической связью (LLC)

В спецификации IEEE 802.3 u функции канального уровня разбиты на два подуровня: управления логической связью (LLC) и уровня доступа к среде (MAC), который будет рассмотрен ниже. LLC, функции которого определены стандартом IEEE 802.2, фактически обеспечивает взаимосвязь с протоколами более высокого уровня, (например, с IP или IPX), предоставляя различные коммуникационные услуги:

• Сервис без установления соединения и подтверждений приема. Простой сервис, который не обеспечивает управления потоком данных или контроля ошибок, а также не гарантирует правильную доставку данных.
• Сервис с установлением соединения. Абсолютно надежный сервис, который гарантирует правильную доставку данных за счет установления соединения с системой-приемником до начала передачи данных и использования механизмов контроля ошибок и управления потоком данных.
• Сервис без установления соединения с подтверждениями приема. Средний по сложности сервис, который использует сообщения подтверждения приема для обеспечения гарантированной доставки, но не устанавливает соединения до передачи данных.

На передающей системе данные, переданные вниз от протокола Сетевого уровня, вначале инкапсулируются подуровнем LLC. Стандарт называет их Protocol Data Unit (PDU, протокольный блок данных). Когда PDU передается вниз подуровню MAC, где снова обрамляется заголовком и постинформацией, с этого момента технически его можно назвать кадром. Для пакета Ethernet это означает, что кадр 802.3 помимо данных Сетевого уровня содержит трехбайтовый заголовок LLC. Таким образом, максимально допустимая длина данных в каждом пакете уменьшается с 1500 до 1497 байтов.

Заголовок LLC состоит из трех полей:

В некоторых случаях кадры LLC играют незначительную роль в процессе сетевого обмена данными. Например, в сети, использующей TCP/IP наряду с другими протоколами, единственная функция LLC может заключаться в предоставлении возможности кадрам 802.3 содержать заголовок SNAP, подобно Ethertype указывающий протокол Сетевого уровня, которому должен быть передан кадр. В этом случае все PDU LLC задействуют ненумерованный информационный формат. Однако другие высокоуровневые протоколы требуют от LLC более расширенного сервиса. Например, сессии NetBIOS и несколько протоколов NetWare используют сервисы LLC с установлением соединения более широко.

Заголовок SNAP

Принимающей системе необходимо определить, какой из протоколов Сетевого уровня должен получить входящие данные. В пакетах 802.3 в рамках PDU LLC применяется еще один протокол, называемый Sub - Network Access Protocol (SNAP, протокол доступа к подсетям).

Заголовок SNAP имеет длину 5 байт и располагается непосредственно после заголовка LLC в поле данных кадра 802.3, как показано на рисунке. Заголовок содержит два поля.

Код организации. Идентификатор организации или производителя - это 3-байтовое поле, которое принимает такое же значение, как первые 3 байта МАС-адреса отправителя в заголовке 802.3.

Локальный код. Локальный код - это поле длиной 2 байта, которое функционально эквивалентно полю Ethertype в заголовке Ethernet II.

Подуровень согласования

Как было сказано ранее Fast Ethernet это эволюционировавший стандарт. MAC рассчитанный на интерфейс AUI, необходимо преобразовать для интерфейса MII, используемого в Fast Ethernet, для чего и предназначен этот подуровень.

Управление доступом к среде ( MAC)

Каждый узел в сети Fast Ethernet имеет контроллер доступа к среде (Media Access Controller - MAC). MAC имеет ключевое значение в Fast Ethernet и имеет три назначения:

Самым важным из трех назначений MAC является первое. Для любой сетевой технологии, которая использует общую среду, правила доступа к среде, определяющие, когда узел может передавать, являются ее основной характеристикой. Разработкой правил доступа к среде занимаются несколько комитетов IЕЕЕ. Комитет 802.3, часто именуемый комитетом Ethernet, определяет стандарты на ЛВС, в которых используются правила под названием CSMA/ CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов).

CSMS/ CD являются правилами доступа к среде как для Ethernet, так и для Fast Ethernet. Именно в этой области две технологии полностью совпадают.

Поскольку все узлы в Fast Ethernet совместно используют одну и ту же среду, передавать они могут лишь тогда, когда наступает их очередь. Определяют эту очередь правила CSMA/ CD.

CSMA/ CD

Контроллер MAC Fast Ethernet, прежде чем приступить к передаче, прослушивает несущую. Несущая существует лишь тогда, когда другой узел ведет передачу. Уровень PHY определяет наличие несущей и генерирует сообщение для MAC. Наличие несущей говорит о том, что среда занята и слушающий узел (или узлы) должны уступить передающему.

MAC, имеющий кадр для передачи, прежде чем передать его, должен подождать некоторый минимальный промежуток времени после окончания предыдущего кадра. Это время называется межпакетной щелью (IPG, interpacket gap) и продолжается 0,96 микросекунды, то есть десятую часть от времени передачи пакета обычной Ethernet со скоростью 10 Мбит/с (IPG - единственный интервал времени, всегда определяемый в микросекундах, а не во времени бита) рисунок 2.

Рисунок 2. Межпакетная щель

После окончания пакета 1 все узлы ЛВС обязаны подождать в течение времени IPG, прежде чем смогут передавать. Временной интервал между пакетами 1 и 2, 2 и 3 на рис. 2 - это время IPG. После завершения передачи пакета 3 ни один узел не имел материала для обработки, поэтому временной интервал между пакетами 3 и 4 длиннее, чем IPG.

Все узлы сети должны соблюдать эти правила. Даже если на узле имеется много кадров для передачи и данный узел является единственным передающим, то после пересылки каждого пакета он должен выждать в течение, по крайней мере, времени IPG.

Именно в этом заключается часть CSMA правил доступа к среде Fast Ethernet. Короче говоря, многие узлы имеют доступ к среде и используют несущую для контроля ее занятости.

В ранних экспериментальных сетях применялись именно эти правила, и такие сети работали очень хорошо. Тем не менее, использование лишь CSMA привело к возникновению проблемы. Часто два узла, имея пакет для передачи и прождав время IPG, начинали передавать одновременно, что приводило к искажению данных с обеих сторон. Такая ситуация называется коллизией (collision) или конфликтом.

Для преодоления этого препятствия ранние протоколы использовали достаточно простой механизм. Пакеты делились на две категории: команды и реакции. Каждая команда, переданная узлом, требовала реакции. Если в течение некоторого времени (называемого периодом тайм-аута) после передачи команды реакция на нее не была получена, то исходная команда подавалась вновь. Это могло происходить по нескольку раз (предельное количество тайм-аутов), прежде чем передающий узел фиксировал ошибку.

Эта схема могла прекрасно работать, но лишь до определенного момента. Возникновение конфликтов приводило к резкому снижению производительности (измеряемой обычно в байтах в секунду), потому что узлы часто простаивали в ожидании ответов на команды, никогда не достигающие пункта назначения. Перегрузка сети, увеличение количества узлов напрямую связаны с ростом числа конфликтов и, следовательно, со снижением производительности сети.

Проектировщики ранних сетей быстро нашли решение этой проблемы: каждый узел должен устанавливать факт потери переданного пакета путем обнаружения конфликта (а не ожидать реакции, которая никогда не последует). Это означает, что потерянные в связи с конфликтом пакеты должны быть немедленно переданы вновь до окончания времени тайм-аута. Если узел передал последний бит пакета без возникновения конфликта, значит, пакет передан успешно.

Метод контроля несущей хорошо сочетать с функцией обнаружения коллизий. Коллизии все еще продолжают происходить, но на производительности сети это не отражается, так как узлы быстро избавляются от них. Группа DIX, разработав правила доступа к среде CSMA/CD для Ethernet, оформила их в виде простого алгоритма - рисунок 3.

Рисунок 3. Алгоритм работы CSMA/CD

Устройство физического уровня ( PHY)

Поскольку Fast Ethernet может использовать различный тип кабеля, то для каждой среды требуется уникальное предварительное преобразование сигнала. Преобразование также требуется для эффективной передачи данных: сделать передаваемый код устойчивым к помехам, возможным потерям, либо искажениям отдельных его элементов (бодов), для обеспечения эффективной синхронизации тактовых генераторов на передающей или приемной стороне.

Подуровень кодирования ( PCS)

Кодирует/декодирует данные поступающие от/к уровня MAC с использованием алгоритмов или .

Подуровни физического присоединения и зависимости от физической среды ( PMА и PMD)

Подуровни РМА и PMD осуществляют связь между подуровнем PSC и интерфейсом MDI, обеспечивая формирование в соответствии с методом физического кодирования: или .

Подуровень автопереговоров (AUTONEG)

Подуровень автопереговоров позволяет двум взаимодействующим портам автоматически выбирать наиболее эффективный режим работы: дуплексный или полудуплексный 10 или 100 Мб/с. Физический уровень

Стандарт Fast Ethernet определяет три типа среды передачи сигналов Ethernet со скоростью 100 Мбит/с.

• 100Base-TX - две витые пары проводов. Передача осуществляется в соответствии со стандартом передачи данных в витой физической среде, разработанным ANSI (American National Standards Institute - Американский национальный институт стандартов). Витой кабель для передачи данных может быть экранированным, либо неэкранированным. Использует алгоритм кодирования данных 4В/5В и метод физического кодирования MLT-3.
• 100Base-FX - две жилы, волоконно-оптического кабеля. Передача также осуществляется в соответствии со стандартом передачи данных в волоконно-оптической среде, которой разработан ANSI. Использует алгоритм кодирования данных 4В/5В и метод физического кодирования NRZI.

Спецификации 100Base-TX и 100Base-FX известны также как 100Base-X

• 100Base-T4 - это особая спецификация, разработанная комитетом IEEE 802.3u . Согласно этой спецификации, передача данных осуществляется по четырем витым парам телефонного кабеля, который называют кабелем UTP категории 3. Использует алгоритм кодирования данных 8В/6Т и метод физического кодирования NRZI.

Дополнительно стандарт Fast Ethernet включает рекомендации по использованию кабеля экранированной витой пары категории 1, который является стандартным кабелем, традиционно использующимся в сетях Token Ring. Организация поддержки и рекомендации по использованию кабеля STP в сети Fast Ethernet предоставляют способ перехода на Fast Ethernet для покупателей, имеющих кабельную разводку STP.

Спецификация Fast Ethernet включает также механизм автосогласования, позволяющий порту узла автоматически настраиваться на скорость передачи данных - 10 или 100 Мбит/с. Этот механизм основан на обмене рядом пакетов с портом концентратора или переключателя.

Среда 100Base-TX

В качестве среды передачи 100Base-TX применяются две витые пары, причем одна пара используется для передачи данных, а вторая - для их приема. Поскольку спецификация ANSI TP - PMD содержит описания как экранированных, так и неэкранированных витых пар, то спецификация 100Base-TX включает поддержку как неэкранированных, так и экранированных витых пар типа 1 и 7.

Разъем MDI (Medium Dependent Interface)

Интерфейс канала 100Base-TX, зависящий от среды, может быть одного из двух типов. Для кабеля на неэкранированных витых парах в качестве разъема MDI следует использовать восьмиконтактный разъем RJ 45 категории 5. Этот же разъем применяется и в сети 10Base-T, что обеспечивает обратную совместимость с существующими кабельными разводками категории 5. Для экранированных витых пар в качестве разъема MDI необходимо использовать разъем STP IBM типа 1, который является экранированным разъемом DB9. Такой разъем обычно применяется в сетях Token Ring.

Кабель UTP категории 5(e)

В интерфейсе среды UTP 100Base-TX применяются две пары проводов. Для минимизации перекрестных наводок и возможного искажения сигнала оставшиеся четыре провода не должны использоваться с целью передачи каких-либо сигналов. Сигналы передачи и приема для каждой пары являются поляризованными, причем один провод передает положительный (+), а второй - отрицательный (-) сигнал. Цветовая маркировка проводов кабеля и номера контактов разъема для сети 100Base-TX приведены в табл. 1. Хотя уровень PHY 100Base-TX разрабатывался после принятия стандарта ANSI TP-PMD, однако номера контактов разъема RJ 45 были изменены для согласования со схемой разводки, уже использующейся в стандарте 10Base-T. В стандарте ANSI TP-PMD контакты 7 и 9 применяются для приема данных, в то время как в стандартах 100Base-TX и 10Base-T для этого предназначены контакты 3 и 6. Такая разводка обеспечивает возможность использования адаптеров 100Base-TX вместо адаптеров 10 Base - T и их подключения к тем же кабелям категории 5 без изменений разводки. В разъеме RJ 45 используемые пары проводов подключаются к контактам 1, 2 и 3, 6. Для правильного подключения проводов следует руководствоваться их цветовой маркировкой.

Таблица 1. Назначение контактов разъема MDI кабеля UTP 100Base-TX

Узлы взаимодействуют друг с другом путем обмена кадрами (frames). В Fast Ethernet кадр является базовой единицей обмена по сети - любая информация, передаваемая между узлами, помещается в поле данных одного или нескольких кадров. Пересылка кадров от одного узла к другому возможна лишь при наличии способа однозначной идентификации всех узлов сети. Поэтому каждый узел в ЛВС имеет адрес, который называется его МАС-адресом. Этот адрес уникален: никакие два узла локальной сети не могут иметь один и тот же МАС-адрес. Более того, ни в одной из технологий ЛВС (за исключением ARCNet) никакие два узла в мире не могут иметь одинаковый МАС-адрес. Любой кадр содержит, по крайней мере, три основные порции информации: адрес получателя, адрес отправителя и данные. Некоторые кадры имеют и другие поля, но обязательными являются лишь три перечисленные. На рисунке 4 отражена структура кадра Fast Ethernet.

Рисунок 4. Структура кадра Fast Ethernet

• адрес получателя - указывается адрес узла, получающего данные;
• адрес отправителя - указывается адрес узла, пославшего данные;
• длина/Тип (L/T - Length/Type) - содержится информация о типе передаваемых данных;
• контрольная сумма кадра (PCS - Frame Check Sequence) - предназначена для проверки корректности полученного принимающим узлом кадра.

Минимальный объем кадра составляет 64 октета, или 512 битов (термины октет и байт - синонимы). Максимальный объем кадра равен 1518 октетам, или 12144 битам.

Адресация кадров

Каждый узел в сети Fast Ethernet имеет уникальный номер, который называется МАС-адресом (MAC address) или адресом узла. Этот номер состоит из 48 битов (6 байтов), присваивается сетевому интерфейсу во время изготовления устройства и программируется в процессе инициализации. Поэтому сетевые интерфейсы всех ЛВС, за исключением ARCNet, которая использует 8-битовые адреса, присваиваемые сетевым администратором, имеют встроенный уникальный МАС-адрес, отличающийся от всех остальных МАС-адресов на Земле и присваиваемый производителем по согласованию с IEEE.

Чтобы облегчить процесс управления сетевыми интерфейсами, IEEE было предложено разделить 48-битовое поле адреса на четыре части, как показано на рисунке 5. Первые два бита адреса (биты 0 и 1) являются флажками типа адреса. Значение флажков определяет способ интерпретации адресной части (биты 2 - 47).

Рисунок 5. Формат МАС-адреса

Бит I/G называется флажком индивидуального/группового адреса и показывает, каким (индивидуальным или групповым) является адрес. Индивидуальный адрес присваивается только одному интерфейсу (или узлу) в сети. Адреса, у которых бит I/G установлен в 0 - это МАС-адреса или адреса узла. Если бит I/O установлен в 1, то адрес относится к групповым и обычно называется многопунктовым адресом (multicast address) или функциональным адресом (functional address). Групповой адрес может быть присвоен одному или нескольким сетевым интерфейсам ЛВС. Кадры, посланные по групповому адресу, получают или копируют все обладающие им сетевые интерфейсы ЛВС. Многопунктовые адреса позволяют послать кадр подмножеству узлов локальной сети. Если бит I/O установлен в 1, то биты от 46 до 0 трактуются как многопунктовый адрес, а не как поля U/ L, OUI и OUA обычного адреса. Бит U/L называется флажком универсального/местного управления и определяет, как был присвоен адрес сетевому интерфейсу. Если оба бита, I/O и U/ L, установлены в 0, то адрес является уникальным 48-битовым идентификатором, описанным ранее.

OUI (organizationally unique identifier - организационно уникальный идентификатор). IEEE присваивает один или несколько OUI каждому производителю сетевых адаптеров и интерфейсов. Каждый производитель отвечает за правильность присвоения OUA (organizationally unique address - организационно уникальный адрес), который должно иметь любое созданное им устройство.

При установке бита U/L адрес является локально управляемым. Это означает, что он задается не производителем сетевого интерфейса. Любая организация может создать свой МАС-адрес сетевого интерфейса путем установки бита U/ L в 1, а битов со 2-го по 47-й в какое-нибудь выбранное значение. Сетевой интерфейс, получив кадр, первым делом декодирует адрес получателя. При установлении в адресе бита I/O уровень MAC получит этот кадр лишь в том случае, если адрес получателя находится в списке, который хранится на узле. Этот прием позволяет одному узлу отправить кадр многим узлам.

Существует специальный многопунктовый адрес, называемый широковещательным адресом. В 48-битовом широковещательном IEEE-адресе все биты установлены в 1. Если кадр передается с широковещательным адресом получателя, то все узлы сети получат и обработают его.

Поле Длина/Тип

Поле L/T (Length/Type - Длина/Тип) применяется в двух различных целях:

• для определения длины поля данных кадра, исключая любое дополнение пробелами;
• для обозначения типа данных в поле данных.

Значение поля L/T, находящееся в интервале между 0 и 1500, является длиной поля данных кадра; более высокое значение указывает на тип протокола.

Вообще поле L/T является историческим осадком стандартизации Ethernet в IEEE, породившим ряд проблем с совместимостью оборудования выпущенного до 1983. Сейчас Ethernet и Fast Ethernet никогда не использует поля L/T. Указанное поле служит лишь для согласования с программным обеспечением, обрабатывающим кадры (то есть с протоколами). Но единственным подлинно стандартным предназначением поля L/T является использование его в качестве поля длины - в спецификации 802.3 даже не упоминается о возможном его применении как поля типа данных. Стандарт гласит: "Кадры со значением поля длины, превышающим определенное в пункте 4.4.2, могут быть проигнорированы, отброшены или использованы частным образом. Использование данных кадров выходит за пределы этого стандарта".

Подводя итог сказанному, заметим, что поле L/T является первичным механизмом, по которому определяется тип кадра. Кадры Fast Ethernet и Ethernet, в которых значением поля L/T задается длина (значение L/T 802.3, кадры, в которых значением этого же поля устанавливается тип данных (значение L/T > 1500), называются кадрами Ethernet - II или DIX .

Поле данных

В поле данных содержится информация, которую один узел пересылает другому. В отличие от других полей, хранящих весьма специфические сведения, поле данных может содержать почти любую информацию, лишь бы ее объем составлял не менее 46 и не более 1500 байтов. Как форматируется и интерпретируется содержимое поля данных, определяют протоколы.

Если необходимо переслать данные длиной менее 46 байтов, уровень LLC добавляет в их конец байты с неизвестным значением, называемые незначащими данными (pad data). В результате длина поля становится равной 46 байтам.

Если кадр имеет тип 802.3, то в поле L/T указывается значение объема действительных данных. Например, если пересылается 12-байтовое сообщение, то поле L/T хранит значение 12, а в поле данных находятся и 34 добавочных незначащих байта. Добавление незначащих байтов инициирует уровень LLC Fast Ethernet, и обычно реализуется аппаратно.

Средства уровня MAC не задают содержимое поля L/T - это делает программное обеспечение. Установка значения этого поля почти всегда производится драйвером сетевого интерфейса.

Контрольная сумма кадра

Контрольная сумма кадра (PCS - Frame Check Sequence) позволяет убедиться в том, что полученные кадры не повреждены. При формировании передаваемого кадра на уровне MAC используется специальная математическая формула CRC (Cyclic Redundancy Check - циклический избыточный код), предназначенная для вычисления 32-разрядного значения. Полученное значение помещается в поле FCS кадра. На вход элемента уровня MAC, вычисляющего CRC, подаются значения всех байтов кадра. Поле FCS является первичным и наиболее важным механизмом обнаружения и исправления ошибок в Fast Ethernet. Начиная с первого байта адреса получателя и заканчивая последним байтом поля данных.

Значения полей DSAP и SSAP

Технология Fast Ethernet является эволюционным развитием классической технологии Ethernet. 10-Мегабитный Ethernet устраивал большинство пользователей на протяжении около 15 лет. Однако в начале 90-х годов начала ощущаться его недостаточная пропускная способность. Если для компьютеров на процессорах Intel 80286 или 80386 с шинами ISA (8 Мбайт/с) или EISA (32 Мбайт/с) пропускная способность сегмента Ethernet составляла 1/8 или 1/32 канала "память - диск", то это хорошо согласовывалось с соотношением объемов локальных данных и внешних данных для компьютера. Теперь же у мощных клиентских станций с процессорами Pentium или Pentium PRO и шиной PCI (133 Мбайт/с) эта доля упала до 1/133, что явно недостаточно. Поэтому многие сегменты 10-Мегабитного Ethernet"а стали перегруженными, реакция серверов в них значительно упала, а частота возникновения коллизий существенно возросла, еще более снижая номинальную пропускную способность.

Отличия Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены на физическом уровне (рис. 1).

Более сложная структура физического уровня технологии Fast Ethernet вызвана тем, что в ней используется три варианта кабельных систем - оптоволокно, 2-х парная витая пара категории 5 и 4-х парная витая пара категории 3, причем по сравнению с вариантами физической реализации Ethernet (а их насчитывается шесть), здесь отличия каждого варианта от других глубже - меняется и количество проводников, и методы кодирования. А так как физические варианты Fast Ethernet создавались одновременно, а не эволюционно, как для сетей Ethernet, то имелась возможность детально определить те подуровни физического уровня:

которые не изменяются от варианта к варианту, и остальные подуровни, специфические для каждого варианта.

Рис. 1. Структура физического уровня Fast Ethernet

Основными достоинствами технологии Fast Ethernet являются:

увеличение пропускной способности сегментов сети до 100 Мб/c;

сохранение метода случайного доступа Ethernet;

сохранение звездообразной топологии сетей и поддержка традиционных сред передачи данных - витой пары и оптоволоконного кабеля.

Указанные свойства позволяют осуществлять постепенный переход от сетей 10Base-T - наиболее популярного на

Рис. 2. Отличия стека протоколов 100Base-T от стека протоколов

10Base-t

сегодняшний день варианта Ethernet - к скоростным сетям, сохраняющим значительную преемственность с хорошо знакомой технологией: Fast Ethernet не требует коренного переобучения персонала и замены оборудования во всех узлах сети.

Официальный стандарт 100Base-T (802.3u) установил три различных спецификации для физического уровня (в терминах семиуровневой модели OSI) для поддержки следующих типов кабельных систем:

100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 5, или экранированной витой паре STP Type 1;

100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3, 4 или 5;

100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля.

Отказ от коаксиального кабеля привел к тому, что сети Fast Ethernet всегда имеют иерархическую древовидную структуру, построенную на концентраторах, как и сети l0Base-T/l0Base-F. Основным отличием конфигураций сетей Fast Ethernet является сокращение диаметра сети примерно до 200 м, что объясняется уменьшением времени передачи кадра минимальной длины в 10 раз за счет увеличения скорости передачи в 10 раз по сравнению с 10-мегабитным Ethernet.

При использовании коммутаторов протокол Fast Ethernet может работать в полнодуплексном режиме, в котором нет ограничений на общую длину сети, а остаются только ограничения на длину физических сегментов, соединяющих соседние устройства (адаптер - коммутатор или коммутатор - коммутатор). Поэтому при создании магистралей локальных сетей большой протяженности технология Fast Ethernet также активно, применяется, но только в полнодуплексном варианте, совместно с коммутаторами.

Для всех трех стандартов справедливы следующие утверждения и характеристики.

Форматы кадров технологии Fast Ethernetee отличаются от форматов кадров технологий 10-мегабитного Ethernet.

Межкадровый интервал (IPG) равен 0,96 мкс, а битовый интервал равен 10 нс.

Признаком свободного состояния среды является передача по ней символа Idle соответствующего избыточного кода (а не отсутствие сигналов, как в стандартах Ethernet 10 Мбит/с). Физический уровень включает три элемента:

• уровень согласования (reconciliation sublayer);

  независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, Mil);

  устройство физического уровня (Physical layer device, PHY).

Уровень согласования нужен для того, чтобы уровень MAC, рассчитанный на интерфейс AUI, смог работать с физическим уровнем через интерфейс Mil.

Устройство физического уровня (PHY) состоит, в свою очередь, из нескольких подуровней

подуровня логического кодирование данных, преобразующего поступающие от уровня MAC байты в символы кода 4В/5В или 8В/6Т (оба кода используются в технологии Fast Ethernet);

подуровней физического присоединения и подуровня зависимости от физической среды (PMD), которые обеспечивают формирование сигналов в соответствии с методом физического кодирования, например NRZI или MLT-3;

подуровня автопереговоров, который позволяет двум взаимодействующим портам автоматически выбрать наиболее эффективный режим работы, например, полудуплексный или полнодуплексный (этот подуровень является факультативным).

Fast Ethernet как развитие технологии Ethernet

Стандарт 10Base-F

Использует в качестве кабеля оптоволокно. Рекомендуется использование недорогого оптоволокна с длиной кабеля 1км, но возможна протяженность до 2 км..

Функционально сеть состоит из тех же элементов, что и в стандарте 10Base-T – сетевых адаптеров, концентраторов и сегментов кабеля, соединяющих адаптер с портом концентратора. Для соединения сетевого адаптера и концентратора используется два оптоволокна (объединенных в один кабель).

К достоинствам стандарта следует отнести значительное увеличение расстояния от узла сети до концентратора. К недостаткам относится высокая стоимость кабеля и сложность его монтажа.

Классический 10-мегабитный Ethernet устраивал большинство пользователей на протяжении около 15 лет. Однако в начале 90-х годов начала ощущаться его недостаточная пропускная способность. Назрела необходимость в разработке «нового» Ethernet, то есть технологии, которая была бы такой же эффективной по соотношению цена/качество при производительности 100 Мбит/с. В результате поисков и исследований специалисты разделились на два лагеря, что в конце концов привело к появлению новой технологии - Fast Ethernet.

В Fast Ethernet сохранен метод CSMA/CD и только увеличена скорость до 100 Мбит/с.

В ней используются три варианта кабельных систем:

· волоконно-оптический многомодовый кабель, используются два волокна;

Коаксиальный кабель, давший миру первую сеть Ethernet, в число разрешенных сред передачи данных новой технологии Fast Ethernet не попал. Это общая тенденция многих новых технологий, поскольку на небольших расстояниях витая пара категории 5 позволяет передавать данные с той же скоростью, что и коаксиальный кабель, но сеть получается более дешевой и удобной в эксплуатации. На больших расстояниях оптическое волокно обладает гораздо более широкой полосой пропускания, чем коаксиал, а стоимость сети получается ненамного выше, особенно если учесть высокие затраты на поиск и устранение неисправностей в крупной кабельной коаксиальной системе

При использовании коммутаторов протокол Fast Ethernet может работать в полнодуплексном режиме, в котором нет ограничений на общую длину сети, а остаются только ограничения на длину физических сегментов, соединяющих соседние устройства (адаптер - коммутатор или коммутатор - коммутатор)

· 100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 5 или экранированной витой паре STP Type 1;

· 100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3, 4 или 5;

· 100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля, используются два волокна.

Таблица 2. Общие характеристики стандартов FastEthernet

100Base-FX - многомодовое оптоволокно, два волокна, работа в полудуплексном и полнодуплексном режимах на основе схемы кодирования - 4В/5В.

100Base-TX - витая пара5 категории.

Всего в настоящее время определено 5 различных режимов работы, которые могут поддерживать устройства l00Base-TX или 100Base-T4 на витых парах;

100Base-T4 - витая пара UTP Cat 3, четыре пары

100Base-T4 была разработана для того, чтобы можно было использовать для высокоскоростного Ethernet имеющуюся проводку на витой паре категории 3. Ее самое главное преимущество состояло не столько в стоимости, а в том, что она была уже проложена в подавляющем числе зданий. Эта спецификация позволяет повысить общую пропускную способность за счет одновременной передачи потоков бит по всем 4 парам кабеля.

Четвертая пара всегда используется для прослушивания несущей частоты в целях обнаружения коллизии. Скорость передачи данных по каждой из трех передающих пар равна 33,3 Мбит/с, поэтому общая скорость протокола 100Base-T4 составляет 100 Мбит/с.