Проектирование локальной сети

10 Base 2. Эта спецификация предусматривает  использование тонкого коаксиального кабеля, соответственно стандарт известен как «тонкий Ethernet». Протяженность сегмента ограничена 185 м, а число узлов – 30.

10 Base T. Эта разновидность Ethernet получила  наибольшее распространение. Буква «Т» в названии означает, что средой передачи является неэкранированная витая пара (Unshielded Twisted Pair, UTP). Спецификация предусматривает использование концентратора для подключения пользователей по топологии «звезда». Применение дешевых кабелей UTP является одним из основных преимуществ 10 Base T по сравнению со спецификациями 10 Base 2 и 10 Base 5. Протяженность отрезка кабеля от концентратора до станции не должна превышать 100 м.

10 Base F. Эта спецификация использует  в качестве среды передачи  оптоволоконный кабель. Применение оптоволоконной технологии приводит к высокой стоимости комплектующих. Однако нечувствительность к электромагнитным помехам позволяет использовать спецификацию в особо ответственных случаях и для связи далеко расположенных друг от друга объектов.

Теоретическая производительность Ethernet составляет 10 Мбит/с. Однако нужно учитывать, что из-за коллизий технология Ethernet никогда не может достичь своей максимальной производительности. При увеличении числа станций в сети временные задержки между посылками отдельных пакетов по сети возрастают, так как количество коллизий увеличивается. Поэтому реальная производительность Ethernet не превышает 70% от теоретической.

После того, как стандарт 10Base-T стал преобладающим, определив среду передачи строящихся сетей – медную витую пару, развитие технологии пошло в направлении увеличения скорости передачи данных. Стали появляться стандарты, обеспечивающие скорость передачи данных 100 Мбит/с, которые и объединили в технологию Fast Ethernet.

Fast Ethernet является технологией локальных  вычислительных сетей и служит для обеспечения связи компьютеров на небольшой территории, такой как офис, здание или группа зданий.

В сети Fast Ethernet применяется та же базовая технология, что и в Ethernet – множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов CSMA/CD.

Обе технологии основаны на стандарте IEEE 802.3. В результате для создания сетей обоих типов можно использовать (в большинстве случаев) один и тот же тип кабеля, одинаковые сетевые устройства и приложения. Сети Fast Ethernet позволяют передавать данные со скоростью 100 Мбит/с, то есть в десять раз быстрее Ethernet. При усложнении приложений и увеличении числа обращающихся к сети пользователей такая повышенная пропускная способность может помочь избавиться от "узких мест", вызывающих увеличение времени отклика сети.

Основные спецификации технологии Fast Ethernet приведены ниже.

100Base-T. Эта спецификация имеет две разновидности реализации:  100Base-TX и 100Base-T4. Наиболее распространенным стандартом для скорости 100 Мбит/с является 100BaseTX.

100Base-TX. Основная используемая топология  для этой спецификации является «звезда». Среда передачи – 4-проводной кабель «витая пара» категории 5 или выше. Расстояние между устройствами не превышает 100 метров.

100Base-T4 отличается от предыдущего  использованием четырех пар кабеля категории 3 или выше вместо двух и применяется в основном в старых сетях, построенных на UTP класса 3.

100 Base-FX. В качестве среды передачи  этот стандарт использует многомодовый оптоволоконный кабель. Ограничение длины сегмента сети составляет 412 метров, при использовании полудуплексного режима и 2 км – при использовании полнодуплексного.

Для 100-Мбит/с стандартов уже не хватало первых четырех категорий кабеля «витая пара». Поэтому были разработаны кабели категорий 5, 6 и 7.

Кабель 5-й категории был стандартизован для диапазона до 100 МГц. Он работает с такими протоколами, как Fast Ethernet (100 Мбит/с), 100VG-AnyLAN (100 Мбит/с), ATM (155 Мбит/с) и Gigabit Ethernet (1000 Мбит/с) и сегодня является самым распространенным видом кабеля.

Кабель 6-й категории работает с частотами до 200 МГц. Данный кабель создан для поддержки работы высокоскоростных протоколов на отрезках большей длины, чем при использовании кабеля пятой категории.Недавно появился кабель 7-й категории. Такой кабель может работать с частотой до 600 МГц. Создан для тех же целей, что и кабель шестой категории, но обладает значительно более высокой стоимостью.

В отдельной локальной сети Fast Ethernet любые два устройства могут связываться непосредственно, поскольку они используют общую среду передачи. Обычно такой средой служит кабель и/или иное устройство, физически соединяющее все компоненты в сети. Другими словами, Fast Ethernet -это технология общей среды. Все узлы ЛВС используют одну среду передачи и одни правила передачи данных. Основной чертой локальной сети является то, что любые два узла, нуждающиеся в обмене данными, не обязаны связываться через промежуточные устройства.

С каждым днем объем передаваемых в сети данных возрастает, и хотя 100 Мбит/с – немалая скорость передачи данных, но к середине девяностых для магистральных каналов ее перестало хватать. Поэтому в 1996 г. начались работы по стандартизации сетей Ethernet со скоростью передачи данных 1000 Мбит/с, которые называют Gigabit Ethernet. Был образован Gigabit Ethernet Alliance, в который вошли 11 компаний: 3Com, Bay Networks, Cisco, Compaq, Granite Systems, Intel, LSI Logic, Packet Engines, Sun, UB Networks и VLSI Technology.

Основная идея разработчиков стандарта Gigabit Ethernet состояла в максимальном сохранении идей классической технологии Ethernet при достижении битовой скорости в 1000 Мбит/с.

Спецификации Gigabit Ethernet (все стандарты используют «звезду» в качестве сетевой топологии) приведены ниже:

1000Base-LX. Данная спецификация использует  трансиверы на длинноволновом лазере. В качестве среды передачи используется одномодовый и многомодовый оптоволоконный кабель. Ограничение длины сегмента составляет 550 м для многомодового и 3 км для одномодового кабеля.

1000Base-SX. Данная спецификация использует  трансиверы на коротковолновом лазере. В качестве среда передачи используется многомодовый оптический кабель. Ограничения длины сегмента составляет 300 м для кабеля с диаметром оптического проводника 62,5 мкм и 550 м для кабеля с диаметром проводника 50 мкм.

1000Base-CX. В качестве среда передачи  используется экранированная витая пара категории 6. Ограничение длины сегмента составляет 25 м.

1000Base-T. В качестве среда передачи  используется неэкранированная  витая пара категории 6. Ограничение длины сегмента составляет 100 м.

Сети Gigabit Ethernet совместимы с сетевой инфраструктурой Ethernet и Fast Ethernet, но функционируют со скоростью 1000 Мбит/с – в 10 раз быстрее Fast Ethernet. Gigabit Ethernet – мощное решение, позволяющее устранить "узкие места" основной сети (куда подключаются сетевые сегменты, и где находятся серверы). "Узкие места" возникают из-за появления требовательных к полосе пропускания приложений, все большего увеличения непредсказуемых потоков трафика интрасетей и приложений мультимедиа. Gigabit Ethernet предоставляет способ плавного перевода рабочих групп Ethernet и Fast Ethernet на новую технологию. Такой переход оказывает минимальное влияние на их деятельность и позволяет достичь более высокой производительности.

Кроме описанных выше технологий Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, существуют технологии, которые заслуживают так же нашего пристального внимания. Это технология ATM и FDDI.

ATM (Asynchronous Transfer Mode – Асинхронный  Режим Передачи) – технология, обеспечивающая передачу цифровых, голосовых и мультимедийных данных по одним и тем же линиям.

Американский национальный институт стандартов (ANSI) и Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии (CCITT, МККТТ) начинали разработку стандартов ATM как набора рекомендаций для сети B-ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network). При этом изначально преследовалась цель повышения эффективности использования телекоммуникационных соединений, возможность применения в локальных сетях не рассматривалась.

В технологии ATM используются небольшие, фиксированной длины пакеты, называемые ячейками (cells). Размер ячейки – 53 байта (5 байт заголовок + 48 байт данные).

В отличие от традиционных технологий, применяемых в локальных сетях, АТМ – технология с установлением соединения, то есть перед сеансом передачи устанавливается виртуальный канал отправитель-получатель, который не может использоваться другими станциями. (В традиционных технологиях соединение не устанавливается, а в среду передачи помещаются пакеты с указанным адресом.) Несколько виртуальных каналов АТМ могут одновременно сосуществовать в одном физическом канале.

Для обеспечения взаимодействия устройств в ATM используются коммутаторы. При установлении соединения в таблицу коммутации заносятся номер порта и идентификатор соединения, который присутствует в заголовке каждой ячейки. В последствии коммутатор обрабатывает поступающие ячейки, основываясь на идентификаторах соединения в их заголовках.

Технология ATM предоставляет возможность регламентировать для каждого соединения минимально достаточную пропускную способность, максимальную задержку и максимальную потерю данных, а также содержит методы для обеспечения управления трафиком и механизмы обеспечения определенного качества обслуживания. Это позволяет совмещать в одной сети несколько типов трафика в одной сети. Обычно выделяют 3 разновидности трафика – видео, голос, данные.

Технология АТМ отличается широкими возможностями масштабирования. В рамках применения АТМ в локальных сетях интерес представляют варианты со скоростью передачи 25 (витая пара класса 3 и выше) и 155 Мбит/с (витая пара класса 5, оптоволокно), 622 Мбит/с (оптоволокно). Существующие стандарты АТМ предусматривают скорости передачи вплоть до 2,4 Гбит/с.

Использование АТМ на практике, прежде всего, привлекательно возможностью использовать одну сеть для всех необходимых видов трафика, причем технология АТМ не ограничивается уровнем локальных сетей – те же самые принципы функционирования и у WAN сегментов сетей ATM. В качестве недостатка можно указать стоимость оборудования, существенно большую, чем у Fast Ethernet, например. Кроме того, сама организация сетей АТМ несколько сложнее и в ряде случаев требует существенной реорганизации существующей сети.

Технология Fiber Distributed Data Interface (FDDI) была разработана в 1980 году комитетом ANSI. Была первой технологией локальных сетей, использовавшей в качестве среды передачи оптоволоконный кабель. Причинами, вызвавшими его разработку, были возрастающие требования к пропускной способности и надежности сетей. Этот стандарт оговаривает передачу данных по двойному кольцу оптоволоконного кабеля со скоростью 100 Мбит/с. При этом сеть может охватывать очень большие расстояния – до 100 км по периметру кольца. FDDI, является сетью с передачей маркера. В FDDI разделяются 2 вида трафика – синхронный и асинхронный. Полоса пропускания, выделяемая для синхронного трафика, может выделяться станциям, которым необходима постоянная возможность передачи. Это очень ценное свойство при передаче чувствительной к задержкам информации – как правило, это передача голоса и видео. Полоса пропускания, выделяемая под асинхронный трафик, может распределяться между станциями с помощью восьмиуровневой системы приоритетов. Применение двух оптоволоконных колец позволяет существенно повысить надежность сети. В обычном режиме передача данных происходит по основному кольцу, вторичное кольцо не задействуется. При возникновении неисправности в основном кольце вторичное кольцо объединяется с основным, вновь образуя замкнутое кольцо. При множественных неисправностях сеть распадается на отдельные кольца.

Высокая надежность, пропускная способность и допустимые расстояния, с одной стороны, и высокая стоимость оборудования, с другой, ограничивают область применения FDDI соединением фрагментов локальных сетей, построенных по более дешевым технологиям.

Технология, основанная на принципах FDDI, но с применением в качестве среды передачи медной витой пары, называется CDDI. Хотя стоимость построения сети CDDI ниже, чем FDDI, теряется очень существенное преимущество - большие допустимые расстояния.

Подводя итоги данного раздела, следует отметить, что наиболее востребована всё-таки технология Ethernet и её последующие генерации, 100 Мбит/сек и 1000 Мбит/сек.

В своё время технология АТМ. имела реальные шансы завоевать современный рынок локальных сетей, но достаточно быстро была вытеснена быстрыми версиями Ethernet. Данное обстоятельство было обусловлено лёгкостью внедрения Ethernet-технологий в существующую инфраструктуру сети и существенно меньшей стоимостью Ethernet-оборудования. Ещё один немаловажный фактор популярности технологии Ethernet – повышение качества передачи информации и буквально настоящий прорыв в области управляемости сети.

Тем не менее, в случае возникновения необходимости передачи несвойственных Ethernet видов трафика, к примеру, видео в режиме реального времени, оптимальный вариант – использование технологии ATM.

Таким образом, построение локальной вычислительной сети, имеющей наилучшее соотношение стоимости, производительности и хорошего качества достигается путём объединения разных стандартов передачи данных.

 

3. Организация структурированных кабельных систем

Локальная вычислительная сеть строится на базе среды передачи данных предоставляемой структурированной кабельной системой здания.

Структурированная кабельная система представляет собой иерархическую кабельную систему здания или группы зданий, разделенную на структурные подсистемы. СКС состоит из набора медных и оптических кабелей, кросс-панелей, соединительных шнуров, кабельных разъемов, модульных гнезд, информационных розеток и вспомогательного оборудования. Все перечисленные элементы интегрируются в единую систему и эксплуатируются согласно определенным правилам. На рисунке 1.9 приведен пример структурированной кабельной системы малого офиса.

 

Рисунок 1.9 – Структурированная кабельная система малого офиса

 

Существуют два варианта архитектуры проводки:

• традиционная архитектура иерархической звезды;
• архитектура одноточечного управления.