Розробка структурованої кабельної системи центрального будинку

Міські мережі. Міські мережі (або мережі мегаполісів) Metropolitan Area Networks (MAN) є менш поширеним типом мереж. Ці мережі з'явилися порівняно недавно. Вони призначені для обслуговування території великого міста мегаполіса. У той час як локальні мережі найкращим образом підходять для розділення ресурсів на коротких відстанях і широкомовних передач, а глобальні мережі забезпечують роботу на великих відстанях, але з обмеженою швидкістю і небагатим набором послуг, мережі мегаполісів займають деяке проміжне положення. Вони використовують цифрові магістральні лінії зв'язку, часто оптичноволоконні, з швидкостями від 45 Мбіт/с, і призначені для зв'язку локальних мереж в масштабах міста і з'єднання локальних мереж з глобальними. Ці мережі спочатку були розроблені для передачі даних, але зараз вони підтримують і такі послуги, як видеоконференції і інтегральну передачу голосу і тексту. Розвиток технології мереж мегаполісів здійснювався місцевими телефонними компаніями. Історично склалося так, що місцеві телефонні компанії завжди володіли слабими технічними можливостями і через це не могли залучити великих клієнтів. Щоб подолати свою відсталість і зайняти гідне місце в світі локальних і глобальних мереж, місцеві підприємства зв'язку зайнялися розробкою мереж на основі самих сучасних технологій, наприклад технології комутації осередків SMDS або ATM. Мережі мегаполісів є суспільними мережами, і тому їх послуги обходяться дешевше, ніж побудова власної (приватної) мережі в межах міста.

Відмінності локальних  мереж від глобальних. Розглянемо основні відмінності локальних  мереж від глобальних більш детально. Оскільки останнім часом ці відмінності  стають все менш помітними, то будемо вважати, що в даному розділі ми розглядаємо мережі кінця 80-х років, коли ці відмінності виявлялися вельми виразно, а сучасні тенденції зближення технологій локальних і глобальних мереж будуть розглянуті в наступному розділі, в протяжність, якість і спосіб прокладки ліній зв'язку. Клас локальних обчислювальних мереж по визначенню відрізняється від класу глобальних мереж невеликою відстанню між вузлами мережі. Це в принципі робить можливим використання в локальних мережах якісних ліній зв'язку: коаксіального кабелю,  витої пари, оптичноволоконого кабелю, які не завжди доступні (через економічні обмеження) на великих відстанях, властивих глобальним мережам. У глобальних мережах часто застосовуються вже існуючі лінії зв'язку (телеграфні або телефонні), а в локальних мережах вони прокладаються заново.

• Складність методів передачі і обладнання. У умовах низької надійності фізичних каналів в глобальних мережах потрібні більш складні, ніж в локальних мережах, методи передачі даних і відповідне обладнання. Так, в глобальних мережах широко застосовуються модуляція, асинхронні методи, складні методи контрольного підсумовування, квотування і повторна передача спотворених кадрів. З іншого боку, якісні лінії зв'язку в локальних мережах дозволили спростити процедури передачі даних за рахунок застосування немодульованих сигналів і відмови від обов'язкового підтвердження отримання пакету.
• Швидкість обміну даними. Однією з головних відмінностей локальних мереж від глобальних є наявність високошвидкісних каналів обміну даними між комп'ютерами, швидкість яких (10,16 і 100 Мбіт/с) порівнянна з швидкостями роботи пристроїв і вузлів комп'ютера дисків, внутрішніх шин обміну даними і т. п. За рахунок цього у користувача локальної мережі, підключеного до виділеного ресурсу (наприклад, диску сервера), що розділяється, складається враження, що він користується цим диском, як “своїм”. Для глобальних мереж типові набагато більш низькі швидкості передачі даних 2400, 9600, 28800, 33600 біт/с, 56 і 64 Кбіт/с і тільки на магістральних каналах до 2 Мбіт/с.
• Різноманітність послуг. Локальні мережі надають, як правило, широкий набір послуг це різні види послуг файлової служби, послуги друку, послуги служби передачі факсимільний повідомлень, послуги баз даних, електронна пошта і інші, в той час як глобальні мережі в основному надають поштові послуги і іноді файлові послуги з обмеженими можливостями передачу файлів з публічних архівів віддалених серверів без попереднього перегляду їх змісту.
• Оперативність виконання запитів. Час проходження пакету через локальну мережу звичайно становить декілька мілісекунд, час же його передачі через глобальну мережу може досягати декількох секунд. Низька швидкість передачі даних в глобальних мережах утрудняє реалізацію служб для режиму on-line, який є звичайним для локальних мереж.
• Розділення каналів. У локальних мережах канали зв'язку використовуються, як правило, спільно відразу декількома вузлами мережі, а в глобальних мережах індивідуально.
• Використання методу комутації пакетів. Важливою особливістю локальних мереж є нерівномірний розподіл навантаження. Відношення пікового навантаження до середньої може становити 100:1 і навіть вище. Такий трафік звичайно називають пульсуючим. Через цю особливість трафіка в локальних мережах для зв'язку вузлів застосовується метод комутації пакетів, який для пульсуючого трафіка виявляється набагато більш ефективним, ніж традиційний для глобальних мереж метод комутації каналів. Ефективність методу комутації пакетів полягає в тому, що мережа загалом передає в одиницю часу; більше даних своїх абонентів. У глобальних мережах метод комутації пакетів також використовується, але нарівні з ним часто застосовується і метод комутації каналів, а також некомутовані канали як успадковані технології некомп'ютерних мереж.
• Масштабованість. “Класичні” локальні мережі володіють поганою масштабованісттю через жорсткість базових топологій, що визначають спосіб підключення станцій і довжину лінії. При використанні багатьох базових топологій характеристики мережі різко погіршаються при досягненні певної межі по кількості вузлів або протяжності ліній зв'язку.

Глобальним же мережам  властива хороша масштабованість, оскільки вони спочатку розроблялися з розрахунку на роботу з довільними топологіями.

Тенденція до зближення  локальних і глобальних мереж. Якщо брати до уваги всі перераховані вище відмінності локальних і глобальних мереж, то стає зрозумілим, чому так довго могли існувати роздільно два співтовариства фахівців, що займаються цими двома видами мереж. Але за останні роки ситуація різко змінилася.

Фахівці з локальних мереж, перед  якими встали задачі об'єднання декількох  локальних мереж, розташованих в  різних, географічно віддалених один від одного пунктах, були вимушені почати освоєння чужого для них світу  глобальних мереж і телекомунікацій. Тісна інтеграція віддалених локальних мереж не дозволяє розглядати глобальні мережі у вигляді “чорного ящика”, що являє собою тільки інструмент транспортування повідомлень на великі відстані. Тому все, що пов'язано з глобальними зв'язками і віддаленим доступом, стало предметом повсякденного інтересу багатьох фахівців з локальних мереж.

З іншого боку, прагнення підвищити  пропускну спроможність, швидкість  передачі даних, розширити набір  і оперативність служб, іншими словами, прагнення поліпшити якість послуг, що надаються все це примусило фахівців з глобальних мереж звернути пильну увагу на технології, що використовуються в локальних мережах.

Таким чином, в світі локальних  і глобальних мереж явно намітилося рушення назустріч один одному, яке  вже сьогодні привело до значного поєднання технологій локальних і глобальних мереж.

Одним з виявів цього зближення  є поява мереж масштабу великого міста (MAN), що займають проміжне положення  між локальними і глобальними  мережами. При досить великих відстанях  між вузлами вони володіють якісними лініями зв'язку і високими швидкостями обміну, навіть більш високими, чим в класичних локальних мережах. Як і у разі локальних мереж, при побудові MAN вже існуючі лінії зв'язку не використовуються, а прокладаються наново.

Зближення в методах передачі даних відбувається на платформі оптичної цифрової (немодульованої) передачі даних по оптичноволоконих лініях зв'язку. Через різке поліпшення якості каналів зв'язку в глобальних мережах почали відмовлятися від складних і надмірних процедур забезпечення коректності передачі даних. Прикладом можуть служити мережі Frame Relay. У цих мережах передбачається, що спотворення бітів відбувається настільки рідко, що помилковий пакет просто знищується, а всі проблеми, пов'язані з його втратою, вирішуються програмами прикладного рівня, які безпосередньо не входять до складу мережі Frame Relay.

За рахунок нових мережевих  технологій і, відповідно, нового обладнання, розрахованого на більш якісні лінії  зв'язку, швидкості передачі даних  у вже існуючих комерційних глобальних мережах нового покоління наближаються до традиційних швидкостей локальних мереж (в мережах Frame Relay зараз доступні швидкості 2 Мбіт/с), а в глобальних мережах ATM і перевершують їх, досягаючи 622 Мбіт/с.

Внаслідок служби для режиму on-line стають звичайними і в глобальних мережах. Найбільш яскравий приклад гіпертекстова інформаційна служба World Wide Web, що стала основним постачальником інформації в мережі Internet. Її інтерактивні можливості перевершили можливості багатьох аналогічних служб локальних мереж, так що розробникам локальних мереж довелося просто запозичити цю службу у глобальних мереж. Процес перенесення служб і технологій з глобальних мереж в локальні набув такого масового характеру, що з'явився навіть спеціальний термін intranet-технології (intra внутрішній), вказуючи застосування служб зовнішніх (глобальних) мереж у внутрішніх локальних.

Локальні мережі переймають у глобальних мереж і транспортні технології. Всі нові швидкісні технології (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, l00VG-AnyLAN) підтримують роботу по індивідуальних лініях зв'язку нарівні з традиційними для локальних мереж лініями, що розділяються. Для організації індивідуальних ліній зв'язку використовується спеціальний тип комунікаційного обладнання комутатори. Комутатори локальних мереж сполучаються між собою по ієрархічній схемі, подібно тому, як це робиться в телефонних мережах: є комутатори нижнього рівня, до яких безпосередньо підключаються комп'ютери мережі, комутатори наступного рівня з'єднують між собою комутатори нижнього рівня і т. д. Коммутатори більш високих рівнів володіють, як правило, більшою продуктивністю і працюють з більш швидкісними каналами, ущільняючи дані нижніх рівнів. Комутатори підтримують не тільки нові протоколи локальних мереж, але і традиційні Ethernet і Token Ring.

У локальних мережах останнім часом  приділяється така ж велика увага  методам забезпечення захисту інформації від несанкціонованого доступу, як і в глобальних мережах. Така увага  зумовлена тим, що локальні мережі перестали  бути ізольованими, частіше за все вони мають вихід у “великий мир” через глобальні зв'язки. При цьому часто використовуються ті ж методи шифрування даних, аутентификація користувачів, зведення захисних бар'єрів, що оберігають від проникнення в мережу ззовні.

І нарешті, з'являються нові технології, спочатку призначені для обох видів мереж. Найбільш яскравим представником нового покоління технологій є технологія ATM, яка може служити основою не тільки локальних і глобальних комп'ютерних мереж, але і телефонних мереж, а також широкомовних відеомереж, об'єднуючи все існуючі типи трафіка в одній транспортній мережі.

Декілька мереж, сполучених одна з одною, називають мережним комплексом (internetwork або internet). Якщо слово "internet" написано з рядкової букви, то воно означає мережі, сполучені в одну мережу, або мережний комплекс. Якщо перша буква прописна, то це слово означає глобальний загальнодоступний мережний комплекс, відомий всім під ім'ям Інтернет. Використовуються також терміни intranet (внутрішньомережний) і extranet (екстрамережа). Терміном "intranet" позначаються приватні локальні мережі компаній, що використовують протоколи (наприклад, TCP, HTTP і FTP) і технології Internet. Екстрамережею називається об'єднання корпоративних мереж різних компаній, що взаємодіють одна з одною за допомогою Інтернет.

Мережі типу Ethernet з’явилися на початку 70-х років. Мережі цього класу як правило мають шинну топологію. Середовище передачі даних у мережі Ethernet – кручена пара чи коаксіальний кабель з опором 50 Ом. Використовуєтьчя два види коаксіального кабелю: товстий діаметром близько 1 см і тонкий діаметром близько 0,5 см. Метод доступу до шини випадковий з контролем несучої і виявленням зіткнень. Для роботи комп’ютера в мережі необхідна мережева плата Ethernet. Підключення мережевої плати до шини для тонкого кабелю – 195 м, для товстого – 500 м. На кінцях шини встановлюються термінатори. Один і тільки один з термінаторів повинний бути заземлений. До такої шини може бути підключено не більш 30 чи 100 станцій.

При необхідності охопити  локальною мережею Ethernet територію  більшу, ніж це дозволяє коаксіальний кабель, застосовують додаткові пристрої – повторювачі. Їхнє завдання в мережі – ретранслювати всю інформацію, що надходить, відновлюючи амплітуду, фазу і форму сигналу. У мережі може бути тільки до 4-х повторювачів. Це дозволяє збільшити максимальну довжину шини до 925 метрів для тонкого і до 2500 метрів для товстого кабелю.

Кручена пара використовується переважно в мережах Ethernet зіркоподібної  топології. Комп’ютери з’єднуються  в мережу за допомогою концентраторів. Кожен комп’ютер підключається до концентратора за допомогою відповідного розніму. Відстань комп’ютера від концентратора не повинна перевищувати 100 метрів.

Мережа Fast Ethernet є подальшим  розвитком мережі Ethernet за рахунок  збільшення у 10 разів частоти швидкості  передачі. При цьому основні аспекти побудови мережі Ethernet залишилися незмінними. Насамперед це стосується механізму (методу) доступу і формату кадру. Основні відмінності спостерігаються на фізичному рівні і пов'язані з використовуваним передавальним середовищем.

Згідно із стандартом IEEE 802.3u, прийнятим 1995 року, для технології Fast Ethernet залежності від застосовуваного кабелю визначено такі три найменування: 100Base-TX і 100Base-T4 — для витої пари провідників і 100Base-FX — для оптоволоконного кабелю.

У системі 100Base-TX використовуються дві пари проводів: одна для передачі, друга-для прийому даних. Специфікація стандарту на фізичне середовище передачі даних ANSI TP-PMD, на якому грунтується застосування витої пари в 100Base-TX, допускає використання неекранованої (UTP) і екранованої (STP) витих пар категорії 5.

Найпоширенішим середовищем  є неекранована вита пара. У цьому  кабелі пари провідників мають бути завиті уздовж усього кабелю, за винятком його країв, де кабель підключається до роз'ємів. Довжина невитої ділянки не повинна перевищувати 1-1,5 см. Довжина сегментів мережі 100Base-TX на кабелі UTP категорії 5 з хвильовим опором 100 Ом не повинна перевищувати 100 м. Це обмеження зумовлене допустимим часом затримки поширення сигналу в передавальному середовищ і є досить жорстким. З метою зниження впливу перешкод використовується біполярна передача: по одному з проводів передається позитивний, по другому — негативний потенціал. На відміну від стандарту ANSI TP-PMD у 100Base-TX використовується така ж розпайка, як і в 10Base-T. Це дозволяє заміняти інтерфейсні плати без перепаювання або заміни кабелю.

Стандартом 100Base-TX передбачене  використання екранованої витої  пари з хвильовим опором 150 Ом і  стандартних дев'яти штиркових  конвекторів D-типу.

Специфікацією 100Base-T4 також визначена довжина кабелю: до 100 м. При цьому допускається використання кабелів UTP категорій 3, 4 і 5, проте рекомендується використання кабелю категорії 5. З чотирьох пар, що використовуються, дві призначені для односпрямованої передачі, а дві інші для двоспрямованої передачі. Пари позначаються таким чином:

• ТХ — для односпрямованої передачі даних;
• RX — для односпрямованого прийому;
• ВІ — інші дві пари для обміну даними в обох напрямках.

З метою зниження рівня  перешкод при підключенні кабелю 100Base-T4 необхідно дотримуватися правила перехресного з'єднання пар провідників. Обидві специфікації обмежують діаметр мережі (максимальна відстань між будь-якими двома абонентами) величиною 200 м.

Специфікація на оптоволоконний інтерфейс 100Base-FX визначає довжину сегмента до 100 м, проте допустимий діаметр мережі дорівнює 412 м. За специфікацією 100Base-FX для кожного з'єднання необхідний двожильний багатомодовий оптоволоконний кабель, сигнал у якому передається одним волокном, а приймається другим. Ці волокна мають перехресне з'єднання і тому позначаються як RX і ТХ. Існує багато видів волоконно-оптичних кабелів, від простих двоволоконних до спеціальних багатоволоконних. Найчастіше в сегментах 100Base-FX використовується багатомодовий кабель MMF з оптоволокном товщиною 62,5 мікрона і зовнішньою ізоляцією завтовшки 125 мікрон і позначається як 62,5/125.