5.2. Сеть Ethernet звездообразной топологии на витой паре проводов

В качестве линии связи в сети Ethernet могут использоваться кабели на витой паре проводов. На уровне сигналов Ethernet на витой паре (10Base-Т)значительно отличается от версий Ethernet на коаксиальном кабеле. Здесь также используетсяманчестерское кодированиесигналов, но передача и прием данных производятся по разным парам проводов. Разделение цепей приема/передачи изменяет способ определения коллизий: передатчик обнаруживает коллизию по факту получения сигнала приемником во время работы передатчика. Кабель на витой паре проводов также сматывается в бухты.

Топологические особенности и ограничения сети

Для сети Ethernet на витой паре проводов (10Base-Т) определены следующие топологические особенности и ограничения[3]:

 скорость передачи 10 Мбит/с(для витой пары категории 3) и100 Мбит/с(для витой пары категории 5);

 используемый кабель - неэкранированная витая пара проводов (UTP)и экранированная витая пара проводов(STP),обеспечивающие высокую помехозащищенность линии связи от внешних помех;

 для соединения витой пары используются стандартные разъемы RJ-45;

 топология сети - звезда,в центре которой находится активное многопортовое устройство-концентратор - повторитель (хаб - HUB) или коммутатор;

 максимальная длина одного кабельного сегмента - 100 м(328 футов);

Рис. 11. Пример односегментной сети Ethernet на витой паре проводов: FS - файловый сервер; WS - рабочая станция; HUB - концентратор; NP - сетевой принтер; crossover –

перекрестный кабель

 минимальное расстояние между точками подключения - не менее 2,5 м;

 максимальное количество узлов всей сети - 1024;

 каскадное соединение концентраторов с целью увеличения количества рабочих станций сети осуществляется по "правилу четырех хабов";

 кабельные сегменты

не заземляются, поскольку электрические цепи приемопередатчиков имеют гальваническую развязку от "схемной земли" сетевого адаптера.

Рис. 12. Запрещенные топологии сети Ethernet на витой паре проводов: кольцевое соединение в односегментной (а)

и двухсегментной сети (б)

Для сети Ethernet на витой паре проводов допускается топологи-ческая конфигурация типа "дерево". При этом концентраторы соединяются каскадно. Пример сети Ethernet на витой паре показан на рис. 11. Согласно спецификации IEEE 802.3 в конфигурации сети на витой паре запрещается кольцевое соединение участков сети (рис. 12).

Подключение узлов сети. Соединительная аппаратура

Кабели "витая пара" имеют внешний изоляционный чулок, защищающий витые пары проводов от механических воздействий и влаги. Наибольшее распространение получили кабели, содержащие две или четыре витые пары. Существуют кабели и на более чем 25 пар проводов. Витая пара может быть экранированной и неэкранированной.

Рис. 13. Кабель витая пара проводов: неэкранированная (UTP) во внешней оболочке (а); разделенная сепаратором (б); эк

ранированная (STP) (в)

Кабель неэкранированная витая пара (UTP - Unshielded Twisted Pair) содержит пары скрученных изолированных проводов во внешней оболочке (рис. 13, а), которые могут разделяться сепаратором (рис. 13, б). В кабеле экранированная витая пара (STP - Shielded Twisted Pair) каждая пара заключена в отдельный экран (рис. 13, в). Имеется множество разновидностей этого кабеля, которые различаются числом пар и типом экрана, отдельного для каждой пары, и общего для всего кабеля.Для кабеля, имеющего хотя бы один экран, используются разъемы, обеспечивающие соединение экранов. Кабель UTP чаще всего имеет импеданс 100 Ом, а современные кабели STP выпускаются с импедансом 100, 120 и 150 Ом.Подключение узла может быть выполнено с помощью модульных соединителей RJ-45. Соединительный разъем RJ-45 представляет собой защелкивающийся пластмассовый разъем. Модульная розетка, обычно 8-позиционная, (гнездо) устанавливается на панелях сетевых адаптеров, концентраторах, настенных розетках. На концах отрезков кабелей и на других сочленяемых элементах закрепляется модульная вилка.

Гнезда сетевых адаптеров (розетки) также называются MDI(Media Dependent Interface), такие же гнезда имеют концентраторы для каскадирования. Для подсоединения узлов сети (абонентов) концентраторы имеют «перевернутые» розеткиMDIX(Media Dependent Interface Xover).

Рис. 14. Использование "перекрестного" кабеля (crossover) в сети Ethernet древовидной топологии (а); для двухточечного

соединения ЭВМ (б)

При соединении порта MDI с портом MDIX (т.е. при подключении узлов сети к концентратору и при каскадировании концентраторов через гнезда MDI) используется "прямой" кабель (рис. 14, а). При соединении двух портов MDI (например, при двухточечной связи пары компьютеров - рис. 14, б) или двух портов MDIX (при подключении двух концентраторов - рис. 14, а) используется "перекрестный" (crossover) кабель (здесь можно провести аналогию с нуль-модемным кабелем для соединения ЭВМ через последовательный порт RS-232C). На многопортовом концентраторе часто один из портов RJ-45 снабжают переключателем "MDI-MDIX" или дублирующим разъемом MDI, что позволяет подключать его к другим концентраторам "прямым" кабелем.

Все узлы сети (рабочие станции, файловые серверы, серверы печати, сетевые принтеры) подключаются к сети только через многопортовые повторители (концентраторы). Концентратор(HUB) служит для передачи и усиления сигналов в сети. Он имеет, как правило, четыре, восемь, двенадцать или шестнадцать портов (может быть и до 72 портов), к которым подключаются кабели. Соединительный кабель между узлом сети и концентратором не может быть меньше 2,5 метров. Основная часть портов концентратора предназначена для подключения кабелей на витой паре. На рис. 15 показан типичный концентратор Ethernet. Он имеет 16 портов с разъемами RJ-45 и один портAUIдля подключения внешнего трансивера. Обычно к этому порту подключается трансивер, работающий на коаксиальный или оптоволоконный кабель. С помощью этого трансивера концентратор подключается к магистральному кабелю, соединяющему несколько концентраторов между собой.

Рис. 15. Концентратор для сети Ethernet 10Base-T

В небольших локальных сетях применяются малогабаритные концентраторыс фиксированным (4-16) числом портов, которые имеют небольшую стоимость. Они занимают мало места и могут устанавливаться на столах, полках или подвешиваться на стену. Для больших сетей со сложной топологией, различными сегментами сети (Ethernet10, 100, 1000 Мбит/с,TokenRing,FDDI,ATM) и линиями связи (коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно) используютсямодульные концентраторы[3] с большим числом съемных модулей, в которых общее число портов может достигать несколько сотен.

При размещении концентраторов в помещении стремятся выбрать места их установки оптимальныес точки зрения расстояния до подключаемых узлов сети, возможности и удобства размещения.

Для защиты кабелей от случайных повреждений и из эстетических соображений целесообразно прокладывать кабели внутри специальных плинтусов-коробов. Короба состоят из основания, в которое укладываются кабели, и съемной (реже откидной) крышки. Их изготавливают из пластмассы или алюминия. Существуют короба для установки на поверхности стены, короба-плинтусы, напольные, короба-колонны и др. Обычно короба закрепляют вдоль стен помещения на уровне рабочих столов с ЭВМ (1 м от пола). В местах перегибов и разветвлений короба соединяются с помощью соответствующихуголкови Т-образных сочленений -тройников. На концах короба из эстетических соображений устанавливаютсязаглушки. Для осуществления перехода короба через отверстие в стене используются специальныерамки, а для стыковки коробов различного сечения применяютпереходники.

Короба продаются отрезками по 2-3 м длиной, а при пластиковом исполнении они могут свертываться в рулон. Короба чаще всего привинчиваются к стене за дно шурупами-саморезами. Сечение коробов выбирается, исходя из количества и сечения прокладываемых кабелей. Существуют секционированные (перегороженные) короба, позволяющие отделять кабели друг от друга. При укладке кабеля обычные короба заполняются примерно на 60% его сечения. При значительном заполнении короба кабели нужно обязательно закреплять хомутами или стяжками. Свободное укладывание кабелей возможно при небольшом заполнении, когда кабели не вываливаются за закраины стенок короба или перегородок.

С целью удобства переключения сетевых устройств на рабочих местах жестко устанавливаются специальные модульные розетки, в которые заделываются концы кабелей. С этой же целью в непосредственной близости от концентраторов жестко устанавливаются коммутационные панели (Patch panel), к розеткам которых подключаются ответные концы кабелей.

Специальные модульные розетки разделяют на наборные и фиксированной конфигурации [3]. В обычных локальных сетях применяются розетки фиксированной конфигурации в настенном исполнении на 1 или 2 однотипных гнезда, монтируемые в короба. Вариантов исполнения таких розеток очень много. Для защиты от пыли применяют розетки с откидными крышками или отодвигающимися подпружиненными шторками. Для розеток рабочих мест розетка может смотреть вниз или вбок (вверх нежелательно из-за скопления пыли).

Коммутационные панели также обычно имеют фиксированную конфигурацию, в которых розетки набираются в блоки по 4-12 розеток, закрепляемых на печатной плате.

Н

Рис. 16. Пример построения сети Ethernet на витой паре проводов с использованием коммутационной пан-ели, модульных розеток и

коробов

епосредственное соединение сетевых устройств с розетками и коммутационной панели с портами концентраторов выполняется короткими соединительными кабелями (Patch cord) длиной 1-2 метра. Вилки на концах кабеля Patch cord могут иметь прямые или перекрестные (crossover) соединения. Пример построения сети с использованием коробов, розеток и коммутационной панели приведен на рис. 16.

Построение многосегментной сети

Число узлов сети, превышающее 1024, достигается применением многопортовых концентраторов и их каскадного соединения. Правило "5-4-3", справедливое для Ethernet на коаксиальном кабеле, здесь трансформируется в "правило четырех хабов" [3]. Согласно этому правилу, между любыми двумя узлами сети не должно быть более четырех концентраторов.

Расчет корректности конфигурации сети Ethernet на витой паре проводов осуществляется также как и для разновидности Ethernet на коаксиальном кабеле. При расчете величин PDV и PVV в качестве левого и правого сегментов выбираются фрагменты сети, соединяющие с концентраторами наиболее удаленные друг от друга станции. В этом случае в качестве повторителей выступают концентраторы.

Многосегментная сеть Ethernet на витой паре формируется на основе файловых серверов, имеющих две или более сетевые карты (см. рис. 17). При построении таких сетей необходимо следить за тем, чтобы не возникали петли в сети за счет замыкания сегментов в одном концентраторе (рис. 15).

Сборка сети

Для сборки сети Ethernet на витой паре проводов древовидной топологии на основе малогабаритных концентраторов потребуются следующие основные компоненты в расчете на одну станцию сети:

 сетевые адаптеры Ethernet с гнездами RJ-45 (по 1 на каждую рабочую станцию и файловые серверы, и дополнительные адаптеры на файловые серверы для организации дополнительных сегментов сети);

 малогабаритные концентраторы с разъемами RJ-45 (исходя из размерности и конфигурации сети, выбирается требуемое число портов концентратора и количество самих концентраторов);

 коммутационные панели - Patch panel (по необходимости - одна панель на концентратор);

Рис. 17. Структура многосегментной сети Ethernet на витой паре проводов: двухсегментная сеть (а) и трехсегментная сеть (б)

 кабель неэкранированная витая пара (UTP) для прокладки внутри коробов между коммутационными панелями и розетками либо между концентраторами и розетками;

 модульная вилка RJ-45 (для крепления на концах кабеля UTP);

 короба, внешние и внутренние уголки, тройники, заглушки;

 модульные розетки (одинарные и двойные - по числу узлов сети);

 короткий соединительный кабель Patch cord (по одному на каждый узел сети - для соединения с розеткой, и по одному на каждый задействованный порт концентратора - для соединения с коммутационной панелью);

 сетевое программное обеспечение и документация;

 инструкции по установке.

Сборку сети необходимо проводить в следующей последовательности:

1. Провести размещение концентраторов, рабочих станций, файловых серверов и сетевых принтеров в помещении, согласно план-схеме локальной сети.

2.  Определить тип сетевого адаптера Ethernet для каждой рабочей станции и файл-сервера.

3.  Установить платы сетевых адаптеров в ЭВМ.

4.  Установить вблизи концентраторов коммутационные панели Patch panel.

5.  Закрепить короба для кабеля на стенах комнат либо по плинтусу, осуществив ответвления короба с помощью тройников и его поворот в углах помещения с помощью уголков.

6.  Установить на коробах модульные розетки в местах размещения узлов сети по план-схеме.

7.  На одном конце отрезков кабеля UTP закрепить разъемы RJ-45 (вилки).

8.  Проложить внутри коробов между портами коммутационных панелей и модульными розетками отрезки кабеля UTP нужной длины, выполнив соединение узлов сети с концентраторами согласно план-схеме.

9.  Присоединить разъемы RJ-45 на концах кабеля UTP к ответной части разъема на коммутационных панелях.

10. Заделать свободные концы кабеля UTP в розетки.

11.  Соединить короткими кабелями Patch cord узлы сети с модульными розетками на коробах и порты концентраторов с коммутационными панелями, учитывая план-схему сети.

12.  Выполнить инсталляцию необходимого сетевого программного обеспечения.

13.  Прогнать тестовые программы контроля соединений и производительности сети.

14. При сборке сети следует учитывать, что соединение сетевых устройств выполняется с помощью цельных отрезков однотипного кабеля витая пара (UTP-3 или UTP-5). Необходимо следить за тем, чтобы кабель не скручивался, не прокладывался вблизи тепловых источников и электросиловых кабелей, а так же недопустима прокладка телефонных и сетевых кабелей в одних коробах или в близи друг друга.

Обычно еще при проектировании сети закладывается определенная избыточность - к каждому рабочему месту подводятся два кабеля, заделываемые в двойные розетки, применяются концентраторы, имеющие избыточное количество портов. Это позволяет без дополнительных капитальных затрат развивать и наращивать сеть в будущем.