Сетевое оборудование

В данном разделе рассматриваются работа физического и канального уровней модели ОСИ - сетевых интерфейсов и линий связи. На канальном уровне сетевое оборудование реализует тот или иной метод доступа. Таким образом, например Ethernet является как методом доступа (в теории) так и стандартом на сетевое оборудование.

Семейство технологий Ethernet (стандарт 802.3)

Стандартизацией в данной области занимается международная ассоциация инженеров по электротехнике и электронной технике (IEEE). Стандарт Ethernet был опубликован в начале 1973г. Первые варианты были рассчитаны на скорость 10мбит\с. Сегодня используются 100мбит\с и 1Гбит\с. В теории существует стандарт на 10Гбит\с. Ethernet требует обратной совместимости – любое высокоскоростное устройство обязано поддерживать работу с любыми разноскоростными. Это даёт возможность модернизировать сеть постепенно.

Реализация физического уровня в сетях Ethernet.

1) 10Base – 2(5) (коаксиальный кабель)

Мбит\с узкополосная передача – Метры 200м (500м). Иногда здесь

По одной физической не метры, а тип провода (линии).

линии в даны момент

времени один

информационный поток.

Оба варианта работают с топологией шина и использует коаксиальный кабель.

10Base – 2 – тонкий коаксиальный кабель

10Base – 5 – толстый коаксиальный кабель

Более толстый кабель обладает меньшими потерями, тянется на большие расстояния и позволяет подключать больше узлов. Больше используется тонкий кабель, т.к. он существенно проще в монтаже.

50 Ом 50 Ом

30(100) ПК

200(500)м

По краям сегмента устанавливаются терминаторы, которые обеспечивают электрическое согласование. Только один из терминаторов должен быть заземлён. Заземление защищает сетевые платы.

2) 10Base – T (витая пара)

100(1000) Base – TX

Twisted pair

Витая пара – это восемь попарно скрученных проводов. Витая пара и другие компоненты (вилки, разъемы и т.д.) делятся на категории. Чем выше категория тем выше частота и допустимая скорость работы.

5 100\1000 Мбит\с

5 е

6 100

7

На скоростях 10 и 100 используются 4 провода из восьми, а на скорости 1000 все восемь проводов.

Существуют 2 варианта разводки: “A” ,“B”.

Во всей сети должен использоваться один из этих двух вариантов.

Используется топология звезда, причём для соединения “Hub” - ”ПК” используются, так называемые, прямые провода. Для прямого соединения двух ПК необходим ,так называемый, перекрестный кабель (crossover).

Hub/Switch

100м вилка

RJ – 45

Розетка

Вилки устанавливаются на кабель с помощью обжимного инструмента, а в розетке кабель заделывается вручную. Теоретически в одной сети может находиться 1024 узла. На практике всё определяется возможностями hub’ a или switch’ а.

3) 10Base – F (100(1000) Base – FX) (оптоволокно)

Fiber optic

Чаще всего оптоволокно не используется во всей сети, а устанавливается отдельными отрезками в особо ответственных местах.

Каждый отрезок оптоволокна с двух концов заканчивается оптоэлекрическими преобразователями (трансивер, Media – converter).

220B Опторазъём

Т

RJ – 45

AUI(DIX)

BNC

Внутренние разъёмы у трансиверов оптические, а внешние электрические, причём существуют трансиверы для преобразования оптоволокна и в витую пару и в коаксиальный кабель. В стандартах Ethernet максимальная длина отрезка оптоволокна равна двум километрам. Разъёмы ставятся на оптоволокно при помощи специального сварочного инструмента S-RDIF.

Соединение сегментов на физическом уровне.

Для подобных соединений используются т.н. повторители (Repeater). Один репитер увеличивает протяженность сети в 2 раза (в 2 сегмента).

Repeater соединяет только однотипные кабели. Трафик соединённых сегментов складывается, поэтому репитеры разумно использовать для удлинения сети и неразумно для увеличения числа узлов. По правилам Ethernet можно соединить максимум пять сегментов четырьмя репитерами, но компьютеры можно подсоединить только к трём из пяти.

“5-4-3”

В топологии звезда роль репитера играют Hub’ы и Switch’и , т.е. они являются многопортовыми репитерами. Соединения между Hub’ами подчиняются правилу “5-4-3”. Switch’и можно соединять без ограничений. Hub’ы и Switch’и можно соединять вперемешку.

Использование Hub’ов Switch’ей.

Hub - концентратор

Switch – коммутатор

Это устройства различаются внутренней логикой работы. Hub работает на физическом уровне, а Switch на канальном. Hub’ы и Switch’и имеют следующие общие характеристики:

1)Число портов для витой пары (от 4 до 48). Помимо портов RJ -45 могут присутствовать дополнительные порты. На Hub’ах один из портов предназначен для соединения с другим Hub’ом (Uplink). В Switch’ах все порты равны. Большинство устройств поддерживают автоматическую настройку скорости портов (N-WAX).

2)Скоростные характеристики. В простейших моделях все порты могут работать только с одной скоростью (со скоростью самого медленного из подключенных). Продвинутые модели могут устанавливать скорость каждого порта независимо. В технологии 1000Base – TX используются только Switch’и.

Hub

Switch

A

B

C

D

Hub посылает пакет на один порт во все остальные порты. Пакет никак не обрабатывается (кроме усиления), поэтому нет задержки передачи данных.

Switch содержит коммутационную матрицу и пересылает пакет только в порт получателя, т.е. через Switch могут одновременно на полной скорости несколько пар узлов.

Беспроводные технологии (радио Ethernet).

При передаче данных по радио каналу нужно учитывать два основных параметра (частота и мощность).

1)Частота. Использование всего диапазона радиочастот регулируется государством. Примеры:

20Гц – 20кГц – звук

~100кГц – ультразвук

~20МГц – гражданская радиосвязь

>=40МГц до 1ГГц – TV

900МГц – DAKT, GSM

>1ТГц – оптическое излучение

Все частоты делятся на лицензированные и нелицензированные. Оборудование для беспроводных локальных сетей использует т.н. ISM-диапазон (частоты для промышленного, научного или медицинского оборудования). В нашей стране диапазон – 2.4ГГц.

Измеряемая мощность должна быть ограничена. Увеличить дальность при той же мощности можно при помощи направленных антенн. В технологиях радио Ethernet излучаемая мощность позволяет передавать данные на несколько сотен метров. На практике дальность ,в основном, ограничивается местными условиями.

Wi-Fi – семейство технологий радио Ethernet (научно называется 802.11х) (х-a,b,g).

a-частота 5ГГц со скоростью 54Мбит\с.

b-частота 2.4ГГц со скоростью 11Мбит\с.

g-частота 2.4ГГц со скоростью 54Мбит\с.

Варианты b,g могут совместно работать друг с другом. Реальная скорость существенно меньше при включении алгоритмов шифрирования скорость падает ещё больше. Беспроводная сеть может работать в одном из двух режимов ad-HOC – прямое соединение двух узлов.

Для каждой конкретной сети задаётся идентификатор (SSID) произвольно символьное название для подключения к этой сети надо знать этот (SSID).

Для соединения нескольких узлов необходима точка доступа (Access point).

Чаще всего точка доступа включена в состав более сложных узлов, например Switch’ей, но также выпускаются в виде отдельных узлов. Точка доступа играет ту же роль что Hub и Switch. Такой режим работы называется инфраструктурой.

AD

Сетевые платы.

П о стандартам Ethernet в один ПК можно установить до четырёх сетевых плат. Сетевая платя подключается к одной из шин на системной плате (ISA, PCI)

1 33Мбайт\с 16Мбайт\с

Несколько устройств подключенных к системе будут делить её пропускную способность. Интегрированные сетевые платы также структурно подключаются к этим шинам. Работой сетевой платы управляет специализированный процессор. От него зависят скоростные характеристики платы, нагрузка на CPU, совместимость с ОС, а также поддержка различных фирменных технологий. Все сетевые платы оснащаются как минимум одним разъёмом для витой пары. На некоторых может быть до трёх портов. Несколько разъёмов могут работать только по очереди, причём переключение между ними может быть автоматическим или ручным. Все сетевые платы имеют разъём для установки ПЗХ удалённой нагрузки (Boot Rom). Эта микросхема позволяет загружать ОС из образа расположенного на сервере удаленной загрузки. Интегрированные сетевые платы способны осуществлять удалённую загрузку не требуя дополнительных микросхем ПЗУ. Большинство сетевых плат поддерживают технологию под названием Wake-One-Laid, позволяющую технически включить ПК сигналом из сети. Эта технология должна поддерживаться как сетевой так и системной платой. Разрешается она в Bios setup. Каждая сетевая плата при производстве получает уникальный физический паспорт (MAC-адрес). Это шестнадцатеричное число от 0 до 2⁴⁸ . Весь диапазон MAC-адресов разделён между производителями. MAC-адрес можно подделать в исходящих пакетах на уровне ОС.