Стандартизацией технологий локальных сетей занимается Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике, или, сокращенно IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Стандарты, разрабатываемые этой организацией, имеют определенную нумерацию.
Группа стандартов, имеющих отношение к локальным сетям, имеет номер 802 – по номеру рабочей группы, которая еще в 80-х годах начала заниматься стандартизацией ЛВС. Сегодня в группу 802 входит множество подгрупп, среди которых можно отметить IEEE 802.3, занимающуюся разработкой стандартов Ethernet-сетей, использующих метод доступа к среде CSMA/CD.
Технология Ethernet получила свое название благодаря своему создателю – Роберту Меткалфу. Он и его коллеги занимались работой над сетевыми технологиями в одной из лабораторий Xerox больше тридцати лет тому назад.
В качестве сред передачи данных разные версии Ethernet используют коаксиальный кабель, витую пару и оптоволокно. Сети на коаксиале морально устарели (хотя они все еще существуют), оптоволокно (наилучший по скорости и помехоустойчивости вариант) слишком дорого для широкого распространения, а витая пара стала самой распространенной средой передачи данных для локальных сетей.
Группа спецификаций IEEE 802.3 включает в себя немало стандартов, среди которых мы отметим несколько.
100Base-TX – наиболее актуальный для небольших локальных сетей. Эту технологию называют еще Fast Ethernet или 100 Mbit-Ethernet. Данное наименование может относиться и к другим реализациям Ethernet, но здесь под Fast Ethernet мы подразумеваем именно 100Base-TX.
Пропускная способность такой сети равняется 100 Мбит/с, в качестве среды передачи данных используется витая пара – в частности, для небольших локальных сетей наиболее актуально применение неэкранированной витой пары 5-й категории, так же возможно использование экранированной витой пары.
Gigabit Ethernet – гигабитный Ethernet – локальная сеть с пропускной способностью 1000 Мбит/с. Оборудование для этого вида Ethernet-сетей пока еще достаточно дорого, хотя вполне доступно. Существуют несколько вариантов Gigabit Ethernet - 1000Base-X, 1000Base-LX, 1000Base-SX, 1000Base-CX, 1000Base-T. В качестве физической среды передачи данных он может использовать ту же витую пару 5-й категории, что и Fast Ethernet, однако для подобной сети лучше всего подходят оптоволоконные линии связи.
Пропускной способностью называется скорость передачи данных по линии связи. Единица измерения пропускной способности сети – бит в секунду. Существуют и альтернативные единицы измерения – например – пакет в секунду. Бит, как наименьшая единица информации, может принимать всего два значения – единица или ноль. Современные линии связи позволяют достигать очень высоких скоростей передачи данных и для удобства используют производные единицы измерения скорости – килобит в секунду (Кбит/с), мегабит в секунду (Мбит/с), гигабит в секунду (Гбит/с) и так далее.
"Сетевые" килобиты и мегабиты соответствуют традиционным метрическим величинам, принятым в других отраслях науки. То есть 1 Кбит/с соответствует 1000 Бит/с.
Для многих из нас удобнее работать с обычными "компьютерными" единицами количества информации, чем с метрическими. Для того, чтобы перейти от мегабитов и килобитов к мегабайтам и килобайтам нужно руководствоваться следующими соображениями. Во-первых, один байт равен восьми битам, а во-вторых, килобайт равен 1024 байтам, мегабайт 1024 килобайтам и так далее. То есть для того, чтобы перевести пропускную способность 100-мегабитной линии связи в мегабайты надо найти количество байтов, соответствующее 100 мегабитам и два раза разделить полученное значение на 1024. Считаем. 100 Мбит/с – это 100 000 000 Бит/с или 12 500 000 Байт/с (100 000 000/8). Теперь переходим к килобайтам в секунду. 12 500 000/1024=12207 Кб/с. Делим полученное значение в килобайтах на 1024 и получаем 11,9 Мб/с. Получается, что 100 Мбит/с – это примерно 12 Мбайт/с.
Говоря о пропускной способности линии связи надо учитывать, что она редко достигает максимальных для какой-либо технологии значения по причинам помех в линиях связи, ошибок в работе оборудования и так далее. Так же надо учитывать, что часть пропускной способности тратится на передачу служебной информации – в результате, например, линия связи с теоретической пропускной способностью в 12 Мбайт/с может передавать полезные данные со скоростью на несколько Мбайт/с меньшей, чем эта величина.
Прежде чем говорить о других свойствах сети, обсудим метод доступа к среде передачи данных, который в ней используется.
CSMA/CD расшифровывается как Carrier Sense Multiply Access with Collision Detection - метод коллективного доступа с опознанием несущей и обнаружением коллизий. CSMA/CD используется в сетях с общей средой передачи данных – в случае с Ethernet – это кабель. Все компьютеры, подключенные к сети, могут принимать сигналы друг от друга, но одновременно обмениваться данными могут лишь два компьютера.
Стандарт 100Base-TX имеет определенные ограничения на структуру сети, построенной в соответствии с ним.
В частности, стандарт вводит ограничение на длину сегмента сети в 100 метров (на самом деле эта длина ограничена 94 метрами, но мы здесь и далее будем использовать круглую цифру 100). То есть, вы можете подключить к коммутатору несколько компьютеров кабелями, длина каждого из которых составляет 100 метров.
В стандарте существует такое понятие, как домен коллизий – сегмент сети, все узлы которого способны распознать коллизию независимо от места в сети, где она произошла. Именно для того, чтобы узлы могли правильно распознавать коллизии, и вводится ограничение на длину кабелей.
Топология – это способ связи нескольких компьютеров в сеть.
Простейшая топология локальной сети – это связь двух компьютеров. Такую сеть можно организовать и по стандартам Ethernet, соединив сетевые карты двух машин особым образом разведенным кабелем.
Итак, простейшая топология – это одна связь, соединяющая два узла сети. На такую топологию похожа кольцевая топология, все узлы которой соединены в кольцо. Данные в такой сети обычно передаются от компьютера к компьютеру в одном направлении. Еще одна топология носит название общая шина. Она свойственна устаревшим Ethernet-сетям, построенным на основе коаксиального кабеля.
В настоящий момент наибольшее распространение получила топология "звезда" (рис. 1.) - актуальна она и для Ethernet-сетей. В центре "звезды" находится хаб (коммутатор, концентратор, повторитель) от которого отходят провода, соединяющие его с компьютерами.
Звездообразная топология отличается от шинной повышенной надежностью. Если какая-нибудь связь в шинной топологии будет повреждена, то сеть будет разбита на два независимых сегмента. А повреждение кабеля при звездообразной организации сети ведет лишь к отключению от коммутатора одного из компьютеров.
Надо отметить, что коммутаторы (а так же маршрутизаторы) могут объединяться, образуя таким образом топологию "иерархическая звезда" - несколько обычных "звезд", соединенных линиями связи.
Существуют и другие топологии. Например, для глобальных сетей характерна ячеистая топология, когда от одного узла сети связи могут идти к нескольким другим. Полный вариант ячеистой топологии – это полносвязная топология – когда каждый из узлов сети имеет интерфейсы для связи со всеми остальными.
Для построения Ethernet-сети вам понадобится следующее оборудование:
Сетевая карта занимается передачей информации между компьютерами сети. Она принимает данные от компьютера, преобразует их в форму, подходящую для передачи по сети, отправляет в сеть, принимает данные от других компьютеров и, обработав их, передает в компьютер.
Сетевая карта соединяется с ПК посредством шины PCI (рис. 2.).
Существует сетевой термин "хаб", или, по-английски "hub" - так называют концентраторы, но данное понятие прочно вошло в сетевой жаргон и теперь хабом можно назвать и коммутатор и концентратор. Разница между коммутатором и концентратором заключается в следующем. Концентратор или повторитель – это устройство, которое, получив сигнал на один из своих портов, просто усиливает и отправляет на другие порты, а коммутатор подходит к этой проблеме интеллектуально, отправляя сигналы только на тот порт, которому они предназначены. В результате повышается производительность сети.
Сегодня практически все сетевые устройства для создания малых сетей относятся именно к коммутаторам.
Кабели UTP и STP 5-й категории - основные типы кабелей, используемые для построения Ethernet-сетей на 100 и 1000 Мбит/c.
UTP (рис. 4.) расшифровывается Unshielded Twisted Pair – то есть неэкранированная витая пара Такой кабель представляет собой 8 скрученных попарно медных изолированных проводников, заключенных в общую изоляцию. На концах кабеля расположены разъемы RJ-45.
STP расшифровывается как Shielded Twisted Pair – то есть экранированная витая пара. Такой кабель стоит дороже чем UTP, но лучше защищен от помех.
