ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
Стандартные сегменты Ethernet и Fast Ethernet
Цель работы: Ознакомится с стандартными сегментами для сетей Ethernet и Fast Ethernet
Стандартные сегменты Ethernet
Аппаратура 10BASE5
Стандарт 10BASE5 определяет сегмент Ethernet длиной до 500 метров с использованием в качестве среды передачи данных толстого коаксиального кабеля с топологией шина. Толстый коаксиальный кабель – это классический тип кабеля, который первоначально использовался в сети Ethernet. В настоящее время он распространен значительно меньше, хотя и обеспечивает максимальную протяженность сети с шинной топологией. Это связано с высокой стоимостью аппаратуры и трудностями ее монтажа.
Толстый коаксиальный кабель представляет собой 50-омный кабель с высокой жесткостью, диаметром около 10 миллиметров. Он выпускается с двумя типа оболочек: тефлоновая (Teflon) оранжево-коричневого цвета (Belden 89880) и стандартная (PVC) желтого цвета (Belden 9880). Достаточно часто используются толстые кабели типа RG-11 и RG-8 (у RG-11 центральная жила покрыта тонким слоем серебра). Диаметр центральной жилы – около 2 мм. Толстый коаксиальный кабель – это самая дорогостоящая среда передачи (в несколько раз дороже, чем другие типы). Тем не менее, толстый кабель обладает высокими характеристиками: хорошей помехоустойчивостью, меньшим затуханием и высокой механической прочностью.
В соответствии со стандартом к одному сегменту сети (до 500 метров) можно подключать не более 100 абонентов. Расстояния между этими точками подключения должно быть не менее 2,5 метра, иначе возникают ошибки в передаваемой информации. Для удобства пользователя при монтаже на кабель наносятся черные полоски через каждые 2,5 метра.
Аппаратные средства 10BASE5 представлены на рис. 18. Они включают в себя трансиверы и трансиверные кабели, разъемы, терминаторы и коаксиальный кабель. Трансивер представляет собой приемопередатчик с высоковольтной (до 5 кВ) гальванической развязкой и детектором коллизий.
Рис. 18. Аппаратура 10BASE5
Для соединения сегментов толстого коаксиального кабеля между собой, а также терминаторов с таким кабелем используются разъемы N-типа, установка которых довольно сложна и требует специальных навыков и инструментов. На обоих концах кабеля сегмента устанавливаются 50-омные терминаторы N-типа, один из которых заземляют.
Толстый коаксиальный кабель никогда не подводят непосредственно к компьютеру сети, это сложно и неудобно для использования, так как компьютеры невозможно будет переместить. Его прокладывают по полу помещения или по стене. Для подключения сетевых адаптеров к толстому кабелю применяют специальные трансиверы (MAU) (рис. 19).
Рис. 19. Подсоединение адаптера к толстому кабелю
Трансивер (MAU, Medium Attachment Unit – устройство присоединения к среде) закрепляется на самом толстом коаксиальном кабеле и связывается с адаптером трансиверным кабелем. Для присоединения трансиверов к толстому кабелю обычно используются специальные соединительные устройства, предложенные корпорацией AMP, которые не требуют разрезания оболочки кабеля в точке присоединения, а просто прокалывают ее и изоляцию кабеля обеспечивая механическое и электрическое соединение как с оплеткой, так и с центральной жилой кабеля. Трансиверный кабель представляет собой гибкий многопроводный (многожильный) кабель диаметром около 10 миллиметров, содержащий четыре экранированные витые пары. Длина такого трансиверного кабеля достигает 50 метров, а более тонкого и гибкого офисного варианта -12,5 метров. Это обеспечивает достаточную свободу перемещения компьютеров внутри помещения. На концах трансиверного кабеля устанавливаются 15-контактные разъемы.
Минимальный набор аппаратных средств для сети из одного сегмента на толстом кабеле включает в себя следующие элементы:
-сетевые адаптеры (по числу объединяемых в сеть компьютеров);
-толстый коаксиальный кабель с разъемами N-типа на концах, общая длина которого достаточна для объединения всех компьютеров сети;
-трансиверные кабели с 15-контактными разъемами на концах длиной от компьютера до толстого кабеля (по количеству компьютеров);
-трансиверы (по количеству компьютеров);
-два коннектора N-типа для терминаторов на концах кабеля;
-один N-терминатор с заземлением; один N-терминатор без.
В настоящее время аппаратура 10BASE-5 используется крайне редко, хотя иногда она еще применяется для организации базовой (Backbone) сети. Доля сетевых адаптеров с AUI разъемами не превышает сегодня 5%.
Аппаратура 10BASE2
Стандарт 10BASE2 регламентирует сегмент Ethernet на основе тонкого коаксиального кабеля с топологией шина длиной до 185 метров (около 200 метров - цифра 2 в названии сегмента). Этот тип сегмента появился позже, чем сегмент 10BASE5, как значительно более удобная и недорогая замена классическому варианту сети Ethernet.
Тонкий коаксиальный кабель отличается от толстого примерно вдвое меньшим диаметром (около 5 мм), большей гибкостью, простотой и удобством монтажа, меньшей себестоимостью. Сети на его основе получили существенно большее распространение. Тонкий кабель, как и толстый, имеет волновое сопротивление 50 Ом, для него используют такое же 50-омное оконечное согласование. Если толстый коаксиальный кабель необходимо закреплять, то тонкий кабель допустимо прокладывать навесным монтажом, что дает свободу перемещения компьютеров.
Самым большим недостатком тонкого коаксиального кабеля в сравнении с толстым является меньшая допустимая длина сегмента сети (до 185 метров). Самый распространенный тип тонкого коаксиального кабеля – это RG-58 A/U. Его электрические характеристики (помехозащищенность, затухание) несколько хуже, чем у толстого кабеля, что и определяет меньшую допустимую длину сегмента.
Аппаратное обеспечение для работы с тонким коаксиальным кабелем (рис. 20) существенно проще, чем в случае с толстым кабелем. Кроме сетевых адаптеров используются только кабели соответствующей длины, разъемы, Т-коннекторы (тройники) и терминаторы (один с заземлением).
Рис. 20. Аппаратура 10BASE2
Между каждой парой абонентов (компьютеров) прокладывается отдельный кабель с двумя байонетными разъемами типа BNC на концах. Минимальное расстояние между компьютерами (минимальная длина кабеля) - 0,5 метра. Максимальное число абонентов на одном сегменте - не более 30.
На плате сетевого адаптера находится BNC-разъем, к которому подключается BNC T-коннектор, связывающий адаптер с двумя частями кабеля (рис. 21). Адаптер осуществляет гальваническую развязку, напряжение пробоя изоляции составляет около 150 вольт. Металлический корпус BNC-разъема гальванически развязан от корпуса компьютера.
Рис. 21. Присоединение адаптера к тонкому коаксиальному кабелю
Если необходимо увеличение протяженности сети используют репитеры. При использовании тонкого коаксиального кабеля, в соответствии со стандартом, возможно использовать не более пяти сегментов. Общая длина сети составит 925 метров, при этом потребуется четыре репитера. Набор оборудования для односегментной сети на тонком кабеле включает в себя следующие основные элементы:
- сетевые адаптеры (по числу объединяемых в сеть компьютеров);
- отрезки кабеля с BNC-разъемами на обоих концах, общая длина которых достаточна для объединения всех абонентов (компьютеров);
- BNC Т-коннекторы (по числу сетевых адаптеров);
- BNC терминатор с заземлением и BNC терминатор без.
До недавнего времени оборудование 10BASE2 было самым популярным. Кабели, разъемы, адаптеры для нее выпускались практически всеми производителями, что приводило к периодическому снижению их стоимости.
Аппаратура 10BASE-T
Стандарт 10BASE-T регламентирует сегмент Ethernet с топологией пассивная звезда (Twisted-Pair Ethernet) на основе неэкранированных витых пар (UTP) категории 3 и выше. Это самый поздний стандарт Ethernet на основе электрического кабеля (разработан в 1990 году). Он считается наиболее перспективным, и практически вытеснил сегменты 10BASE2 и 10BASE5.
С одной стороны, он несколько дороже шинного сегмента 10BASE2, из-за необходимости использования концентратора (хаба). Кроме того, суммарное количество кабеля, необходимого для объединения такого же количества компьютеров, оказывается больше, чем в случае шинной топологии. С другой стороны, обрыв кабеля не приводит к отказу всей сети, а монтаж и диагностика неисправности такой сети гораздо проще. Кроме того, важно и то, что к каждому абоненту (компьютеру) подводится только один кабель, а не два, как в случае 10BASE2. Отсутствует необходимость применения терминаторов и заземления сети. Несомненным преимуществом 10BASE-T является то, что только этот стандарт из-за использования передачи «точка-точка» позволяет осуществлять переход с сети Ethernet на сеть Fast Ethernet.
В сегменте 10BASE-T передача происходит по двум витым парам проводов, каждая из которых передает данные только в одну сторону (одна пара является передающей, другая – принимающей). Кабелем, содержащим эти двойные витые пары, каждый из абонентов сети присоединяется к концентратору (хабу). Для получения древовидной структуры используют соединение нескольких таких концентраторов между собой. Помимо обычных портов для подключения абонентов концентратор имеет порт расширения «UpLink», который используется для соединения с концентратором более высокого уровня. Гальваническая развязка с сетью выполняется аппаратурой самих адаптеров и имеет напряжение пробоя изоляции 150 В.
Длина соединительного кабеля между концентратором и адаптером не должна менее 2,5 метра, максимальная длинна не более 100 метров, что часто накладывает ограничения на размещение компьютеров в помещении. Применяемый кабель достаточно гибкий, его диаметр около 6 мм. Используются только две витые пары из четырех пар, входящих в кабель. В настоящее время рекомендуется использовать более качественный кабель 5-ой категории, что позволяет модернизировать сеть до Fast Ethernet. Кабели присоединяются к концентратору и к адаптеру 8-контактными разъемами RJ-45. Монтаж, наладка и техническое обслуживание неэкранированных кабелей с витыми парами (UTP-кабелей) существенно проще, чем коаксиальных кабелей, так как у них отсутствует металлическая оплетка. Стоимость таких кабелей примерно вдвое ниже, чем у тонких коаксиальных, однако в случае топологии звезда расход кабеля значительно больше, чем при топологии шина.
В сети 10BASE-T используются два вида подключения проводов кабеля. В случае объединения в сеть только двух компьютеров, можно обойтись без концентратора, применив перекрестный кабель (crossover cable), который соединяет приемные контакты одного разъема RJ-45 с передающими контактами другого разъема RJ-45. Для соединения компьютеров с концентратором используется прямой кабель (direct cable), в котором соединяются между собой одинаковые контакты разъемов RJ-45. Минимальный набор оборудования для сети на витой паре состоит из:
- сетевых адаптеров (по числу объединяемых в сеть компьютеров), имеющих разъемы RJ-45;
- отрезков кабеля с разъемами RJ-45 на обоих концах (по числу объединяемых компьютеров);
- концентратора, который имеет столько UTP-портов с разъемами RJ-45, сколько необходимо объединить компьютеров.
Аппаратура 10BASE-FL
Широко применять оптоволоконный кабель в Ethernet начали относительно недавно. Его использование позволило существенно увеличить допустимую длину сегмента сети и помехоустойчивость передачи. Немаловажна также и полная гальваническая развязка компьютеров, которая достигается без применения дополнительного оборудования, в силу специфики среды передачи данных. Еще одно преимущество оптоволоконных кабелей состоит в возможности модернизации сети до Fast Ethernet без замены кабелей, так как пропускная способность оптоволокна позволяет достигнуть не только 100 Мбит/с, но и значительно более высоких скоростей передачи информации.
Сигналы передаются по двум оптоволоконным кабелям, передающим данные в противоположные стороны (как и в10BASE-T). Иногда используются специальные двухпроводные волоконно-оптические кабели, содержащие два кабеля в общей внешней оболочке. Вопреки распространенному мнению, стоимость оптоволоконного кабеля не слишком высока (она примерно соответствует стоимости тонкого коаксиального кабеля). Вместе с тем, в целом аппаратное обеспечение оказывается заметно дороже, так как требует применения дорогих оптоволоконных трансиверов.
Длина волоконно-оптических кабелей, соединяющих трансивер и концентратор, может достигать 2 километров без использования каких бы то ни было усилителей сигнала (ретрансляторов). Становится возможным объединение в локальную сеть абонентов (компьютеров), разнесенных территориально, находящихся в разных зданиях. В настоящее время чаще используется стандарт 10BASE-FL в котором применяется многомодовый кабель и свет с длиной волны 850 нанометров, однако имеется оборудование и для использования одномодового кабеля. В этом случае предельная длина сегмента увеличивается до 5 км.
Интегральные оптические потери в сегменте (в кабеле и разъемах) не должны превышать 12,5 дБ. Эти потери в кабеле составляют около 5 дБ на километр длины кабеля, а потери в разъеме 0,5-2,0 дБ (зависит от качества монтажа разъема). Только при таких величинах потерь можно гарантировать устойчивую связь на максимальной длине кабеля. На практике лучше использовать кабель с длинной на десять процентов меньше предельной (рекомендуется стандартом).
Волоконно-оптический стандартный кабель 10BASE-FL имеет на обоих концах оптоволоконные байонетные ST-разъемы. Набор оборудования для соединения оптоволоконным кабелем двух компьютеров состоит из:
- двух сетевых адаптеров с трансиверными разъемами;
- двух оптоволоконных трансиверов (FOMAU);
- двух оптоволоконных кабелей с ST-разъемами на концах;
- двух трансиверных кабелей.
Стандартные сегменты Fast Ethernet
Аппаратура 100BASE-TX
Стандарт Fast Ethernet IEEE 802.3u появился в 1995 году, его разработка в первую очередь была обоснована требованием увеличения скорости передачи данных. Переход с Ethernet на Fast Ethernet позволяет не только повысить скорость передачи, но и значительно отодвинуть границу перегрузки сети, поэтому его популярность постоянно растет.
При сравнении набора стандартных сегментов Ethernet и Fast Ethernet очевидно главное отличие – полный отказ в Fast Ethernet от коаксиального кабеля и шинных сегментов. Применяются только сегменты на витой паре и волоконно-оптические сегменты.
Стандарт 100BASE-TX регламентирует построение сети с топологией звезда и использованием сдвоенной витой пары. Схема объединения абонентов в сеть 100BASE-TX практически ничем не отличается от схемы по стандарту 10BASE-T (рис. 22). Однако, при таком соединении необходимо использование кабелей с неэкранированными витыми парами (UTP) 5-ой категории или выше, что связано с требуемой пропускной способностью кабеля. В настоящее время это самый популярный тип сети Fast Ethernet.
Рис. 22. Схема объединения компьютеров по стандарту 100BASE-TX
Аппаратура 100BASE-T4
Основным отличием аппаратуры 100BASE-T4 от 100BASE-TX является то, что передача производится по четырем, а не по двум неэкранированным витым парам (UTP). Схема объединения компьютеров в сеть ничем не отличается от 100BASE-TX. Абоненты (компьютеры) присоединяются к концентратору по схеме пассивная звезда, длина кабелей не превышает 100 метров (стандарт рекомендует 10-процентов запаса - 90 метров).
Аппаратура 100BASE-FX
Использование волоконно-оптического кабеля в сегменте 100BASE-FX позволяет значительно увеличить протяженность сети, а также избавиться от электрических помех и повысить секретность передаваемых данных.
Аппаратура 100BASE-FX очень близка к аппаратуре 10BASE-FL, здесь так же применяется та же топология с подключением компьютеров к концентратору с помощью двух разнонаправленных оптоволоконных кабелей (рис. 23).
Рис. 23. Подключение компьютеров к сети 100BASE-FX
Как и в случае сегмента 10BASE-FL, волоконно-оптические кабели подключаются к адаптеру и к концентратору при помощи разъемов типа SC, ST или FDDI. Разъемы ST имеют байонетный механизм, а для присоединения разъемов SC и FDDI достаточно просто вставить их в гнездо. Максимальная длина кабеля между компьютером и концентратором составляет 400 метров, причем это ограничение определяется установленными временными соотношениями, а не качеством кабеля.
Задание на лабораторную работу
Рассмотреть следующие аппаратные средства и оборудование ЛВС.
