Компьютерные сети Кабели и интерфейсы Обмен данных в сети Сетевое оборудование и топологии Служба передачи файлов FTP Беспроводные сети Архитектура Ethernet IP-адреса для локальных сетей Нагрузочная способность сети

Ethernet

Архитектура Ethernet фактически объединяет целый набор стандартов, имеющих как общие черты, так и отличия.

Первоначально она была создана фирмой Xerox в середине 70-х гг. и тогда представляла собой систему передачи со скоростью 2,93 Мбит/с.

После доработки с участием компаний Intel и DEC архитектура Ethernet послужила основой принятого в 1985г. стандарта IEEE 802.3, определившего следующие параметры:

топология — «шина»;

метод доступа — CSMA/CD;

скорость передачи — 10 Мбит/с;

среда передачи — коаксиальный кабель;

применение терминаторов — обязательно;

максимальная длина сегмента сети — до 500 м;

максимальная длина сети — до 2,5 км;

максимальное количество компьютеров в сегменте — 100;

максимальное количество компьютеров в сети — 1024.

В исходной версии Ethernet предусматривалось применение коаксиального кабеля двух видов — «толстого» и «тонкого» (стандарты 10Base-5 и 10Bаse-2, соответственно).

Однако в начале 90-х гг. также появились спецификации для построения сетей Ethernet с использованием витой пары (10Base-T) и оптоволокна (10Base-FL).

Позже, в 1995 г., был опубликован стандарт архитектуры Fast Ethernet (IEEE 802.3u), обеспечивающей передачу на скоростях до 100 Мбит/с,

в 1998 г. — стандарт Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z и 802.3ab),

а в 2002 г. — стандарт 10 Gigabit Ethernet (IEEE 802.Зае).

Сравнение различных стандартов Ethernet приведено в табл. 2.2.

Заметим, что в современных версиях Ethernet использование физической топологии «шина» уже не предусмотрено, да и найти сейчас сети, построенные на коаксиальном кабеле, весьма затруднительно.

Таблица 2.2 Характеристики различных стандартов Ethernet

Реализация

Скорость передачи данных, Мбит/с

Топология

Среда передачи

Максимальная длина кабеля , м

Ethernet

10Base-5

10

«шина»

толстый коаксиальный кабель

500

10Base-2

10

«шина»

тонкий коаксиальный кабель

185;

реально — до 300

10Base-T

10

«звезда»

витая пара

100

10Base-FL

10

«звезда»

оптоволокно

500 (станция-концентратор);

2000 (между концентраторами)

Fast Ethernet

100Base-TX

100

«звезда»

витая пара категории 5 (используется две пары)

100

100Base-T4

100

«звезда»

витая пара категории 3, 4 или 5 (используется четыре пары)

100

100Base-FX

100

«звезда»

многомодовое или одномодовое оптоволокно

(многомодовый) 2000,

(одномодовый) 15000 до 40 км

Реализация

Скорость передачи данных, Мбит/с

Топология

Среда передачи

Максимальная длина кабеля, м

Gigabit Ethernet

1000Base-T

1000

«звезда»

витая пара категории 5 или выше

100

1000Base-CX

1000

«звезда»

специальный кабель типа STP

25

1000Base-SX

1000

«звезда»

оптоволокно

220-550 (многомодовый)

в зависимости от типа

1000Base-LX

1000

«звезда»

оптоволокно

(многомодовый)550;

(одномодовый) 5000; реально — до 80 км

10 Gigabit Ethernet

10GBase-х:

(x — набор стандартов)

10000

«звезда»

оптоволокно

300-40000

(в зависимости от типа кабеля и длины волны лазера)

10GBase-Т

10000

«звезда»

ВП (STR) категории 7

100

Основной недостаток сетей Ethernet связан с использованием в них метода доступа к среде CSMA/CD (напомним: это сокращение расшифровывается как «множественный доступ с контролем несущей и обнаружением столкновений»). При увеличении количества компьютеров растет число столкновений, что снижает пропускную способность сети и увеличивает время доставки кадров. Поэтому рекомендуемой нагрузкой для сетей Ethernet считается уровень в 30-40 % от общей полосы пропускания. Сразу заметим, что в современных сетях этот недостаток довольно легко устраняется путем замены концентраторов мостами и коммутаторами, умеющими «изолировать» передачу данных между двумя компьютерами в сети от других (об этих устройствах будет сказано далее).

А вот преимуществ у архитектуры Ethernet довольно много.

● Прежде всего, сама эта технология довольно проста в реализации. Соответственно, Ethernet-устройства (сетевые адаптеры, концентраторы, коммутаторы и т. д.) оказываются значительно дешевле аналогичных устройств других сетевых архитектур.

● В Ethernet можно использовать практические любые виды кабеля, а применение оптоволокна позволяет объединять участки сетей, расположенные далеко друг от друга.

● Наконец, совместимость различных вариантов Ethernet очень высока, что позволяет не только наращивать мощности сети с использованием существующей кабельной инфраструктуры, но и легко расширять сеть, подключая к ней новые, более скоростные сегменты.

Поэтому сегодня архитектура Ethernet не только стала господствующей в локальных сетях, но и вытесняет другие технологии в региональных и глобальных сетях.

Беспроводные сети

Перейдем теперь к беспроводным сетевым решениям, из которых в локальных сетях сейчас наиболее часто применяются технологии Wi-Fi и Bluetooth.

Wi-Fi (сокращение от «Wireless Fidelity», «беспроводная точность») — популярная в мире и быстро развивающаяся в России технология, обеспечивающая беспроводное подключение мобильных пользователей к локальной сети и Интернету (рис. 2.2). Рис. 2.2

Под именем «Wi-Fi» на самом деле скрывается несколько стандартов, разработанных для беспроводных сетей на основе выпущенной еще в 1997 г. спецификации IEEE 802.11 (табл. 2.3 ниже).

Важно отметить, что в стандарте 802.11 предусматривается использование только полудуплексных приемопередатчиков, которые не могут одновременно передавать и принимать информацию. Из-за этого в беспроводных сетях 802.11 станция в принципе не может обнаружить столкновение во время передачи (поскольку в это время не имеет возможности принимать данные). Поэтому в качестве метода доступа к среде во всех стандартах используется метод CSMA/CA (с предотвращением коллизий), позволяющий избегать столкновений. Это приводит к дополнительным сложностям при взаимодействии и, как следствие, к существенно меньшим скоростям передачи данных, чем, например, в технологии Ethernet.

Таблица 2.3 Наиболее важные стандарты IEEE 802.11 х

Стандарт

Среда передачи

Скорости передачи, Мбит/с

Примечание

802.11

Радиосигнал с частотой около 2,4 ГГц или ИК-сигнал

1 или 2

Базовый стандарт, определяющий взаимодействие на физическом и канальном уровнях модели OSI

802.11а

Радиосигнал с частотой около 5 ГГц

до 54

Несовместим на физическом уровне со стандартами 802.11b и g; в России не используется

802.11b

Радиосигнал с частотой 2,4-2,483 ГГц

до 11

Имеет относительно низкую скорость и защищенность (защита шифрованием по технологии WEP — Wireless Equivalent Privacy). Обеспечивает несколько большую, по сравнению с другими стандартами, дальность передачи данных

802.11g

Радиосигнал с частотой 2,4-2,483 ГГц

до 54

Обеспечивает обратную совместимость со стандартом 802.11b, но характеризуется большей скоростью и защищенностью (кроме WEP, поддерживается стандарт защиты WPA — Wi-Fi Protected Access)

802.11n

Радиосигнал,

2,4-2,483 ГГц

до 150-300

Большая скорость; обратно совместим с 802.11b и 802.11g. Основное отличие – добавление к физическому уровню поддержки протокола MIMO (multiple-input multiple-output).

Основным же недостатком сетей Wi-Fi на сегодня является довольно малая дальность передачи данных, не превышающая для большинства устройств 150 м (максимум 300 м) на открытом пространстве или всего нескольких десятков метров — в помещении.

Решением указанной проблемы может стать архитектура WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), разрабатываемая в рамках рабочей группы IEEE 802.16 в стационарной, перемещаемой и, особенно, – в мобильной версии IEEE 802.16e-2005. Реализация этой технологии, также использующей радиосигналы в качестве среды передачи, позволит предоставить пользователям скоростной беспроводной доступ на расстояниях до нескольких десятков километров (рис. 2.3).

Рис. 2.3

Наконец, стоит упомянуть еще об одной из популярных сегодня беспроводных архитектур — о технологии Bluetooth (стандарт IEEE 802.15.1), а также о совсем новой технологии ZigBee.

В Bluetooth, как и в Wi-Fi, используется радиосигнал с частотой 2,4 ГГц, однако эти стандарты между собой несовместимы. Bluetooth характеризуется довольно низким энергопотреблением, что позволяет с успехом применять эту технологию в переносных устройствах — ноутбуках, КПК и мобильных телефонах (рис. 2.4). К тому же Bluetooth практически не требует настройки — этот стандарт позволяет устройствам устанавливать взаимодействие при минимальном участии пользователя. С другой стороны, у Bluetooth весьма низкие показатели по дальности передачи и пропускной способности — не более 10 м и 400-700 Кбит/с, — что резко ограничивает возможности использования этой технологии в локальных сетях. Рис. 2.4

У технологии ZigBee, появившейся недавно благодаря усилиям нескольких крупных коммуникационных компаний (стандарт 802.15.4), показатели еще «скромнее» — ее спецификация предусматривает защищенную передачу данных в радиусе 10—75 м и с максимальной скоростью до 250 Кбит/с. Казалось бы, зачем она нужна, если скорости передачи в ней еще ниже, чем для Bluetooth. Однако «изюминкой» устройств ZigBee является их сверхнизкое энергопотребление и способность переходить в «спящий режим», когда передача данных не требуется. Поэтому основной сферой использования ZigBee-устройств станут не локальные сети, а системы мониторинга и контроля аппаратуры, в том числе сетевого оборудования.

 

Wireless USB — альтернатива Bluetooth

Технология Wireless USB основана на использовании нового стандарта ультраширокополосной беспроводной связи — UWB и обеспечивает сверхвысокоскоростную (до 480 Мбит/с, а в перспективе — и до 1 Гбит/с) передачу данных на короткие расстояния (до 10 м). Она позволяет реализовать беспроводное подключение периферийных устройств, аналогичное USB 2.O.

Первый серийный образец адаптера Wireless USB был представлен на Форуме Intel для разработчиков (IDF-2005). В продаже такие адаптеры появились в 2006 г.

 Выводы

Основной технологией, используемой сегодня в проводных сетях, является Ethernet. Важно лишь определить конкретный стандарт или набор стандартов, которые используются в сети, и закупить нужное оборудование. При этом рекомендации достаточно просты: старайтесь выбрать наиболее скоростное и надежное оборудование, удовлетворяющее вас по цене. Желательно, чтобы это оборудование было максимально функциональным и управляемым, однако эти критерии более значимы для сетевых администраторов крупных корпоративных сетей.

Для подключения беспроводных клиентов для расстояний до 100-150м следует остановиться на технологии Wi-Fi, причем выбирать нужно устройства, поддерживающие последний стандарт 802.11 n, — только в нем обеспечивается достаточная скорость передачи данных и, самое главное, их надежная защита.

Одним из отличий метода коммутации пакетов от метода коммутации каналов является неопределенность пропускной способности соединения между двумя абонентами. В методе коммутации каналов после образования составного канала пропускная способность сети при передаче данных между конечными узлами известна - это пропускная способность канала. процесс передачи для определенной пары абонентов в сети с коммутацией пакетов является более медленным, чем в сети с коммутацией каналов.
Основы безопасности при работе в сетях