Введення в мережні технології

Ми вже познайомилися з багатьма засобами Windows XP Professional, але поки не розглядали питання мережного використання цієї ОС. Windows XP Professional—повноцінна мережна операційна система, але щоб вивчити можливості роботи в мережі доведеться познайомитися з багатьма поняттями. Насамперед, необхідне знання фізичного підключення до мережі, тобто кабелів і з'єднувачів, протоколів і топології, а також додаткового програмного забезпечення для підключення й інсталяції мережі.

Перші мережі—«пішохідні»

Самою старою формою спільного використання інформації є так називані «пішохідні» мережі («пешеходные» сети або sneakernet). Це офіційний термін для неофіційного методу обміну інформацією. Користувач повинен скопіювати на дискету потрібні дані, а потім пішки перейти до іншого комп'ютера і прочитати на ньому дискету. За сучасними мірками це не дуже ефективний метод обміну даними, хоча і дозволяє переносити інформацію з одного місця в інше.

З погляду практичного використання «пішохідні» мережі володіють цілим рядом недоліків. Можлива випадкова втрата даних, зв'язана з ненавмисним форматуванням дискет або розбіжністю пристроїв читання.

Крім того, дуже важко погодити на всіх комп'ютерах версії одного документа, будь то електронна таблиця або файл текстового процесора:

  • При переносі копії файлу немає ніякої гарантії, що цей файл уже не змінений одним з користувачів іншого комп'ютера.
  • Важко погодити в одному файлі модифікації від користувачів різних комп'ютерів, що працюють з ним одночасно.
  • Непросто знайти серед гори дисків потрібний екземпляр, навіть якщо він містить важливу інформацію.

Зрозуміло, «пішохідна» мережа нездатна забезпечити цілісність, захист і спільне використання даних. Тому єдиним реальним способом об'єднання ресурсів стали локальні мережі (Локальные сети або Local Area Network, LAN).

 

Локальні мережі

Локальною мережею називають групу комп'ютерів, з'єднаних у межах невеликої області. Локальні мережі можуть бути різного розміру — від двох, з'єднаних між собою комп'ютерів, до декількох тисяч, що знаходяться в одному адміністративному будинку. Визначальний критерій локальної мережі — це групування окремих комп'ютерів, об'єднаних один з одним одним зі способів з'єднання.

Увага

Мережі, що простираються на великі області (кілька міст або всю країну), називаються регіональними (Региональными або Wide Area Network, WAN). Іноді використовуються терміни загальноміська мережа (Общегородская сеть або Metropolitan Area Network, MAN) і міська мережа (Городская сеть або Citywide Area Network, CAN), хоча ці мережі часто включають у категорію WAN.

У локальній мережі спеціальні адаптери комп'ютерів або принтерів з'єднуються між собою мережними кабелями. Однак фізичний зв'язок кабелем ще не означає з'єднання комп'ютерів.

Можна запропонувати функціональне визначення локальної мережі (на відміну від приведеного вище технічного опису). У цьому випадку локальною мережею вважають систему з'єднання комп'ютерів і принтерів для спільного використання інформації, прикладних програм, принтерів, сканерів, факсів-модемів, пристроїв читання CD-ROM і/або спільного застосування загальних програм (наприклад, клієнта електронної пошти). Таким чином, до локальних мереж відносяться системи спільного використання інформації, і саме це відрізняє їх від середовища «один комп'ютер — один користувач».

Локальна мережа дозволяє:

  • · Керувати файлами
  • · Спільно використовувати файли
  • · Пересилати їх в інше місце мережі
  • · Спільно використовувати прикладні програми
  • · Спільно використовувати периферійні пристрої
    • Принтери
    • Пристрої читання CD-ROM дисків
    • Сканери
    • Факси-модеми
    • Стрічкові пристрої
  • Взаємодіяти з іншими користувачами мережі
    • Планувати ділові зустрічі
    • Одержувати і відправляти електронну пошту
    • Брати участь в електронних конференціях
    • Брати участь у мережних комп'ютерних іграх

Управління файлами: спільне використання і пересилання

Основним призначенням локальної мережі є надання загального місця збереження для файлів, доступ до яких дозволений декільком користувачам. Загальні файли дозволяють мати одну поточну версію файлу, тому кожен користувач завжди працює із самою свіжою інформацією. Якщо немає потреби в спільному використанні файлу, то в локальній мережі його можна перемістити на комп'ютер іншого користувача звичайною файловою операцією або за допомогою e-mail.

Створення в мережі загального файлу не означає дозвіл доступу до нього кожному з користувачів. У багатьох ОС для доступу до файлу потрібно задати пароль, після чого відкрити файл зможуть тільки ті користувачі, які знають цей пароль. Крім того, доступ до файлу можна обмежити на основі прав (наприклад, права повного доступу або права читання і запису) як до файлів, так і до каталогів або жорстких дисків. Обмеження доступу дозволяє запобігти небажаним звертанням до файлу.

Спільне використання, пересилання і захист інформації на мережних комп'ютерах називається загальним терміном «управління файлами». Дозволено спільне використання всього диска або окремих каталогів, а не тільки файлів.

Спільне використання прикладних програм
Багато які, хоча і не всі, програмні пакети прекрасно працюють у мережі після установки на файловому сервері, дозволяючи користувачам робочих станцій запускати ці пакети через мережу. Існує кілька переваг централізованого розміщення програм (наприклад, на файловому сервері):

  • · Збереження дискового простору на локальних комп'ютерах. Велика частина прикладних програм зберігається на сервері, а не на комп'ютерах користувачів.
  • · Одночасно застосовувати додаток можуть декілька користувачів (що необхідно при роботі з базами даних).
  • · Спрощується модернізація прикладних програм, оскільки досить обновити тільки серверну копію. Це твердження справедливе не для всіх програмних пакетів. Деякі програми, наприклад система Windows, мають кілька файлів, що повинні знаходитися на клієнтських комп'ютерах, хоча велика частина файлів програми розташовується на сервері. Звичайно файли на комп'ютерах користувачів зберігають конфігураційні параметри, специфічні для кожного ПК.

Увага

ОБЕРЕЖНО. Помістивши додаток на файловий сервер для доступу декількох користувачів необхідно придбати додаткові ліцензії. Для кожного користувача варто мати окрему ліцензію, навіть якщо він завантажує із сервера копію прикладної програми, інакше створюються умови для комп'ютерного піратства — порушення правил ліцензування програмного продукту. Комп'ютерне піратство карається законом.

Мережні прикладні програми, наприклад програми електронної пошти, звичайно ліцензуються по кількості користувачів. Під час доступу до програми файлового сервера на клієнтські комп'ютери переміщається повноцінна копія програми. Користувач працює з копією програми, що передана в пам'ять його комп'ютера. Коли користувач активізує визначений модуль програми (наприклад, систему перевірки орфографії в текстовому процесорі), то цей модуль переміщується в пам'ять комп'ютера користувача з жорсткого диска сервера. Ліцензія необхідна для кожної копії програми, навіть для копії, що знаходиться тільки в пам'яті комп'ютера.

Перевищення числа користувачів прикладної програми над кількістю ліцензій розглядається як комп'ютерне піратство.

Спільне використання периферії

Поняття «периферійний пристрій» стало сьогодні невизначеним, але звичайно означає щось зовнішнє по відношенню до процесора й оперативної пам'яті.

Увага

Терміни «периферійний пристрій» і «периферія» є синонімами й означають «пристрій, підключений до комп'ютерної системи». Периферією є принтери, сканери, пристрої читання CD-ROM, факси-модеми або джойстики. Не є периферією процесор і оперативна пам'ять комп'ютера.

Локальна мережа дозволяє спільно використовувати дорогі пристрої, забезпечуючи одночасну роботу з ними декількох користувачів.

Загальні мережні пристрої заощаджують час і гроші. Уже не потрібно купувати принтер для кожного з мережних комп'ютерів. Один-два пристрої прекрасно працюють спільно, але якщо користувачам доволиться довго чекати звільнення периферійних пристроїв, то варто подумати про придбання додаткового устаткування (наприклад, ще одного принтера), оскільки робочий час співробітників теж коштує грошей.

Як і у випадку спільного використання файлів, мережний адміністратор може обмежити доступ до пристроїв у мережі на основі авторизації. Наприклад, краще заборонити користувачам друк чернеток і резюме на кольоровому принтері, вартістю $8000.

Електронна пошта

Електронна пошта (Электронная почта або e-mail) стала популярним засобом спілкування в локальних мережах. Вона дозволяє:

  • Послати повідомлення (як окремому користувачеві, так і всім членам списку розсилання).
  • Перевірити одержання відправленого документа. Xthtp e-mail можна довідатися точні дату і час одержання, тому абонент уже не скаже, що він не знав про відправлений документ. Чи згадає він зміст документа — це вже інше питання.
  • У повідомлення можна вкласти файли — текст, графіку або таблицю.

Електронна пошта працює як звичайна поштова служба, але набагато швидше, надійніше і без поштових марок. Потрібно тільки написати повідомлення, вказати адресу одержувача і відправити повідомлення через мережу. Про нове повідомлення одержувача повідомить поштова система, що, крім усього, реєструє час доставки повідомлення на комп'ютер одержувача.

Велика частина поштових систем забезпечує гнучкість у роботі. Можна відправити конфіденційне послання одному користувачеві або направити його по декількох адресах. Дозволене запитувати підтвердження прийому листа. У цьому випадку відправникові вкажуть дату і час, коли повідомлення було прочитано одержувачем.

Ще одна перевага e-mail заключається у вкладенні файлів, подібно приколюванню додаткових аркушів до наказу по організації. Вкладені файли можна витягти з повідомлення, а потім відкрити у відповідній прикладній програмі.

Цей процес схожий на спільне використання файлів, але вкладення файлу в повідомлення має додаткові переваги:

  • Вкладений файл можна спорядити коментарем про вміст або важливість цього файлу.
  • У тексті повідомлення можна привести характеристики вкладеного файлу (наприклад, необхідний для його відкриття додаток).
  • Файл не потрібно закривати паролем або обмежувати до нього доступ іншим способом, оскільки вкладений у повідомлення файл недоступний всім іншим користувачам мережі, за винятком одержувача.

Мережні ігри

Можливо, мережні ігри варто віднести не до переваг, а до недоліків локальної мережі. Багато мережних пакетів мають вбудований набір ігрових програм, а багато тисяч ігрових програм можна завантажити з Інтернету.

Гра через мережу дозволяє скоротати час, а ще сприяє швидкому навчанню користувачів роботі в мережі. Однак після трьох років експлуатації мережі навряд чи справедливе твердження, що гра допомагає освоювати мишу.

Базові вимоги для роботи в мережі: устаткування, програмне забезпечення і з'єднання. У XXI столітті організація не може обходитися без комп'ютерної мережі. З чого ж складається мережа?

Мережний адаптер

Мережний адаптер — це комп'ютерна плата, що забезпечує підключення робочої станції до файлового сервера або іншої робочої станцій. Потрібно уважно поставитися до параметрів мережного адаптера:

  • Базовій адресі введення/виведення
  • Каналу прямого доступу до пам'яті (DMA)
  • Вектору переривання (IRQ.)

Спосіб підключення залежить від використаної в мережі топології, звичайно однорангової або клієнт/серверної. Крім того, важливий стандарт фізичного з'єднання з мережею, тобто підключення до коаксіального кабелю, 10/100Base-T або волоконно-оптичному кабелі.

Кабельна система

Вузли в мережі з'єднуються мідними або волоконно-оптичними кабелями. Вибір кабельної системи багато в чому визначає її характеристики: фізичну і логічну топологію, вартість, швидкість обміну і типи з'єднувачів.

Топології

Якщо намалювати креслення розміщення робочих станцій у приміщенні і з'єднуючі їхні кабелі, то ми одержимо фізичну топологію мережі. Будь-яка мережа з погляду фізичної топології попадає в одну з категорій: шина, зірка і кільце.

Терміни Ethernet і Token Ring визначають одну з логічних топологій мережі. Звичайно логічна топологія припускає використання визначеної фізичної топології, однак на одній фізичній топології можуть будуватися мережі з різними логічними топологіями. Тип мережного адаптера й інших компонентів мережі (а, отже, і вартість мережі) залежать з обраної логічної і фізичної топології.

Сервери

Спочатку використовувалися в основному однорангові мережі, але зараз більше поширення одержали мережі клієнт/сервер. Поділ мережних компонентів на серверну і клієнтську частини багато в чому визначає швидкість роботи, вибір мережної ОС і склад робочих станцій.

Мережна операційна система

Мережна ОС разом з обраною топологією зв'язана з призначенням мережі. Деяким організаціям більше підійдуть клієнт/серверні мережі (наприклад, Windows NT Server 4, Windows 2000, Windows .NET Server або NetWare), а іншим краще використовувати однорангові мережі, для яких досить тільки засобів, убудованих у Windows ХР Professional.

Мережні прикладні програми

Вибравши тип мережі і мережну ОС, потрібно виділити клас задач для реалізації в мережі. Усі прикладні програми можна розділити на чотири категорії: тільки мережне використання, можливість використання в мережі, неможливість запуску в мережі і локальні прикладні програми.

Мережні прикладні програми (LAN-dependent) охоплюють усю мережу (підтримують групову роботу — groupware). Приклади мережних прикладних програм:

Lotus Notes Пакет, що поєднує засоби загального планувальника, поштового клієнта і текстового процесора. Цей могутній пакет призначений для великих компаній. Не тільки Lotus Notes, але і схожі з ним системи вимагають для своєї роботи локальну мережу.
Будь-яка система електронної пошти. Дозволяє відправляти й одержувати поштові повідомлення всім користувачам мережі. Повідомлення пересилаються в межах локальної мережі або через Інтернет. Досить корисна для взаємодії користувачів у мережі (можна відправляти і повідомлення самому собі).

Придатні для використання в мережі (LAN-aware). Прикладні програми цієї категорії можуть працювати і без мережі, але одержують у мережі нові можливості. Наприклад, For Comment компанії IBM може взаємодіяти через мережу з іншими ПК, або із сервером Lotus Notes (якщо звичайно мережа існує).

Локальні прикладні програми (LAN-unaware). Такі прикладні програми, а до них відноситься велика частина текстових процесорів, електронних таблиць і ігор, розглядають мережа, як ще один, додатковий жорсткий диск. По суті справи, додаткові байдуже, де виконуватися — у мережі або на локальному комп'ютері.

Непридатні для використання в мережі (LAN-hostile). Прикладом може служити додаток, що самостійно звертається до жорсткого диска. Робота такої прикладної програми в мережі може бути небезпечною. Додаток прекрасно працює з локальними дисками (пристроями, підключеними безпосередньо до ПК), однак під час звертання до мережного диска програма або завершується (це добре), або руйнує дані на віддаленому диску (а це вже погано). Не слід використовувати в мережі подібні прикладні програми.

Безпровідні мережі

Ми вже згадували, що для роботи мережі необхідні кабельні з'єднання, однак існують мережі, яким не потрібні кабелі. Кілька років назад компанії, що виробляють комунікаційне устаткування створили технологію для зв'язку комп'ютерів без з'єднувачів і кабелів. Великий вплив на розвиток безпровідних мереж зробило прийняття стандарту IEEE 802.lib. Він визначив метод доступу до безпроводного носія і фізичні характеристики для радіоканалів зі швидкістю передачі 5,5 і 1 Мбіт/с. 

Безпроводне з'єднання вимагає спеціального мережного адаптера з антеною, що забезпечує прийом і відправлення радіосигналів. Відстань між комп'ютерами може складати до декількох сотень метрів, хоча прийомові сигналів будуть заважати бетонні і сталеві конструкції будинків.

Інший тип безпровідних підключень — інфрачервоний зв'язок. Високочастотні світлові сигнали здатні передавати дані в зоні прямої видимості на відстань до 25 м, причому інфрачервоний сигнал може проникати крізь цегельні стіни.

У залежності від конкретної ситуації безпровідні мережі надають більш ефективне і зручне рішення, чим звичайні локальні мережі. Велика частина вартості мережі приходиться на кабелі і їхню прокладку в будинку, тому цілком або частково безпровідні мережі дозволяють скоротити витрати на впровадження. Безпровідні мережі зручні, коли необхідно вільно переміщатися по всьому будинку з переносним ПК, не втрачаючи підключення до мережі. Така можливість повинна сподобатися співробітникам універмагів і супермаркетів.

Беспровідним мережам властиві деякі недоліки. Так, адаптери для цих мереж коштують дорожче звичайних мережних адаптерів, але іноді беспровідні мережі виявляються вигідніше прокладки звичайної кабельної мережі в будинку. Помітимо, що, незважаючи на обмежений радіус дії, інфрачервоні канали зв'язки здатні забезпечити високу швидкість обміну (порядку десятків мегабіт у секунду).

Мережний адаптер

Незалежно від типу мережі адаптери мають однакові параметри, які варто точно настроїти для виключення апаратних конфліктів. До таких параметрів відносяться базова адреса введення/виведення, IRQ і DMA.

Увага

У Windows XP Professional реалізований режим Plug and Play. Цей режим підтримують багато сучасних мережних адаптерів, тому ОС здатна самостійно визначити значення параметрів настроювання. Звичайно не доводиться настроювати параметри вручну, але ми все-таки обговоримо цей процес, з яким повинний бути знайомий будь-який фахівець з мереж.

Вектор переривання

Вектор переривання (IRQ) записаний в одній з мікросхем пам'яті мережного адаптера. IRQ і дозволяє адаптерові, що одержав пакет з мережі, переправити його на робочу станцію. Процесор комп'ютера не має доступу до пам'яті адаптера і не може витягти з неї отримані дані. Тому необхідно мати спосіб повідомлення процесора про одержання адаптером інформації. Процесор своїми засобами витягає й обробляє дані, що надійшли з мережі. У процесі буде брати участь спеціальна мікросхема (процесор) мережного адаптера.

Увага
Терміни «мережний адаптер», «карта мережного інтерфейсу» або «інтерфейсна карта» — синоніми.
Якщо відкрити корпус комп'ютера, то на системній платі добре видні металеві провідники, що зв'язують із процесором плати зі слотів розширення. 16 таких провідників називаються лініями вектора переривання. Мережний адаптер буде використовувати тільки одну з цих ліній.

Увага

У комп'ютерній техніці прийнято рахувати від нуля, тому вектори переривання IRQ нумеруються від 0 до 15.

Будь-який пристрій повинний користуватися унікальним вектором переривання, інакше процесор не буде знати, який з пристроїв виставив запит на даній лінії.

Увага

Windows 9x не дозволяє застосування загальні вектори переривання. Звичайно спільне використання векторів веде до краху системи. Але в Windows XP Professional підтримується перетворення апаратних векторів IRQ у програмні. Коли виставлений запит по визначеному IRQ, процесор опитує всі пристрої, що спільно використовують цей номер, щоб виявити реальне джерело переривання. Потім процес запускає потрібний оброблювач переривання (обработчик прерывания або interrupt handler).

Як з'ясувати уже використані і вектори переривання, що залишилися вільними? У Windows 9x це робіться так:

  1. Натисніть на Робочому столі значок Мій комп'ютер (Мой компьютер або My Computer) і виберіть у контекстному меню Властивості (Свойства або Properties) для відкриття діалогового вікна властивостей системи.
  2. Натисніть вкладку Диспетчер пристроїв (Диспетчер устройств або Device Manager), потім у верхній частині списку двічі натисніть Комп'ютер (Компьютер або Computer) для відкриття вкладки Ресурси (Ресурсы або View Resources) діалогового вікна Властивості: Комп'ютер (Свойства: Компьютер або Computer Properties)

У Windows XP Professional потрібно використовувати інші операції:

  1. Виконайте Пуск (Пуск або Start) Програми (Программы або All Programs) Стандартні (Стандартные або Accessories) Службові (Служебные або System Tools) Відомості про систему (Сведения о системе або System Information).
  2. На панелі Відомості про систему (Сведения о системе або System Summary) натисніть символ «плюс» поруч з пунктом Ресурси апаратури (Ресурсы аппаратуры або Hardware Resources), потім натисніть Переривання (Прерывания або IRQ) для висновку на правій панелі відомостей про використані векторні перериваня

Базова адреса пам'яті

Місце в пам'яті, що займають регістри адаптера, ідентифікується через базову адресу введення/виведення. Саме по цій адресі процесор буде витягати отримані з мережі дані. Вектор IRQ сигналізує процесорові про надходження нової порції даних, а процесор звертається за однією з адрес пам'яті адаптера і витягає інформацію. Відправлення даних у мережу виконується в зворотному порядку.
Не знаючи базової адреси введення/виведення, процесор не зможе взаємодіяти з мережним адаптером.

Прямий доступ до пам'яті

Адаптерові дозволено самостійно переписати інформацію, що надійшла з мережі, у пам'ять комп'ютера. Для цього використовується один з каналів прямого доступу до пам'яті (DMA).

Системна плата має дві мікросхеми DMA, по чотири канали прямого доступу в кожній. Канали нумеруються від нуля, тому ми маємо канали від DMA0 до DMA7. Кожний пристрій зобов'язаний використовувати унікальний канал прямого доступу до пам'яті.

Кабельні системи

Кабелі складають каркас мережі. Усі дані пересилаються через мережні кабелі у формі електромагнітних сигналів (по коаксіальних кабелях або скручених парах) або у виді імпульсів світла (волоконно-оптичні кабелі). Для стійкої роботи необхідно захистити сигнали від електромагнітних перешкод. Перешкоди звичайно не можуть спотворити дані, але здатні істотно сповільнити їхнє пересилання.
Таким чином, однією з основних проблем кабельних мереж є захист від перешкод. Джерелами електромагнітних перешкод можуть бути:

  • Лампи денного світла
  • Могутні електродвигуни
  • Місцеві радіостанції
  • Інші мережні кабелі

Захист від перешкод реалізують екрануванням сигналів (у коаксіальних кабелях і скручених парах) або пересиланням сигналів, не чуттєвих до електромагнітних перешкод (волоконно-оптичні кабелі).
Проектування кабельної мережі — важлива, але часто недопрацьована складова загального плану побудови мережі. У залежності від технічних вимог і бюджету вибирається один з видів кабельної мережі. Найбільш дешеві мережі будуються на скручених парах, а найдорожчим варіантом стануть волоконно-оптині мережі, для яких характерні високі рівень захисту і швидкість обміну даних.
Розглянемо додаткові характеристики мережі. Вибір кабельної системи припускає визначену топологію. Приведемо кілька рекомендацій, що повинні допомогти у виборі оптимального варіанта.

Хоча вам навряд чи прийдеться прокладати кабельні мережі (для цього є спеціалізовані компанії), вибір типу мережі все рівно залишається за кінцевим користувачем системи.

Усі варіанти кабелів локальних мереж розрізняються по наступних параметрах:

  • Вартість
  • Складність установки й обслуговування
  • Надійність
  • Швидкість
  • Відстань

Вартість
Різні типи кабелів мають різну вартість. Витрати на кабель можуть складати половину загальних витрат на впровадження мережі. При виборі типу кабелю потрібно враховувати не тільки сьогоднішні, але і завтрашні потреби. Зрозуміло, вартість кабельної мережі містить у собі не тільки вартість кабелю, але і витрати на його прокладку і підключення. Наприклад, скручені пари дуже дешеві, але в топології «зірка» доведеться придбати спеціальні мережні пристрої — концентратори (концентраторы або hub).

Складність установки й обслуговування

Складність установки й обслуговування прямо впливає на загальну вартість створення мережі. Чим складніші роботи при прокладці й обслуговуванні мережі, тим вище стане загальна вартість проекту. У будь-якому випадку необхідно врахувати витрати на залучення сторонніх фахівців.

Надійність

Чим надійніше мережа, тим довше вона прослужить. Фактично висока надійність знижує вартість обслуговування в майбутньому. Можна сьогодні заощадити на надійності, але завтра це призведе до великих витрат, зв'язаних із запобіганням краху і підтримкою продуктивності. У деяких організаціях вартість часу простою мережі під час поломки може виявитися в багато разів вище витрат на підвищення надійності.

Швидкість

Швидкість обміну даними в мережі виміряється мільйонами бітів у секунду. Швидкість важлива з погляду перспективи розвитку мережі. Якщо стара кабельна система не зможе забезпечити необхідної швидкості, доведеться замінити всю мережу, а це дороге задоволення, тому краще відразу планувати збільшення швидкості обміну в майбутньому.

Відстань

Відстань впливає на припустиму довжину кабелю з погляду наступних параметрів:

  • Потужність сигналу і його якість (загасання)
  • Можливість колізії пакетів
  • Вплив електромагнітних перешкод

Загасання

По кабелю не можна пересилати сигнал на будь-яку відстань, оскільки не можна забезпечити підтримку належної якості і потужності сигналу на будь-якій відстані від джерела. Максимальна довжина кабелю залежить від товщини провідника і матеріалу, з якого він виготовлений, а також від типу ізоляційної оболонки. Скручена пара являє собою два скручених провідники, що містяться в ізоляційній оболонці. Для цього типу кабелю досить важливою характеристикою є загасання, що визначає зниження якості сигналу в залежності від відстані. Вирішити проблему загасання можна за допомогою спеціальних пристроїв — повторювачів (повторителей або repeater).
Повторювачі підсилюють прийнятий сигнал, за рахунок чого збільшується відстань передачі. Вони дозволяють подовжити мережний кабель понад звичайну для нього максимальної довжини. Повторювачі не є мережними пристроями, це, скоріше, спосіб подовження вже існуючих мережних з'єднань. Повторювачі служать стандартним рішенням проблеми загасання сигналу.

Можливість колізії пакетів

У довгих кабелях, що з'єднують декілька ПК, виникають проблеми синхронізації пересилання пакетів. У мережах Ethernet будь-який вузол самостійно відправляє пакет даних. Якщо пакети одночасно відправлять два вузли, то відбудеться колізія (конфлікт) — взаємне перекручування пакетів. У цьому випадку кожен вузол через випадковий інтервал часу повторює спробу відправити пакет. Вузол зобов'язаний «прослухувати» стан мережі і відправляти пакет тільки тоді, коли мережа вільна.

Вплив електромагнітних перешкод

На мережний кабель, як і на довгу антену, впливають електромагнітні перешкоди. Чим довший кабель, тим більше перешкод він збере (точно так само збільшення довжини антени підсилює сигнал від радіостанції). Чим гірше захищений кабель від перешкод, тим більше імовірність перекручування корисного сигналу в ньому.

Типи кабелів

Рішення проблем із захистом від перешкод заключається в розміщенні провідника в іншому провіднику, що служить екраном і збирає усі зовнішні перешкоди. За цим принципом працюють скручені пари і коаксіальні кабелі.

Скручені пари

Кабель на скручених парах складається з декількох пар провідників, скручених між собою по всій довжині. Кожний із провідників пари служить екраном для іншого провідника, охороняючи його від електромагнітних перешкод. Скручені пари випускаються двох видів:
екрановані скручені пари (экранированные витые пары або shielded twisted-pair, STP) і неекрановані скручені пари (неэкранированные витые пары або unshielded twisted-pair, UTP). У першому випадку усі пари кабелю екрануються спеціальною оболонкою, що забезпечує додатковий захист від перешкод. Кабелі STP коштують набагато дорожче кабелів UTP, але менше піддаються впливу перешкод. Кабелі STP використовуються в тих місцях, де не дуже добре працюють кабелі UTP.

Стандарт на кабелі розроблений Асоціацією електронної індустрії (Ассоциацией электронной индустрии або Electronics Industry Association, EIA), Асоціацією телекомунікаційної індустрії (Ассоциацией телекоммуникационной индустрии або Telecommunications Industry Association, TIA) і Національною асоціацією виробників електротехнічної продукції (Национальной ассоциацией производителей электротехнической продукции або National Electrical Manufacturers Association, NEMA).

Стандарт передбачає розподіл усіх кабелів на п'ять категорій, причому сертифікація по стандарті EIA/TIA-586 повинна проводитися страховою лабораторією (Страховой Лабораторией або Underwriters Laboratories, UL). Чим вище номер категорії, тим менше загасання в кабелі і, отже, тим менше кабель піддається впливові шумів.

Категорія 1. Старі телефонні кабелі UTP, що прокладалися телефонними компаніями до 1983 року. Непридатні для високошвидкісного пересилання даних, оскільки єдиною вимогою до цієї категорії є скрутка пар між собою.

Категорія 2. Кабелі UTP, сертифіковані для пересилання даних зі швидкістю до 4 Мбіт/с. Відповідають типові 3 специфікації IBM: чотири неекранованих провідники одножильного кабелю (на противагу багатожильному), що складають дві скручені пари для передачі даних або аналогових сигналів звукового діапазону.

Увага

Три наступні категорії мають чітко визначені характеристики, причому всі категорії повинні мати не менш трьох скруток на фут (1 фут = 30,48 см) і ніякі дві пари кабелю не повинні бути скручені з однаковим кроком (що дозволяє ще більше знизити перехресні наведення в кабелі).

Категорія 3.Кабелі UTP, що володіють найменшою пропускною здатністю, що дозволено використовувати в локальних мережах. Максимальна швидкість пересилання до 10 Мбіт/с і поліпшена конструкція кабелю в порівнянні з категоріями 1 і 2.

Категорія 4. Призначена для мереж Token Ring і швидкості обміну 16 Мбіт/с. Не набагато краще кабелів категорії 3 з погляду прокладки нових мереж.

Категорія 5. 100-омні чотирьох-провідні кабелі з скрученими парами для Ethernet або ATM (Asynchronous Transfer Mode, режим асинхронної передачі). Максимально можлива швидкість обміну дорівнює 100 Мбіт/с. У правильно прокладеній кабельній мережі категорії 5 будуть мінімальні перехресні наведення.

Категорія 5е. Розроблена для збільшення продуктивності мереж категорії 5. Характеризуються поліпшеними параметрами наведень NEXT і загасанням, що дозволяє забезпечити роботу мережі 1 Гб Ethernet при використанні всіх чотирьох пар. На сьогодні категорія 5е порівняна з ціною кабелів категорії 5, тому мережі категорії 5е вважаються мінімально необхідними при прокладці нових кабельних систем.

Категорія 6. Розроблена для поліпшення смуги пропускання мереж категорії 5 і забезпечує швидкість обміну 250 Мбіт/с.

Категорія 7. Новий стандарт для кабельних систем. По специфікації ISO кабель категорії 7 повинний забезпечувати швидкість обміну 600 Мбіт/с. Деякі компанії увели власні специфікації, що перевершують вимоги ISO, тому до категорії 7 відносять кабелі, що забезпечують швидкість обміну 1 Гбіт/с і вище.

Перехресні наведення

Перехресні наведення виникають при передачі електричних сигналів у близько розташованих провідниках. Любий провідник кабелю подібний антені, тому сигнал, що пересилається по провіднику, породжує електромагнітне випромінювання. Коли частота випромінювання невелика, то в сусідньому кабелі наводиться сигнал-перешкода. Аналогічна ситуація виникає при прослуховуванні радіопрограм в автомобілі, що рухається: одна радіостанція поступово губіться, але на її місці виникає інша.

Чим більше перекручені провідники скрученої пари, тим менше стає перехресне наведення. Крім того, перехресне наведення знижується, коли пари одного кабелю скручені з різним коефіцієнтом (наприклад, одна пара—3 скрутки на дюйм, а інша пара—3,125 скрутки на дюйм).

У минулому вважалося, що неекрановані кабелі UTP не підходять для мереж, однак в останні роки істотно поліпшена конструкція кабелів на скручених парах і, вони навіть стали гідною заміною волоконно-оптичним кабелям. У кабелях категорії 3 було не менш трьох скруток на фут, але в сучасних кабелях на скручених парах для високошвидкісного обміну даними використовуються 8-15 скруток на дюйм, а також спеціальний пластик, що дозволяє поліпшити технічні характеристики.

Увага

Для коаксіальних кабелів існують два рівноцінних англійських терміни: coax і coaxial (див. нижче)

Однак за деякими показниками скручених парам поки не вдається перевершити коаксіальні кабелі. Кабелі TP і STP забезпечують без загасання передачу сигналу тільки на відстань 300 футів (900 м) навіть для категорії 5, а товстий коаксіальний кабель (толстый коаксиальный кабель або thick coax, 10Base-5) здатний передати сигнал на відстань 1640 футів (приблизно 500 м). Однак коли немає потреби у високій швидкості передачі (наприклад, не потрібно пересилати відео, аудіо або великі графічні файли) і немає могутніх джерел електромагнітних наведень (телефонні або силові лінії), то цілком підійде неекранований кабель UTP. Кабелі на скручених парах набагато дешевше коаксіальних і волоконно-оптичних кабелів, причому не потрібно складного устаткування для їхньої прокладки і підключення. Скручені пари добре працюють, якщо не вимагати від них неможливого.

Порада

Якщо для прокладки мережі 100 Мбіт/с використовуються кабелі на скручених парах категорії 5, то вимоги цієї категорії повинні дотримуватися на всьому протязі лінії зв'язку. Простіше говорячи, категорії 5 повинні відповідати не тільки кабелі, але і з'єднувачі (роз'єднувачі).

Коаксіальні кабелі

Звичайно коаксіальні кабелі мають з'єднувач типу BNC (Bayonet-Naur Connector—штырьковый муфельне рознімання). Сам кабель являє собою мідний провідник, укладений в алюмінієвий або мідний екран, що охороняє основний провідник від перешкод. Коаксіальний кабель забезпечує смугу пропускання і рівень захисту від перешкод вище, ніж у скрученій парі, хоча і не досягає параметрів волоконно-оптичного кабелю.

Коаксіальний кабель складається з чотирьох конструктивних елементів:

  • Центральна жила - Внутрішній провідник
  • Діелектрик - Ізоляція від металевого екрана
  • Екран - Металева фольга або оплітка навколо діелектрика
  • Оболонка - Захисна оболонка від зовнішніх механічних ушкоджень

Запобігання від перешкод реалізовано так само, як у скрученій парі, — навколо провідника знаходиться додатковий провідник (у даному випадку екран), що охороняє від електромагнітного випромінювання. У скрученій парі кожний із провідників захищає один одного, а в коаксіальному кабелі для захисту використаний спеціальний провідник, що, до речі, не дозволяє випромінювати перешкоди внутрішній жилі. Коаксіальний кабель забезпечує гарний захист від зовнішніх перешкод, причому екран є обов'язковим конструктивним елементом будь-якого коаксіального кабелю. Зниження рівня перешкод дозволяє передавати сигнали далі, ніж по скрученій парі.

У локальних мережах використовуються коаксіальні кабелі чотирьох типів:

  1. Ethernet. Часто використовують для магістральних з'єднань на далеку відстань. Іноді цей тип кабелю називають 10Base-5 (по найменуванню стандарту Інституту інженерів по електроніці й електротехніці — IEEE) або «товстим» Ethernet (Thicknet). Останнім часом кабелі цього типу заміняються волоконно-оптичними (особливо при прокладці нових кабельних мереж), що не піддані електромагнітним наведенням і забезпечують велику дальність передачі сигналу.
  2. RG-58A/U. Використовується в коаксіальних мережах Ethernet. Іноді називається 10Base-2 або «тонким» Ethernet (Thinnet).
  3. RG-59/U. Застосовується в мережах кабельного телебачення й у застарілих комп'ютерних мережах ARCnet.
  4. RG-62/U. Використовується в мережах ARCnet і лініях зв'язку з терміналами IBM.

Кабель Ethernet має діаметр 0,4 дюйми (1 дюйм = 2,54 см), а інші кабелі (RG-58A/U, RG-59/U і RG-62/U) - 0,18; 0,25 і 0.25 дюймів відповідно. Хоча останні три типи кабелів мають приблизно однаковий діаметр, вони не є взаємозамінними.

У сучасних локальних мережах застосовуються тільки два типи кабелів -10Base-5 і 10Base-2. У назвах закладені технічні характеристики мережі: швидкість передачі даних, смуга пропускання і максимальна довжина сегмента.

Наприклад, 10Base-5 указує на швидкість обміну 10 Мбіт/с і довжину 500 м (5 у назві специфікації).

Смуга пропускання

Смугу пропускання (полосу пропускания або bandwidth) дуже важко описати в декількох словах, тому проведемо аналогію зі звичайною життєвою ситуацією.

Уявіть собі чотири-смугову автостраду. Автомобіль (пакет даних у мережі) може рухатися по кожній зі смуг, тому можна вважати, що автострада має смугу пропускання 4. Коли автострада вільна, можна розвити велику швидкість і швидко добратися до потрібного місця. Однак коли автострада перевантажена, то сповільнюється швидкість руху всіх автомобілів по всіх смугах. Точно так само, чим більше вузлів посилають дані в мережу, тим менше стає мережний трафік по кабелю.

Рішення проблеми зі смугою пропускання може бути наступним:

  • Обмежити в наказовому порядку доступ користувачів до мережі (це невдале рішення);
  • Установити нові шляхи даних (розширити магістраль — збільшити смугу пропускання).

Смуга пропускання оцінюється двома параметрами. Перший — це моноканалъний режим (моноканалъный режим або baseband), тобто швидкість руху автомобілів по одній смузі, а другий — широкомовний режим (широковещательный режим або broadband), у цьому випадку автомобілі можуть рухатися по декількох смугах.

Таким чином, Base у назві 10Base-5 означає багатоканальний режим пересилання даних. Велика частина локальних мереж працює в одноканальному режимі, у той час як регіональні мережі — у широкосмуговому режимі.

Тепер розберемо по кісточках назву 10Base-2.

Мережа працює зі швидкістю 10 Мбіт/c у багатоканальному режимі, причому має довжину сегмента 200 м. Під час розробки стандарту в нього була закладена довжина в 200 м, але на практиці це значення було знижено до 185 м. Саму назву змінювати не стали, але в даному випадку 2 означає не 200, а 185 м.

Коаксіальні кабелі дорожче скручених пар, хоча в стандартах сучасних мереж закладене використання скручених пар, тому зниження вартості носить чисто теоретичний характер.

Волоконно-оптичні кабелі

Для вивчення кабелів цього типу доведеться розглянути ще два поняття: електрони і фотони. Розглянуті вище кабелі використовували електрони як носіїв інформації, але у волоконно-оптичних кабелях використовуються фотони.

Волоконно-оптичні кабелі не чуттєві до електромагнітних перешкод, тому що в них застосовується інший тип носіїв. По скручених парах і коаксіальних кабелях передають сигнали електричного струму, а по волоконно-оптичних — світлові сигнали. Ці сигнали пересилаються по пластиковому або скляному світловоду, ув'язненому в оптичну оболонку. Уся ця конструкція розташовується в звичайній захисній оболонці.

На одному кінці кабелю розташований світловипромінюючий діод, що посилає сигнали по світловоду (серцевині оптичного кабелю). Пристрої такого роду називаються кодеками (від кодування/декодування). На протилежному кінці кабелю за допомогою фотодіода сигнал перетвориться в електричну форму. Як і в електричних кабелях, можна установити проміжні повторювачі, що підсилюють оптичний сигнал для пересилання на ще більшу відстань.

У кабелі можуть розташовуватися декілька незалежних світловодів, що дозволяє пересилати дані в обох напрямках, причому створювати кілька шляхів для даних. Чим більше світловодів у кабелі, тим вище пропускна здатність. Волоконно-оптичні кабелі поставляються в різних варіантах, що відрізняються розмірами й умовами експлуатації

Деякі типи кабелів дозволяють пересилати дані в обох напрямках, однак для кожного зі шляхів повинний бути присутній власний світловід.

Типи волоконно-оптичних кабелів

Усі волоконно-оптичних кабелі поділяються на два типи: одномодові (одномодовые або single mode) і багатомодові (многомодовые або multimode).

  1. Одномодовий кабель має один канал пересилання даних. У мережах звичайно використовуються одномодові кабелі з дуже високою швидкістю пересилання даних (як у далекому телефонному зв'язку або FDDI).
  2. Багатомодовий кабель одночасно передає кілька сигналів по одному світловоду. Кабелі такого типу підрозділяються на східчасті (ступенчатые або step index) і градієнтні (градиентные або graded index).
  • Східчасті кабелі мають різко виражену границю коефіцієнтів переломлення між світловодом і оптичною оболонкою.
  • Градієнтні кабелі мають плавну границю коефіцієнтів переломлення.

Обидва типи багатомодових кабелів піддаються модовій дисперсії — розтягуванню світлового імпульсу після проходження кабелю. Ефект зв'язаний з тим, що різні промені проходять різні шляхи під час багаторазового відображення усередині кабелю. Отже, у багатомодових волокон частота сигналу менше, ніж в одномодових. Проста аналогія: запустимо під кутом у трубу тенісну кульку. Вона буде багаторазово відскакувати від стінок і швидко досягне протилежного кінця. Потім запустимо одночасно кілька кульок. Вони почнуть відскакувати не тільки від стінок, але і друг від друга, тому проскочать через трубу не так швидко.

Волоконно-оптичні кабелі мають швидкість передачі 155 Мбіт/с і прекрасно підходять для магістральних зв'язків у локальних мережах. Формувати всю мережу на волокні занадто дорого, це виправдано тільки для особливо навантажених сегментів.

Переваги і недоліки волоконно-оптичних кабелів

Волоконно-оптичні кабелі мають безліч переваг і тільки два недоліки. Почнемо з переваг:

  • Мають високу швидкість пересилання даних, прекрасно підходять для передачі аудіо і відео (тобто мультимедійних даних).
  • Мають імунітет до електромагнітних перешкод.
  • Забезпечують велику відстань пересилання інформації (до 3 км у локальних мережах і практично через усю країну в спеціальних системах з могутніми лазерними діодами).
  • Волокно можна застосовувати в небезпечних середовищах. Ці кабелі іскрозахищені і не піддаються корозії (оскільки не мають металевих частин).
  • Дуже важко «підслухати» інформацію, що пересилається по волоконно-оптичному кабелю, тобто він надає високий рівень захисту (хоча жоден кабель не дозволяє цілком виключити несанкціонований доступ).

Обидва недоліки волоконно-оптичних кабелів зв'язані з вартістю:

  • Сам кабель дорожче коаксіального кабелю і скручених пар
  • Висока вартість установки і прокладки

Вартість волоконно-оптичних кабелів знижується, але дотепер багато компаній воліють використовувати цей кабель для магістральних ліній зв'язку. Підключення до таких каналів кінцевих вузлів зазвичай виконано якісним кабелем UTP.

Типи з'єднувачів

Для підключення робочої станції до кабельної системи використовуються з'єднувачі (роз'єднувачі).

Тип роз'єднання відповідає обраному типові кабелю. Наприклад, для Ethernet на коаксіальному кабелі прийдеться використовувати Т-роз’єднання, що не підійдуть для скрученої пари або волоконно-оптичного кабелю. Для кожного типу кабелю застосовується власна модель з'єднувача.

З'єднувачі ВNС

Застосовуються в мережах Ethernet із шинною структурою:
Т- роз’єднання Служать для підключення мережного кабелю до робочої станції (Рис. 8.1).

 Рис. 8.1. Т– роз’єднання.

З'єднувачі BNC Застосовуються для підключення кабелю до Т– роз’єднання (Рис. 8.2.)
Термінатори cлужать заглушками кінців кабельних сегментів (рис. 8.3.)

Рис. 8.2. З'єднувач BNC.

Рис. 8.3. Термінатор.

Термінатори існують для 50–омних кабелів (стандартним є перший варіант). Термінатори з різним опором не можна заміняти один на іншій. Велика частина коаксіальних комп'ютерних мереж припускає застосування 50–омних термінаторів.

З'єднувач RJ–45

Велика частина неекранованих скручених пар використовується з'єднувач, схожий на звичайний телефонний роз'єднувач, але має більше контактів (див. Рис. 8.4).

Рис. 8.4. З'єднувач RJ–45

Такий з'єднувач називається RJ–45 (телефонний RJ–11). Один кінець кабелю підключається до мережного адаптера, а другий - до комунікаційній шафи і концентратору. У результаті формується підключення типу «зірка».

Волоконно–оптичні з'єднувачі

У скручених парах основні втрати сигналу характерні для самого носія, але у волоконній оптиці потужність сигналу губіться в з'єднувачах (розніманнях), тому для таких кабелів важливо вибрати надійне з'єднання. Для підключення волоконно-оптичних кабелів застосовуються з'єднувачі двох типів: фіксуємий гвинтом (фиксируемый винтом або screw-mounted adapter, SMA) і підпружинений повторний (подпружиненный повторный або spring-mounted adapter, ST). Більшого поширення одержали з'єднувачі ST (див. Рис. 8.5).

Рис. 8.5. З'єднувач ST.

Підключення до мережі. Варіанти мереж Ethernet

Мережі 10Base-T і 10Base-2 мають однакову швидкість обміну — близько 10 Мбіт/с, однак на продуктивність мережі впливають і інші фактори, серед яких тип кабельної мережі.

10Base-2
У кабельній мережі відбіта як логічна, так і фізична топологія. За допомогою коаксіального кабелю (RG-58A/U) робочі станції з'єднуються ланцюжком. Стандарт 10Base-2 має дві переваги:

  • Скорочується витрата кабелів у порівнянні з топологією «зірка» (10Base-T).
  • Не потрібно додаткових пристроїв (концентраторів). У результаті ми одержуємо дешеву і компактну кабельну систему, у якій усі мережні вузли безпосередньо зв'язані один з одним.

10 Base–T
Стандарт 10Base-T визначає логічні зв'язки виду "шина" і фізичні з'єднання виду "зірка". Це спеціальний тип мереж Ethernet, що працює на скручених парах, а не на коаксіальному кабелі. Стандарт 10Base-2 використовує традиційну версію Ethernet для шинної топології.
Назва 10Base-T розшифровується в такий спосіб: 10 означає 10 Мбіт/с, Base— визначає одноканальні пересилання, а Т— указує на використання скрученої пари. Без додаткових повторювачів скручена пара здатна передати сигнал на 300 футів (приблизно 91 м).
Теоретично стандарт 10Base-T дозволяє використовувати існуючу телефонну мережу, однак на практиці звичайно прокладається окрема кабельна система. Є багато фахівців із прокладки мереж на крученій парі, тому можна обійтися без залучення сторонніх організацій. Важлива перевага мереж 10Base-T — простота пошуку несправностей. Розрив або інше ушкодження одного з кабелів не торкається роботи іншої частини мережі.

100Base-T

Все більшу популярність одержує специфікація 100Base-T, що функціонально рівноцінна 10Base-T у кабельних мережах категорії 5. Відрізняється тільки швидкість обміну даними, що у 100Base-T складає 100 Мбіт/с (на порядок більше, ніж у 10Base-T). Для 100Base-T потрібна кабельна мережа і мережні пристрої (адаптери, концентратори і маршрутизатори), що цілком відповідають категорії 5.