Текст книги "Создание, обслуживание и администрирование сетей на 100%"

Автор книги: Александр Ватаманюк

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 18 страниц) [доступный отрывок для чтения: 7 страниц]

Глава 9
Стандарты IEEE 802.3

Разработкой стандартов и правил функционирования локальных сетей стандарта Ethernet с физической средой передачи данных в виде коаксиального, оптоволоконного кабеля и кабеля «витая пара» занимается комитет 802.3. За время своего существования на свет появилось достаточно много стандартов. Наиболее известными среди них являются стандарты 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 100Base-TX, 1000Base-X. Особенности некоторых из них мы рассмотрим в данной главе.

10Base-5, 10Base-2

Данные стандарты описывают принцип функционирования сети с применением сетевой топологии «шина» и коаксиального кабеля в качестве среды передачи данных. До их возникновения существовали и другие стандарты, однако именно с появлением стандарта 10Base-5 локальные сети стали набирать популярность.

Стандарт 10Base-5 был принят в начале 80-х годов прошлого века. Он описывал функционирование локальных сетей и устройств, которые для передачи данных использовали коаксиальный кабель, точнее, его толстый вариант, то есть кабель толщиной примерно 1 см. В связи с этим данный стандарт получил название толстый Ethernet.

Стандарт 10Base-5 предусматривает определенные правила подключения к локальной сети и ее функционирования. Наиболее важными среди них являются следующие:

□ в качестве среды передачи данных используется толстый коаксиальный кабель, длина которого не должна превышать 500 м для одного сегмента;

□ на обоих концах магистрали устанавливаются терминаторы – устройства, с помощью которых устраняется эффект отображенного (искаженного) сигнала;

□ для подключения компьютера к центральной магистрали используется трансивер, при этом количество трансиверов, а соответственно, и сетевых подключений в одном сегменте не должно превышать 100 станций;

□ максимальная протяженность центральной магистрали не должна превышать 2500 м с учетом использования максимум 5 сегментов. Для соединения сегментов применяются специальные устройства, усиливающие сигнал, – репитеры, количество которых не должно превышать 4;

□ минимальное расстояние между трансиверами не должно быть меньше 2,5 м;

□ длина кабеля от трансивера до сетевой карты станции не должна превышать 50 м.

При соблюдении всех этих правил скорость передачи данных в локальной сети должна составлять 10 Мбит/с.

Спустя несколько лет комитет 802.3 разработал еще один сетевой стандарт – 10Base-2, который также использовал коаксиальный кабель, но его тонкий вариант. Соответственно, он получил название тонкий Ethernet. Так как в качестве среды передачи данных использовался тонкий коаксиальный кабель, создание сети стало более легким, поскольку толщина кабеля позволяла выбрать оптимальный маршрут его прокладки. Кроме того, при этом для подключения компьютера перестали требоваться трансивер и репитер. Однако все эти преимущества привели к тому, что максимальная длина сегмента уменьшилась более чем в два раза и составила около 200 м.

Изменения также коснулись и других требований:

□ для передачи данных используется тонкий коаксиальный кабель, длина сегмента которого не должна превышать 185 м;

□ в сети может присутствовать максимум 5 сегментов, при этом общая протяженность центральной магистрали составляет 925 м;

□ минимальное расстояние между точками подключения – 0,5 м;

□ возможно использование не более 4 репитеров;

□ количество подключений в одном сегменте не может превышать 30.

Главным недостатком локальной сети с использованием коаксиального кабеля является то, что в случае его обрыва вся сеть перестает функционировать. При этом достаточно сложно определить участок обрыва, поскольку причиной может стать как обрыв самой центральной магистрали, так и микрообрыв в одном из соединительных коннекторов, с помощью которых подключаются рабочие станции. С другой стороны, большая протяженность сегмента является безусловным плюсом, поскольку это позволяет соединить между собой удаленные точки.

Тем не менее стандарты 10Base-5 и 10Base-2 не имеют перспектив, поскольку скорость передачи данных 10 Мбит/с на сегодня слишком мала для обеспечения потребностей сети. Особенно с учетом того, что скорость делится между всеми участниками сети, и чем больше будет их количество, тем меньше будет полезная скорость передачи данных.

10Base-T

Топология «шина» была первой из использовавшихся в локальных сетях топологий. Она применялась достаточно долго, почти целое десятилетие. Однако наступил момент, когда эта сетевая топология (по крайней мере с использованием коаксиального кабеля) перестала удовлетворять требованиям скорости передачи данных, и особенно – надежности сети. Уменьшение скорости передачи данных при значительном увеличении количества рабочих станций сводило на нет главное достоинство подобных сетей – малые затраты на их создание. Кроме того, сыграла свою роль низкая надежность сети в плане обеспечения ее физической целостности.

По этим причинам комитет 802.3 начал работу над созданием нового стандарта, использующего современные технологии. В результате в 1990 году появился 10Base-T. Он стал первым стандартом, использующим сетевую топологию «звезда» и новый физический носитель – неэкранированный кабель «витая пара» с двумя парами проводников. Пожалуй, именно это событие и стало важнейшим этапом в распространении локальных сетей.

Использование топологии «звезда» сделало локальные сети более гибкими и расширяемыми, а также повысило их безопасность и отказоустойчивость.

Стандарт 10Base-T подразумевает выполнение следующих требований:

□ для передачи данных используется кабель «витая пара» с двумя парами неэкранированных проводников. При этом одна пара проводников применяется для передачи данных, а вторая – для их приема;

□ длина кабеля «витая пара», используемого для подключения рабочей станции, не должна превышать 100 м;

□ для увеличения диаметра сети может применяться не более 4 репитеров, при этом расстояние между двумя самыми крайними рабочими станциями при использовании кабеля «витая пара» не должно превышать 500 м;

□ все рабочие станции подключаются к центральному управляющему устройству, в качестве которого могут применяться концентратор, коммутатор и т. д.;

□ максимальное количество подключений – 1024.

Использование данного стандарта позволяет достичь скорости передачи данных 10 Мбит/с. Главной особенностью локальных сетей с применением топологии «звезда» является то, что скорость передачи данных не зависит от количества подключенных участников.

При этом сеть стала еще более гибкой, поскольку ее максимальный радиус можно легко увеличить, используя, например, толстый коаксиальный кабель. Это позволяет создавать разные удаленные сегменты сети и объединять их в одну локальную сеть с общими ресурсами.

10Base-F

Для повышения эффективности работы локальных сетей в начале 90-х годов прошлого века комитет 802.3 разработал еще один сетевой стандарт – 10Base-F. Как и предыдущий стандарт, 10Base-F также подразумевает использование сетевой топологии «звезда». Однако он имеет одно очень значительное отличие от 10Base-T: в качестве среды передачи данных используется оптоволоконный кабель.

Несмотря на то что скорость передачи данных осталась прежней (10 Мбит/с), увеличилась максимальная протяженность сети. Кроме того, учитывая помехозащищенность такого кабеля, локальную сеть можно создать даже в условиях агрессивной физической среды.

Стандарт 10Base-F подразумевает выполнение следующих условий:

□ для передачи данных используется оптоволоконный кабель с различным сечением световода, то есть как одномодовый, так и многомодовый;

□ длина сегмента многомодового кабеля не должна превышать 1000 м, а одномодового – 5000 м;

□ для увеличения диаметра сети может использоваться не более 4 репитеров;

□ все рабочие станции подключаются к центральному управляющему устройству, в качестве которого могут использоваться концентратор, коммутатор и т. д.;

□ максимальное количество подключений – 1024.

Подобные впечатляющие показатели возможной длины сегментов доступны благодаря принципу передачи сигнала и малому уровню его затухания в оптическом волокне. Это свойство часто используют для того, чтобы увеличить максимальный радиус сети с другими топологиями и стандартами.

100Base-TX

Дальнейшее развитие сетевых стандартов происходило уже «по накатанной»: главный упор делался на улучшение качественных показателей. Современные требования по скорости передачи данных заставляли комитет по стандартизации функционирования локальных сетей создавать стандарты, которые бы удовлетворяли эти запросы. Одним из таких стандартов, получившим очень широкое распространение, стал 100Base-TX, принятый в 1995 году. Именно он является первым среди стандартов, получивших общее название Fast Ethernet.

Данный стандарт используется в сетях, построенных по топологии «звезда» и в качестве физической среды использующих кабель «витая пара» UTP не ниже пятой категории. Это позволяет оборудованию работать как в полудуплексном, так и в дуплексном режимах. При этом дуплексный режим обеспечивает максимально возможную для стандарта скорость передачи данных в 100 Мбит/с.

Стандарт 100Base-TX требует выполнения следующих условий:

□ для передачи данных используется кабель «витая пара» пятой категории;

□ длина кабеля «витая пара» для подключения рабочей станции не должна превышать 100 м;

□ для увеличения диаметра сети может применяться не более 2 репитеров, при этом максимальный радиус сети составляет 205 м;

□ длина кабеля между репитерами не должна превышать 5 м;

□ все рабочие станции подключаются к центральному управляющему устройству, в качестве которого могут использоваться концентратор, коммутатор и т. д.;

□ максимальное количество подключений – 1024.

Немало влияние на широкое распространение 100Base-TX произвела стандартизация материнских плат (ATX), которая сделала наличие сетевого адаптера на материнской плате обязательным.

100Base-T4

Этот стандарт относится к серии 100-мегабитных. Он также подразумевает использование топологии «звезда» и кабеля витая пара (UTP). Однако, в отличие от 100BaseTX, данный стандарт позволяет в качестве среды передачи данных использовать кабель ниже пятой категорий. Данный факт является наибольшим плюсом этого стандарта. Так, пользователи локальной сети стандарта 10Base-T, которая подразумевает применение кабеля «витая пара» третьей категории, могут перейти на сеть со скоростью передачи данных 100 Мбит/с, просто заменив используемое оборудование на поддерживающее стандарт 100Base-T4, а также изменив обжим кабеля.

Для применения стандарта 100Base-T4 должны выполняться следующие условия:

□ для передачи данных используется кабель «витая пара» 3, 4 и 5 категорий;

□ длина кабеля «витая пара», применяемого для подключения рабочей станции, не должна превышать 100 м;

□ для увеличения диаметра сети может использоваться не более 2 репитеров, при этом максимальный радиус сети составляет 205 м;

□ максимальное количество сегментов – не более 3;

□ длина кабеля между репитерами не должна превышать 5 м;

□ все рабочие станции подключаются к центральному управляющему устройству, в качестве которого могут применяться концентратор, коммутатор и т. д.;

□ максимальное количество подключений – 1024.

Главным минусом стандарта 100Base-T4 является работа в полудуплексном режиме, поэтому данный стандарт сегодня используется достаточно редко.

100Base-FX

Стандарт 100Base-FX, принятый в середине 90-х годов прошлого века, стал логическим продолжением стандартов серии 100Base. Он используется в сетях с топологией «звезда», при этом в качестве среды передачи данных применяется многомодовый оптоволоконный кабель. На то время, когда разница в стоимости между многомодовым и одномодовым кабелями была значительной, появление данного стандарта произвело настоящий фурор.

Благодаря свойствам оптоволоконного кабеля длина сегмента ограничена лишь уровнем затухания сигнала в кабеле и мощностью используемых передатчиков, что позволило добиться скорости передачи данных 100 Мбит/с на достаточно больших расстояниях.

Стандарт 100Base-FX предусматривает соблюдение следующих правил функционирования сети:

□ для передачи данных используется многомодовый оптоволоконный кабель;

□ максимальное расстояние между коммутатором и рабочей станцией или между двумя коммутаторами не должно превышать 412 м в полудуплексном режиме и 2000 м в дуплексном режиме;

□ все рабочие станции подключаются к центральному управляющему устройству, в качестве которого могут выступать концентратор, коммутатор и т. д.;

□ максимальное количество подключений – 1024.

Особенностью стандарта 100Base-FX является возможность использования очень длинных сегментов кабеля. Даже самые новые сетевые стандарты не могут похвастаться такими показателями с применением многомодового кабеля. Однако сегодня, когда стоимость одномодового кабеля снизилась достаточно серьезно, использование многомодового кабеля не имеет особого смысла.

1000Base-LX, 1000Base-CX, 1000Base-LH, 1000Base-LX

Появление стандартов, поддерживающих скорость передачи данных не менее 1 Гбит, было лишь делом времени. Случилось это в 1998 году, когда комитет принял стандарт 1000Base-X, объединивший в себе сразу 4 гигабитных стандарта: 1000Base-LX, 1000Base-CX, 1000Base-LH и 1000Base-LX.

При использовании данных стандартов с кабелем «витая пара» возникают определенные проблемы, связанные со слишком сильными наводками между соседними парами проводников, что не позволяет передавать данные на большой скорости, ограничиваясь только четырьмя парами проводников. Что же касается оптоволоконной среды, то ее возможности еще не раскрыты до конца, поэтому именно она представляет наибольший интерес.

Все эти стандарты, кроме 1000Base-CX, подразумевают использование оптоволоконного кабеля в качестве среды передачи данных. При этом, в зависимости от стандарта, максимальная длина сегмента составляет от 500 м (1000Base-SX, многомодовый кабель) до 10 000 м (1000Base-LH, одномодовый кабель).

1000BaseT

1000Base-T – полноценный гигабитный стандарт, который используется в сетях, построенных с применением топологии «звезда» и кабеля «витая пара» выше пятой категории. Поскольку именно эта топология и среда передачи данных получили наибольшее распространение, не удивителен тот факт, что 1000BaseT приходит на смену интегрированному на материнской плате сетевому контроллеру стандарта 100Base-TX.

При передаче данных используются все четыре пары проводников, при этом передача данных ведется на более высокой частоте. Это дает некоторый запас в величине уровня сигнала, что используется для коррекции возникающих ошибок.

Стандарт 1000Base-T требует выполнение следующих условий:

□ для передачи данных используется неэкранированный кабель «витая пара» 5, 6 и 7 категорий;

□ длина кабеля «витая пара», применяемого для подключения рабочей станции, не должна превышать 100 м;

□ для увеличения диаметра сети может использоваться не более 2 репитеров, при этом максимальный радиус сети составляет 205 м;

□ все рабочие станции подключаются к центральному управляющему устройству, в качестве которого могут применяться концентратор, коммутатор и т. д.;

□ максимальное количество подключений – 1024.

Достаточно переход со стандарта 100Base-TX на 1000Base-T требует только замены оборудования, поскольку очень часто при построении сети используется кабель категории 5.

Глава 10
Стандарты IEEE802.11

□ IEEE 802.11

Разработкой правил функционирования локальных сетей стандарта Ethernet с беспроводной средой передачи данных WLAN (Working Group for Wireless Local Area Networks, рабочая группа по беспроводным локальным сетям), использующих частоты 2,4 и 5 ГГц, занимается подкомитет 802.11. В его состав входит более 100 компаний, которые непосредственно связаны с производством сетевого оборудования, программного обеспечения для беспроводных локальных сетей и т. п. Особенности некоторых из беспроводных стандартов будут рассмотрены ниже.

IEEE802.11

Стандарт IEEE 802.11, разработка которого была начата сразу после образования комитета 802.11, что произошло в 1990 году, является первым беспроводным стандартом, который можно было использовать для создания локальной сети.

Перед комитетом ставилась задача разработать стандарт, который позволил бы добиться устойчивой работы беспроводной сети. При этом необходимо было достичь стандартной скорости передачи данных 1 Мбит/с и опциональной скорости передачи данных 2 Мбит/с. Результат был получен, но на это ушло целых 7 лет работы.

Стандарт IEEE 802.11 описывает функционирование беспроводной сети в диапазоне частот 2400-2483,5 МГц, а также в инфракрасном диапазоне частот. При этом для обработки сигналов используются методы DSSS и FHSS, имеющие разный принцип работы, что делает их несовместимыми между собой.

Рассматриваемый стандарт предусматривает выполнение следующих положений:

□ для работы в локальной сети используется оборудование, которое работает в диапазоне радиочастот 2400-2483,5 МГц;

□ радиус сети не превышает 300 м;

□ стандартная скорость передачи данных – 1 Мбит/с, опциональная – 2 Мбит/с;

□ используется метод прямой последовательности DSSS с технологией модуляции сигнала PSK или метод частотных скачков FHSS с технологией модуляции FSK.

При использовании стандарта IEEE 802.11 теоретический радиус сети составляет 300 м. На практике же он редко превышает 50-100 м, что обусловлено наличием большого количества препятствий для распространения сигнала. Этого радиуса вполне достаточно для организации работы локальной сети в небольшом офисе. Однако скорость передачи данных даже для 1997 года, когда появился этот стандарт, оказалась слишком низкой. И это при том, что проводные варианты сети предлагали скорость на порядок выше. Данный факт и стоимость оборудования и стали причиной того, что этот стандарт не нашел широкого применения.

IEEE 802.11b

Со стандарта IEEE 802.1 1b началось широкое распространение беспроводных сетей. Именно этот стандарт стал причиной появления Wi-Fi (Wireless Fidelity, беспроводная точность).

Проанализировав все ошибки и недостатки стандарта IEEE 802.11, а также приняв во внимание новые требования, комитет в 1999 году разработал стандарт IEEE 802.11b (еще одно название – IEEE 802.11 high rate), который долгое время был очень популярным. Появилось большое количество оборудования этого стандарта, в ноутбуки и другие переносные устройства также стали встраивать поддержку стандарта IEEE 802.11b. Беспроводные локальные сети данного стандарта даже сейчас встречаются часто.

Стандарт предусматривает следующие правила и соглашения:

□ для работы в локальной сети используется оборудование, которое функционирует в диапазоне радиочастот 2400-2483,5 МГц;

□ радиус сети не превышает 300 м;

□ стандартная скорость передачи данных – 1 и 5,5 Мбит/с, опциональная – 2 и 11 Мбит/с;

□ для работы с сигналом применяется метод прямой последовательности DSSS с восьмиразрядными последовательностями Уолша и CCK;

□ в качестве протокола безопасности используется протокол WEP;

□ для доступа к передающей среде применяется метод CSMA/CA.

Чтобы добиться скорости передачи данных 11 Мбит/с, используется метод DSSS, применяющий 5 перекрывающихся поддиапазонов. Для шифрования данных применяется последовательность дополнительных комплементарных кодов. Это позволяет добиться большей устойчивости кода за счет его избыточности.

Из плюсов IEEE 802.11b можно отметить то, что оборудование этого стандарта имеет наибольшую чувствительность. По этой причине качество связи с применением такого оборудования гораздо выше, чем при использовании оборудования с более новыми стандартами. Кроме того, некоторые производители предлагают оборудование, которое может работать на скорости 22 Мбит/с (IEEE 802.1 1b+) при условии применения оборудования от одного производителя.

Минусом стандарта является то, что скорость передачи данных может падать вплоть до самой низкой, что зависит от количества преград между передатчиком и приемником сигнала. Кроме того, оборудование стандарта IEEE 802.11b использует WEP-шифрование, безопасность которого очень низкая. При использовании соответствующих программ получить ключ беспроводной сети с таким шифрованием можно достаточно быстро.

IEEE 802.11а

Конечно, было бы логично, если бы стандарт IEEE 802.11a появился раньше, чем IEEE 802.11b. Но несмотря на то что работа над этими стандартами велась параллельно, стандарт IEEE 802.11a был принят позднее, в 2001 году.

При разработке данного стандарта комитет пошел другим путем, решив использовать в качестве диапазона частот сразу три полосы: 5,15-5,25 МГц, 5,25-5,35 МГц, 5,725-5,825 МГц. Это позволяет добиться большей пропускной способности, а также использовать более свободный диапазон частот. При этом применяются новые методы обработки сигнала, а также новые, более усовершенствованные алгоритмы шифрования.

Стандарт предусматривает следующие правила и соглашения:

□ для работы в локальной сети используется оборудование, которое функционирует в диапазоне радиочастот 5,15-5,25 МГц, 5,25-5,35 МГц и 5,725-5,825 МГц;

□ радиус сети не превышает 100 м;

□ стандартная скорость передачи данных – 1, 6, 12 и 24 Мбит/с, опциональная – 2, 9, 18, 36, 48 и 54 Мбит/с;

□ применяется метод ортогонального частотного мультиплексирования OFDM.

Главным достоинством этого стандарта является высокая скорость передачи данных, однако это практически единственный его плюс. Минусов гораздо больше, и основные из них следующие:

□ малый радиус сети, который резко уменьшается при наличии незначительных препятствий сигналу;

□ несовместимость IEEE 802.1 1a с существующими стандартами (кроме 802.1 1n), что делает использование сетевого адаптера невозможным, если применяется точка доступа с другим стандартом;

□ практически во всех странах требуется наличие соответствующего разрешения и даже лицензии на использование оборудования для работы с указанными диапазонами частот.

Эти недостатки привели к тому, что стандарт IEEE 802.11a не получил того распространения, которое ожидалось, даже несмотря на высокую скорость передачи данных.