Передача пакетов

Данные передаются от узла к узлу в виде больших фрагментов, называемых пакетами или фреймами. Коммуникационное программное обеспечение каждого узла разбивает данные на такие фрагменты. В зависимости от передающей среды, фрагмент данных преобразуется в электрический, радио- или световой сигнал, который и может быть передан между узлами. Требуется много пакетов данных, чтобы передать страницу текста или файл.

Формат пакетов определяется используемым в сети протоколом. Например, протокол определяет способ указания адреса узла, посылающего пакет, адреса принимающего узла, типа передаваемых данных, размера пакета, объёма передаваемых данных и метода обнаружения поврежденных пакетов или коммуникационных ошибок. Другой важной частью пакета является синхронизирующая информация для передачи множества пакетов, позволяющая отсылать пакеты через заданные интервалы времени. На рис.1 показан общий формат пакета.

Рис. 1 Общий формат пакета

Для физической передачи пакетов в сеть служит карта сетевого интерфейса, или сетевой адаптер (networkinterface card, NIC). Сетевой адаптер позволяет подключить рабочую станцию, файл-сервер, принтер или другое устройство к сетевой передающей среде, например, к коаксиальному кабелю или витой паре. На одном конце адаптера располагается разъем (или коннектор), соответствующий типу сетевой среды.

Сетевой адаптер является приемопередатчиком, обеспечивающим канал передачи данных в сетевой среде. Его встроенные средства упаковывают во фрейм заголовок, исходный и целевой адреса, данные и хвостовик, а фрейм в виде законченного пакета передается в коммуникационную среду. Сетевой адаптер имеет алгоритмы для приема, распаковки, передачи и синхронизации данных, а также для управления конфликтами и ошибками.

Программные алгоритмы, реализующие эти функции, хранятся в исполняемых и служебных файлах, называемых сетевыми драйверами. Для каждого сетевого адаптера необходимы определенные сетевые драйверы, соответствующие методу доступа к сети, формату инкапсуляции данных, типу кабельной системы и физической (MAC) адресации. В программных драйверах реализуются стандарты многоуровневых сетевых коммуникаций, заданные эталонной моделью OSI. Драйверы позволяют сетевому адаптеру выполнять передачу данных на Физическом (Уровень 1) и Канальном (Уровень 2) уровнях.

Передача ячеек

Обычно ячейка (cell) содержит фрагмент данных фиксированной длины в формате, пригодном для передачи с большими скоростями – от 155 Мбит/с до 1 Гбит/с и выше. Как показано на рис. 2 ячейка имеет заголовок(header), в котором содержится следующая информация:

• данные для управления потоком, координирующие передачу информации между исходным и целевым узлами;

• информация о маршруте и канале, позволяющая передавать данные по кратчайшему маршруту;

• признак, указывающий на то, содержит ли ячейка реальные данные или управляющую информацию для осуществления высокоскоростного соединения;

• сведения об ошибках.

Рис. 2 Общий формат ячейки

Имеющая фиксированную длину полезная нагрузка ячейки отличается реальных данных, содержащихся в пакете. В зависимости от протокола, Л кеты содержат данные переменной длины, которая кратна байту (8 битам) Например, данные в пакете распространенного стандарта Ethernet может иметь длину от нескольких сот до нескольких тысяч бит.

При асинхронном режиме передачи (asynchronous transfer mode, ATM) данные в ячейке всегда имеют длину 384 бита. Технология ATM (подробно описываемая в главе 8) представляет собой метод передачи данных, в котором ячейки и множество каналов используются для пересылки речевых сигналов, видео и данных в локальных и глобальных сетях. Фиксированная длина позволяет более точно синхронизировать передачу данных и обеспечить высокие скорости коммуникаций и качество обслуживания (Quality of Serve QoS). Качество обслуживания количественно описывает качество передачи данных, пропускную способность и надежность сетевой системы. Некоторые производители и телекоммуникационные компании предлагают для своих систем или оборудования гарантированное качество обслуживания.

В первую очередь ячейки используются в сетях ATM, поэтому интерфейсы данных состоят из коммутаторовATM, интерфейсов подключаемых устройств (AUI) и оптоволоконного кабеля. В составAUI-интерфейса входят приемопередатчик и сетевые драйверы, построенные по тем же принципам, что и драйверы для сетевых адаптеров, однако ориентированные на соединения по коаксиальному кабелю, витой паре или оптоволокну.

Согласно спецификациям ATM Forum и TIA Fiber Division, LAN Section, для передачи ячеек в магистралях локальных сетей, работающих на скорости 622 Мбит/с и на расстояниях до 500 м, требуется одномодовый оптоволоконный кабель. Многомодовый кабель с полосой пропускания 500 МГц на 1 км является наиболее выгодным решением для резервных магистралей, обеспечивающих скорость до 100 Мбит/с на расстоянии до2000 м. Следовательно, наилучшая конструкция кабельной системы, удовлетворяющаяся современным и будущим требованиям к резервным магистралям, представляет собой комбинацию многомодовых (62,5/125FDDI Grade) и одномодомовых оптических кабелей. Такие решения можно рассматривать как пример комбинированной кабельной системы.

Обычно кабельная магистраль содержит от 18 до 48 многомодовых оптических кабелей. При добавлении от 6 до 12 одномодовых кабелей (имеющих чрезвычайно высокие показатели полосы пропускания) можно обеспечить совместимость с будущими высокоскоростными приложениями. Свободные (или темные) оптические кабели можно оставить не разведенными до тех пор, пока в них не появится необходимость. В большинстве проектов затраты на установку избыточных кабелей невелики по сравннию с общими расходами на монтаж и намного меньше, чем затраты на установку дополнительных кабелей в будущем.

Передающее оборудование глобальных и локальных сетей

Коммуникационное оборудование локальных сетей предназначено для связи устройств в единую сеть, для создания и объединения множества сетей или подсетей, а также для развертывания сети предприятия (кампуса). Используемое в локальных сетях оборудование может применяться как для подключения отдельного узла, так и для связи множества узлов. В его состав входят следующие устройства:

• сетевые адаптеры;

• повторители;

• модули множественного доступа;

• концентраторы;

• мосты;

• маршрутизаторы;

• мосты-маршрутизаторы;

• коммутаторы;

• шлюзы.

Пассивное сетевое оборудование

Устоявшегося твердого определения, что такое «пассивное сетевое оборудование» пока не существует. К этой группе относят компоненты для построения СКС, не потребляющие электроэнергию. Фактически, Пассивное Сетевое Оборудование – это оборудование, основная функция которого состоит в обеспечении передачи сигнала – а именно проводники и приспособления для их организации и защиты: кабель, патч-корды, розетки, коннекторы, патч-панели, кабель-каналы и т.п. (меню слева).

Кабель.

Структурированная кабельная система начинается с кабеля. Это основная и наиболее протяженная ее часть. В СКС применяется два основных типа информационных кабелей: медные и оптоволоконные. К первому типу относятся используемый в телекоммуникации коаксиальный кабель, телефонный кабель и самый распространенный сетевой кабель – витая пара (UTP). Второй – это оптоволокно, наиболее совершенная на сегодняшний день среда передачи информации. Оптоволокно дороже, сложнее в монтаже, требует бережного обращения, но его впечатляющая пропускная способность и низкие потери с лихвой компенсируют эти недостатки. Соответственно, область применения оптического кабеля – это магистральные трассы, по которым передается большое количество данных. Витая пара проще, неприхотливее, и используется там, где нет смысла прокладывать оптоволокно.

Для того, чтобы защитить информационный кабель, его укладывают в кабельные лотки, кабель-каналы (короба).

Кабельные лотки.

Пластиковые (ПВХ) и металлические лотки и короба защищают информационный кабель от повреждений, изломов, агрессивного воздействия внешней среды и доступа посторонних. На магистральных трассах и в технических помещениях в основном используются металлические лотки (оцинкованные, неоцинкованные или из нержавеющей стали.), ввиду их большой вместимости. Закрытые металлические лотки применяются также для защиты от внешних электромагнитных помех, так как они являются экраном. Лотки могут быть сетчатыми, перфорированными или цельными, закрытыми или открытыми – в зависимости от места, где они употребляются: улица, надпотолочное пространство, кабельная шахта и др.

Кабель-каналы.

Внутри помещений, там, где кабель необходимо подвести к конечному пользователю, применяются меньшие по размерам пластиковые кабель-каналы (короба). Эстетически они более привлекательны и хорошо вписываются в интерьер. Дизайн и цвет подбирается по вкусу, от стандартного глянцевого белого до любых современных расцветок и фактур. Такие свойства кабель-канала, как низкая цена, простота монтажа, быстрый доступ к кабелям и пожаробезопасность сделали его распространение повсеместным.

Розетка.

Конечная точка, к которой подводится кабель-канал или скрытый за стеной кабель – это сетевая розетка. Розетка встраивается в стену и надежно фиксирует подключаемые к ней кабели. Стандартный разъем компьютерной розетки – под коннектор RJ 45 (8Р8С), телефонной – RJ 11 или RJ 12. Основная функция розетки – упорядочивать информационные кабели в помещении и обеспечивать надежное подключение патч-корда.

Патч-корд.

Патч-корд – это коммутационный кабель, соединяющий конечного пользователя с сетью, или использующийся для подключения активного сетевого оборудования. Тип патч-корда соответствует типу используемого кабеля: витой пары, телефонного или оптического. Требования к качеству его изготовления очень высоки. Для того чтобы самостоятельно обжать даже относительно простой патч-корд из витой пары, необходим профессиональный инструмент для зачистки кабеля и обжима коннекторов. Оптические же патч-корды гораздо сложнее. Поэтому правильнее использовать готовые заводские патч-корды. Они намного прочнее, переносят больше циклов переключений, для чего оснащены специальными «хвостовиками». «Хвостовики» позволяют выдергивать патч-корд из разъема без риска выдернуть сам кабель из коннектора, или нарушить какой-либо контакт (как это может случиться с самодельными аналогами). Подробнее прочитать о том, почему заводской патч-корд лучше самодельного, можно здесь.

Коннектор.

Разъемы, находящиеся на концах патч-корда, называются коннекторами. Коннектор RJ 45, стандарт витой пары (UTP), обжимается согласно цветовой схеме (иногда она называется «распиновкой»). Для его подключения в основном используется прямая, реже – обратная схема обжима. К стандартным оптическим коннекторам относят следующие типы: ST, SC, LC, FC и FDDI. Они монтируются на концы оптического кабеля методом химической сварки, либо механической фиксации. Для подключения тонкого коаксиального кабеля используются в основном ВNС-коннекторы. Они либо припаиваются, либо обжимаются на конце кабеля. Основные разновидности коаксиальных коннекторов: Т-образный, соединяющий сетевой кабель с сетевой платой; баррел-коннектор применяющийся для сращивания двух отрезков кабеля; и терминатор (заглушка), устанавливающаяся на концах кабеля.

Кабели, идущие от конечных пользователей, обычно группируются на патч-панели.

Патч-панель.

Коммутационная патч-панель – это неотъемлемый элемент СКС, упорядочивающий ее и облегчающий обслуживание. Патч-панели объединяют все кабели, идущие от рабочих мест, которые затем подключаются к портам активного сетевого оборудования. Коммутация осуществляется патч-кордами. Патч-панель позволяет легко поменять определенные кабели, не задевая проходящих рядом линий. Достаточно просто переключить один или несколько патч-кордов на панели. Стандартная коммутационная панель имеет 12, или кратное 12ти количество разъемов (портов) и монтируется в 19-дюймовую стойку, но бывают и настенные панели.

Монтаж кабеля и расшивка патч-панели производится с помощью обжимного инструмента.

Обжимной инструмент.

Невозможно заниматься профессиональным монтажом, не имея профессионального инструмента. Сюда входят: нож для зачистки витой пары (UTP)от оболочки, клещи для обжима коннекторов (кримпер), а также тестер – оборудование для проверки, с помощью которого обжатая витая пара проверяется на работоспособность, или устанавливается причина неисправности. Надежно обжатая витая пара, в итоге, дает соединение без потерь, что положительно сказываются на работоспособности всей системы.

Активное сетевое оборудование.

Под названием, активное сетевое оборудование подразумевают некоторые «интеллектуальные» особенности сетевого оборудования. Это такие устройства как маршрутизатор, коммутатор (свитч) и т.д. - являются активным, «интеллектуальным» и часто управляемым сетевым оборудованием. "Активка" имеет одну отличительную черту от пассивного сетевого оборудования - это потребление электроэнергии, необходим источник питания, причем для надежной передачи voice-data-image данных желательно наличие источника бесперебойного питания (ИБП)