2.2. Среда передачи в сетях Ethernet

В классической сети Ethernetв качестве среды передачи применяется коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом двух видов: диаметром 0,5 дюйма, или 12,7 мм (так называемыйThick("толстый")Ethernet) и 0,25 дюйма, или 6,35 мм (Thin("тонкий")Ethernet). С начала 90-х годов все большее распространение получает версияEthernet, использующая в качестве среды передачи витую пару проводов. Был определен стандарт для применения в сети оптоволоконного кабеля. Максимальная скорость передачи данных в классической сетиEthernetсоставляет 10 Мбит/с.

В 1995 году появился стандарт на сеть Fast Ethernet, работающую на скорости 100 Мбит/с и использующую в качестве среды передачи витую пару или оптоволоконный кабель. В 1998 году появилась версия сетиGigabit Ethernetсо скоростью передачи данных 1000 Мбит/с, также использующую в качестве среды передачи витую пару или оптоволоконный кабель. В настоящее время ведутся работы по созданию стандартаEthernet 10G, предусматривающую передачу данных со скоростью 10 Гбит/с.

Витые пары проводов используются в самых дешевых и на сегодняшний день самых популярных сетевых кабелях. Кабель на основе витых пар представляет собой две или четыре пары скрученных изолированных медных проводов в единой пластиковой оболочке. Он является довольно гибким и поэтому удобен для прокладки. Существуют неэкранированные (UTP–UnshieldedTwisted-Paircable) и экранированные (STP–ShieldedTwisted-Paircable) витые пары.

Неэкранированные витые пары характеризуются слабой защищенностью от внешних электромагнитных помех, а также слабой защищенностью от подслушивания с целью, например, промышленного шпионажа. Для устранения этих недостатков применяется экранирование. В экранированной витой паре каждая пара проводов помещается в металлическую оплетку-экран для уменьшения излучения кабеля, защиты от внешних электромагнитных помех и снижения взаимного влияния проводов друг на друга. Экранированная витая пара гораздо дороже, чем неэкранированная, и при ее использовании необходимо применять специальные экранированные разъемы, поэтому встречается она значительно реже, чем неэкранированная витая пара. Основное достоинство неэкранированных витых пар – простота монтажа разъемов на концах кабеля, а также простота ремонта любых повреждений по сравнению с другими типами кабелей. В настоящее время витая пара используется для передачи информации на короткие расстояния (обычно в пределах 100 м) на скоростях до 1000 Мбит/с.

Чаще всего витые пары используются в компьютерных сетях для передачи данных в одном направлении в топологиях типа "звезда" или "кольцо". Сеть Ethernetна витой паре не предусматривает топологию "шина", используется только топология "пассивная звезда" или "пассивное дерево" (рис. 1). При данной топологии повреждение одного из кабелей не ведет к выходу из строя всей сети, отказы оборудования легче локализовать. Монтаж сети на витой паре проще, чем при использовании коаксиального кабеля, так как к каждому компьютеру подходит только один кабель, а не два, как в случае коаксиального кабеля. К тому же витая пара проводов не требует специального заземления, как коаксиальный кабель. Поэтому витые пары практические вытеснили к настоящему времени из локальных сетей коаксиальные кабели.

Рис. 1. Пример локальной компьютерной сети с топологией "звезда"

Для сетей Ethernetна неэкранированной витой паре институтIEEEопределил следующие спецификации в зависимости от применяемой среды передачи: 10BASE-T, 100BASE-TX– сдвоенная витая пара; 100BASE-T4, 1000BASE-T– счетверенная витая пара. Здесь числа 10, 100 или 1000 означают скорость передачи (в Мбит/с).

Согласно стандарту EIA/TIA 586 существует семь категорий кабелей на основе неэкранированной витой пары. Кабель категории 1 – это наиболее дешевый кабель, он может применяться только в обычных телефонных сетях для передачи речи. Самым высоким качеством обладает кабель категории 7. В сетяхEthernetрекомендуется использовать кабель не ниже категории 3, а сетяхFast Ethernet– кабель не ниже категории 5.

Для присоединения неэкранированных витых пар используются разъемы (коннекторы) типа RJ-45, похожие на широко распространенные в телефонных сетях разъемы типаRJ-11, но несколько большие по размеру. РазъемыRJ-45 имеют восемь контактов, а разъемыRJ-11 – четыре. Присоединяются разъемы к кабелю с помощью специальных обжимных инструментов. При этом золоченые игольчатые контакты разъема прокалывают изоляцию каждого провода, входят между его жилами и обеспечивают электрическое соединение. В случае использования экранированной витой пары на концах кабеля должны устанавливаться 9-контактные разъемы типаDB-9 или разъемSTPIBMтипа 1, такой же, как в сетиIBMToken Ring. Назначение контактов разъемаRJ-45 в случае использования 4-проводной витой пары приведено в табл. 1.

Таблица 1

Назначение контактов разъема RJ-45

в сетях 10BASE-Tи 100BASE-TX

Контакт	Назначение	Цвет провода
1	TX+	Белый/оранжевый
2	TX–	Оранжевый/белый
3	RX+	Белый/зеленый
4	Не используется
5	Не используется
6	RX–	Зеленый/белый
7	Не используется
8	Не используется

Кабели на основе витой пары выпускаются с двумя типами внешних оболочек: в поливинилхлоридной (ПВХ) оболочке и в оболочке из тефлона. Кабель в оболочке ПВХ более дешевый и предназначен работы в сравнительно комфортных условиях эксплуатации. Кабель в тефлоновой оболочке дороже и предназначен для более жестких условий эксплуатации, так как тефлоновая оболочка обладает более высокой механической прочностью и термостойкостью по сравнению с ПВХ-оболочкой.

Сети Ethernetна сдвоенной витой паре передача сигналов осуществляется по двум витым парам проводов, каждая из которых передает данные только в одну сторону (одна пара – передающая, друга – принимающая). Разделение линий приема и передачи в витой паре позволяет использовать режим полнодуплексной передачи (FullDuplex), который предусматривает одновременную передачу и прием пакетов одним сетевым адаптером, что удваивает пропускную способность среды передачи.

Каждый из абонентов сети подсоединяется к концентратору (хабу), который производит распределение сигналов по адресам назначения. Концентраторы являются обязательными соединительными элементами сети Ethernetна витой паре, а также средствами расширения топологических, функциональных и скоростных возможностей для любых сред передачи. Простейший пассивный концентратор является многопортовым повторителем: сигнал с линий приема каждого порта после усиления посылается на все линии передачи. Интеллектуальный (управляемый или активный) концентратор имеет более сложную структуру и предназначен для осуществления сложных алгоритмов управления сетью.

Длина соединительного кабеля между сетевым адаптером, установленным в компьютере, и концентратором (хабом) не должна превышать 100 м. При этом из четырех витых пар, входящих в кабель, используется только две. Концентраторы имеют ограниченное количество портов для абонентов (от 5 до 72), но их можно соединять каскадно, увеличивая общую длину сети. Такие концентраторы получили наименование наращиваемых. При этом наращиваемый концентратор может объединять участки сети, называемые сетевыми сегментами и имеющие разную среду передачи, например витую пару и коаксиальный кабель, и различные сетевые протоколы (Ethernet,Token Ring,FDDIи др.).

В сетях Ethernetна витой паре применяются два вида соединения проводов кабеля: прямое и перекрестное. Для соединения компьютеров с концентратором (хабом) обычно используют прямой кабель (directcable), в котором соединяют между собой одинаковые контакты обоих разъемов. Если требуется объединить в сеть всего два компьютера, то можно обойтись вообще без концентратора, применив перекрестный кабель (crossovercable), который соединяет передающие контакты одного разъемаRJ-45 с приемными контактами другого разъемаRJ-45 и наоборот (рис. 2).

В спецификации 100BASE-T4 предусматривается 8-проводный кабель. Эта спецификация была разработана для того, чтобы можно было использовать для сетиFast Ethernetпроводку на витой паре категории 3. Эта спецификация позволяет повысить общую пропускную способность за счет одновременной передачи данных по всем четырем парам кабеля. В спецификации 1000BASE-Tс целью увеличения пропускной способности среды передачи также предусматривается 8-проводный кабель, но на витой паре только категории 5.

В качестве среды в локальных сетях в последнее время все шире используются волоконно-оптические кабели. Они обладают отличными характеристиками всех типов: электромагнитными, механическими (хорошо гнутся, обладают хорошей механической прочностью). Однако у них есть один серьезный недостаток: сложность соединения волокон кабеля с разъемами сетевой аппаратуры и между собой при необходимости наращивания длины кабеля. Поэтому, хотя стоимость волоконно-оптических кабелей ненамного превышает стоимость кабелей на витой паре, проведение монтажных работ с оптоволокном обходится намного дороже из-за высокой трудоемкости операций и высокой стоимости применяемого оборудования.

Рис. 2. Схема соединения проводов в кабелях прямого

и перекрестного типов

Кроме кабельных в компьютерных сетях применяются бескабельные каналы связи, в качестве которых используется радиоэфир. Бескабельная сетевая связь обычно осуществляется с помощью радиоволн и инфракрасных волн. Радиоканал может обеспечить связь на очень большие расстояния (десятки, сотни и даже тысячи километров), характеризуется высокой скоростью передачи информации (десятки и сотни Мбит/с), не требуют никакой прокладки проводов, а сетевые компьютеры при этом не имеют жесткой привязки к соединительным кабелям. Несмотря на очевидные преимущества, в локальных сетях радиоканал еще не получил широкого распространения из-за довольно высокой стоимости приемных и передающих устройств, низкой помехозащищенности, полного отсутствия секретности передаваемой информации и низкой надежности связи. Но для глобальных компьютерных сетей радиоканал часто является единственно возможным решением, так как позволяет с помощью космических спутников-ретрансляторов сравнительно просто обеспечить связь со всем миром. Используется радиоканал и для объединения двух и более локальных сетей, находящихся друг от друга на значительном расстоянии, в единую сеть.

Таким образом, минимальный набор оборудования для монтажа простой локальной сети Ethernetна витой паре включает в себя следующие элементы:

• сетевые адаптеры, имеющие разъемы типа RJ-45 (по числу объединяемых в сеть компьютеров);

• отрезки кабеля с разъемами RJ-45 на обоих концах (по числу объединяемых компьютеров);

• один концентратор, имеющий столько портов с разъемами RJ-45, сколько необходимо объединить компьютеров.