2.1.4.7. Стандартные сегменты семейства Ethernet

Существует несколько стандартных сегментов сети Ethernet. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки, свои области применения. При установке сети необходимо сделать обоснованный выбор оборудования, с тем, чтобы потом не пришлось тратить значительные суммы на его замену.

Отметим, что классический 10-мегабитный Ethernet используется все меньше; фактически вновь проектируемые и создаваемые сети не используют эту технологию вследствие невысокой скорости. Вместе с тем, для понимания более высокоскоростных разновидностей, например Fast Ethernet, полезно рассмотреть некоторые особенности 10-мегабитной технологии, преимущественно, использующие витую пару и оптоволокно. Что касается «коаксиальных» разновидностей, то их подробное описание приводится в тематической литературе, например [3], [6]. В рамках настоящего пособия остановимся только на некоторых правилах построения локальных сетей, свойственным стандартам 10BASE-5 и 10BASE-2.

Аппаратура 10BASE-5. Стандарт 10BASE-5 определяет сегмент Ethernet на основе толстого коаксиального кабеля с топологией «шина» длиной до 500 метров. По стандарту к одному сегменту допустимо подключение не более 100 абонентов. Расстояния между точками их подключения не должно быть меньше, чем 2,5 метра, иначе возникают искажения передаваемых сигналов.

Максимальное количество сегментов при реализации всей сети только на толстом коаксиальном кабеле не должно превышать пяти (общая длина сети – 2,5 километра). Соответственно для соединения пяти сегментов потребуется четыре репитера. При этом должно применяться так называемое правило «5-4-3», то есть не более 5 сегментов, не более 4 репитеров и не более 3 сегментов, к которым могут быть присоединены компьютеры.

Аппаратура 10BASE-2. Стандарт 10BASE-2 определяет сегмент Ethernet на основе тонкого коаксиального кабеля с топологией шина длиной до 185 метров. Минимальная длина куска кабеля (минимальное расстояние между абонентами) – 0,5 метра.

Если вся сеть выполняется на тонком кабеле, то, согласно стандарту, количество сегментов не должно превышать пяти (таким образом, общая длина сети составит 925 метров, потребуется четыре репитера). Необходимо соблюдать правило «5-4-3», то есть только на трех сегментах могут располагаться компьютеры. К одному сегменту может подключаться до 30 абонентов, включая и репитеры.

Аппаратура 10BASE-T. Стандарт 10BASE-T определяет сегмент Ethernet на основе неэкранированных витых пар (UTP) категории 3 и выше с топологией пассивная звезда (Twisted-Pair Ethernet). Данный тип сегмента Ethernet имеет все преимущества и недостатки пассивной звезды.

В сегменте 10BASE-T передача сигналов осуществляется по двум витым парам проводов, каждая из которых передает только в одну сторону (одна пара – передающая, другая – принимающая). Кабелем, содержащим такие двойные витые пары, каждый из абонентов сети присоединяется к концентратору, использование которого в данном случае в отличие от рассмотренных ранее обязательно. Концентратор производит смешение сигналов от абонентов для реализации метода доступа CSMA/CD, то есть в данном случае реализуется топология пассивная «звезда», которая равноценна топологии «шина».

Использование двух встречно направленных витых пар упрощает задачу детектирования коллизий. Коллизия детектируется тогда, когда имеется входной сигнал во время передачи.

Возможно соединение нескольких концентраторов между собой для получения древовидной структуры. Каждый концентратор помимо обычных портов для присоединения абонентов содержит порт расширения «Uplink», который служит для присоединения к концентратору более высокого уровня. Но концентраторы могут соединяться между собой и через обычные порты. Общее правило выбора конфигурации в данном случае выглядит так: между двумя абонентами не может быть больше четырех концентраторов.

Гальваническая развязка осуществляется аппаратурой адаптеров и имеет типовое напряжение изоляции 100 В.

Длина соединительного кабеля между адаптером и концентратором не должна превышать 100 метров (минимальная длина – 2,5 м), что часто накладывает существенные ограничения на размещение компьютеров. Кабель применяется гибкий, диаметром около 6 мм. Из четырех витых пар, входящих в кабель, используются только две. Наиболее распространенный тип кабеля – это кабель EIA/TIA категории 3. Но в настоящее время рекомендуется использовать более качественный кабель категории 5 (или даже выше), который позволяет без проблем переходить на Fast Ethernet. Популярен кабель марки AWG 22-26.

Кабели присоединяются к адаптеру и к концентратору 8-контактными разъемами типа RJ-45. Назначение контактов разъема приведено в табл. 7. Провода передающей пары обозначены ТХ+ и ТХ-, а приемной пары – RX+ и RX-.

Передача по витым парам ведется дифференциальными сигналами с целью увеличения помехоустойчивости сети, то есть ни один из проводов этих витых пар не заземляется. В отличие от сегментов с коаксиальным кабелем пользователю не надо ни использовать внешние терминаторы, ни заземлять кабель – достаточно всего лишь обеспечить заземление компьютеров сети.

В сети 10BASE-T применяются два вида соединения проводов кабеля (рис. 85). Если надо объединить в сеть всего два компьютера, то можно обойтись вообще без концентратора, применив так называемый перекрестный кабель (crossover cable), который соединяет передающие контакты одного разъема RJ-45 с приемными контактами другого разъема RJ-45 и наоборот. А для связи компьютеров с концентратором обычно используется прямой кабель (direct cable), в котором соединяются между собой одинаковые контакты обоих разъемов. На такой прямой кабель рассчитано большинство концентраторов. Надо, правда, учитывать, что иногда перекрестное соединение имеется внутри порта концентратора сегмента 10BASE-T (стандарт рекомендует помечать такой порт буквой «X»), поэтому, выполняя соединения в сети, следует быть очень аккуратным.

Таблица 7

Назначение контактов разъема RJ-45 сегмента 10BASE-T

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

Рис. 85. Соединение проводов прямого и перекрестного кабелей

Необходимо также принимать во внимание и то, что кабель, соединяющий между собой два концентратора через обычные порты, должен быть перекрестным. А вот кабель, соединяющий специальный расширительный порт одного концентратора (Uplink) с нормальным портом другого концентратора, должен быть прямым.

Стоит отметить, такую особенность адаптеров и концентраторов, рассчитанных на работу с витой парой, как наличие в них встроенного контроля правильности соединения сети. В отсутствии передачи информации они периодически (раз в 16,8 мс) передают тестовые импульсы (NLP – Normal Link Pulse), по наличию которых на приемном конце определяется целостность кабеля. Для визуального контроля правильности соединений предусмотрены специальные светодиоды «Link», которые горят при правильном соединении аппаратуры.

Аппаратура 10BASE-FL. Широко использовать оптоволоконный кабель в Ethernet начали сравнительно недавно. Его применение позволило сразу же значительно увеличить допустимую длину сегмента и помехоустойчивость передачи. Немаловажна также и полная гальваническая развязка компьютеров сети, которая достигается здесь без всякой дополнительной аппаратуры, в силу специфики среды передачи. Еще одно преимущество оптоволоконных кабелей состоит в возможности постепенного перехода на Fast Ethernet без замены кабелей, так как пропускная способность оптоволокна позволяет достигнуть не только 100 Мбит/с, но и более высоких скоростей передачи.

Передача информации в данном случае идет по двум оптоволоконным кабелям, передающим сигналы в разные стороны (как и в 10BASE-T). Иногда используются двухпроводные оптоволоконные кабели, содержащие два кабеля в общей внешней оболочке, но чаще – два одиночных кабеля. Вопреки распространенному мнению, стоимость оптоволоконного кабеля не слишком высока (она близка к стоимости тонкого коаксиального кабеля). Правда, в целом аппаратура в данном случае оказывается заметно дороже, так как требует использования дорогих оптоволоконных трансиверов.

Аппаратура 10BASE-FL имеет сходство как с аппаратурой 10BASE5 (здесь тоже могут применяться внешние трансиверы, соединенные с адаптером трансиверным кабелем), так и с аппаратурой 10BASE-T (здесь также применяются топология пассивная «звезда» и два разнонаправленных кабеля). Схема соединения сетевого адаптера и концентратора показана на рис. 86.

Рис. 86. Соединение адаптера и концентратора в 10BASE-FL

Оптоволоконный трансивер называется FOMAU (Fiber Optic MAU). Он выполняет все функции обычного трансивера (MAU), но, кроме того, преобразует электрический сигнал в оптический при передаче и обратно при приеме. FOMAU также формирует и контролирует сигнал целостности линии связи, передаваемый в паузах между пакетами. Целостность линии связи, как и в случае 10BASE-T, индицируется светодиодами «Link» и определяется по наличию между передаваемыми пакетами сигнала «Idle» частотой 1 МГц. Для присоединения трансивера к адаптеру применяется стандартный AUI-кабель, такой же, как и в случае 10BASE-5, но длина его не должна превышать 25 метров.

Имеются также сетевые адаптеры со встроенными трансиверами FOMAU, которые имеют только внешние оптоволоконные разъемы и не нуждаются в трансиверных кабелях.

Длина оптоволоконных кабелей, соединяющих трансивер и концентратор, может достигать 2 километров без применения каких бы то ни было ретрансляторов. Таким образом, возможно объединение в локальную сеть компьютеров, находящихся в разных зданиях, разнесенных территориально.

В 10BASE-FL, обеспечивающем связь между двумя компьютерами, между двумя репитерами или между компьютером и репитером с максимальным расстоянием до 2000 метров, применяется мультимодовый кабель и свет с длиной волны 850 нанометров, однако имеется аппаратура и для использования одномодового кабеля (с предельной длиной до 5 км).

Суммарные оптические потери в сегменте (как в кабеле, так и в разъемах) не должны превышать 12,5 дБ. При этом потери в кабеле составляют около 5 дБ на километр длины кабеля, а потери в разъеме – от 0,5 до 2,0 дБ (эта величина сильно зависит от качества установки разъема). Только при таких величинах потерь можно гарантировать устойчивую связь на предельной длине кабеля. На практике лучше не рисковать и брать длину кабеля процентов на десять меньше предельной (что и рекомендуется стандартом).

Как и в случае 10BASE-T, несколько концентраторов могут объединяться между собой для получения древовидной топологии. Вообще, наиболее часто сегмент 10BASE-FL как раз и используется для соединения двух концентраторов. А к концентраторам подключаются компьютеры по стандарту 10BASE-T. Таким образом, удается совместить достоинства обоих сегментов – низкую стоимость 10BASE-T и большие расстояния 10BASE-FL.

Если требуется соединить больше двух компьютеров, то надо использовать концентратор, имеющий оптоволоконные порты. Каждый компьютер снабжается своим трансивером и трансиверным кабелем, а также двумя оптоволоконными кабелями с соответствующими разъемами для подключения к концентратору.