2.4. Структура компьютерной сети

2.4.1. Кабельная система

Чтобы объединить компьютеры библиотеки в сеть, будет использована топология «Звезда» с технологией передачи данных Ethernet.

Ethernet – пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей. Технология Ethernet – это самая распространенная технология локальных сетей. Технология Ethernet – это самая распространенная технология локальных сетей.

Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде – на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 90-х годов прошлого века, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet, FDDI и Token ring.

2.4.2. Технология монтажа скс

Метод управления доступом (для сети на коаксиальном кабеле) – множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт, описаны методы кодирования данных. Режим работы полудуплексный, то есть узел не может одновременно передавать и принимать информацию. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала – не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов, в основном по причине полудуплексного режима работы.

В технологии Ethernet уровень звена передачи данных (канальный уровень) имеет два подуровня: подуровень управления логическим каналом связи (LLC – Logical Link Control) и подуровень управления доступом (MAC – Media Access Control). LLC-уровень ответственен за поток и контроль ошибок в уровне звена передачи данных (канальном уровне). Подуровень MAC ответственен за работу метода доступа CSMA/CD. Этот подуровень также создает данные, полученные от LLC-уровня, и передает кадры физическому уровню для кодирования. Физический уровень преобразует данные в электрические сигналы и посылает их следующей станции через среду передачи. Этот основной уровень также обнаруживает конфликты и сообщает о них уровню звена передачи данных (канальному уровню).

В сети Ethernet имеется один тип кадра, содержащий семь полей: преамбула, начало кадра – SFD, адрес конечного пункта – DA, адрес источника – SA, длина/тип протокольной единицы – PDU и циклический избыточный код.

Локальная сеть Ethernet не обеспечивает механизма для подтверждения получения кадров. Подтверждение реализуется на более высоких уровнях. Формат кадра CSMA/CD MAC показан на рисунке 7.

Рис.5. – Формат кадра CSMA/CD MAC

Преамбула кадров содержит 7 байтов (56 битов) чередующихся нулей и единиц, которые приводят в готовность систему для приема прибывающего кадра и подготавливают ее для синхронизации с помощью тактовых импульсов. Преамбула фактически добавляется на физическом уровне и не является (формально) частью кадра.

Ограничитель начала кадра (SFD – Start Frame Delimiter). Поле SFD (1 байт: 10101011) отмечает начало кадра и указывает станции на окончание синхронизации. Последние два бита – 11 – сигнал, что следующее поле – адрес получателя.

Поле DA (Destination Address) насчитывает 6 байтов и содержит физический адрес станции пункта назначения или промежуточного звена.

Поле SA (Source Address) также насчитывает 6 байтов и содержит физический адрес передающей или промежуточной станции.

Поле типа/длины имеет одно из двух значений. Если значение поля меньше, чем 1518, это – поле длины и определяет длину поля данных, которое следует дальше. Если значение этого поля больше, чем 1536, оно определяет верхний протокол уровня, который используется для обслуживания Internet.

Поле данных переносит данные, инкапсулированные из верхних протоколов уровня. Это минимум 46 и максимум 1500 байтов.

Циклический избыточный код (CRC – Cyclical Redundancy Check). Последнее поле в этих кадрах по стандарту 802.3 содержит информацию для обнаружения ошибок, в этом случае CRC – 32.

При проектировании стандарта Ethernet было предусмотрено, что каждая сетевая карта (равно как и встроенный сетевой интерфейс) должна иметь уникальный шестибайтный номер (MAC-адрес), прошитый в нём при изготовлении. Этот номер используется для идентификации отправителя и получателя кадра, и предполагается, что при появлении в сети нового компьютера (или другого устройства, способного работать в сети) сетевому администратору не придётся настраивать MAC-адрес.

Уникальность MAC-адресов достигается тем, что каждый производитель получает в координирующем комитете IEEE Registration Authority диапазон из шестнадцати миллионов (2^24) адресов, и по мере исчерпания выделенных адресов может запросить новый диапазон. Поэтому по трём старшим байтам MAC-адреса можно определить производителя. Он обычно записывается в шестнадцатеричной системе обозначений с дефисом, чтобы отделить байты, например: 07-01-02-01-2C-4B.

Потребность в более высокой скорости данных создала Быстрый протокол Локальной сети Fast Ethernet (100 Mbps). На уровне MAC Fast Ethernet использует те же самые принципы, что и традиционный Ethernet (CSMA/CD), за исключением того, что скорость передачи была увеличена от 10 Mbps до 100 Mbps. Чтобы CSMA/CD работала, есть две возможности: либо увеличить минимальную длину кадра, либо уменьшить домен коллизии

Увеличение минимальной длины кадра требует дополнительного заголовка. Если данные, которые будут посланы, недостаточно длинны, мы должны будем добавить дополнительные байты, что влечет за собой увеличение передаваемой служебной информации и потерю эффективности.

Fast Ethernet выбрала другой путь: домен коллизии был уменьшен с коэффициентом 10 (от 2500 метров до 250 метров). Эта звездная топология 250 метров приемлема во многих случаях. На физическом уровне Fast Ethernet использует различные методы передачи сигналов и различные среды для того, чтобы достигнуть скорости передачи данных 100 Mbps.

В нашем проекте лучше использовать технологию Fast Ethernet, так как скорость в 100Мбит/с нас вполне устраивает, и все современные концентраторы поддерживают эту технологию

Сравнив все категории кабеля «Витая пара», лучше использовать витую пару категории 5 в качестве физической среды передачи данных (Рисунок 8). Она удовлетворяет нашему условию в скорости передачи данных и является самым распространенным видом кабеля и имеет низкую цену. Также витая пара работает работы в дуплексном режиме, имеет более высокую надёжность сетей при неисправности в кабеле и большую помехозащищенность при использовании дифференциального сигнала.

САТ5 (частота 100 МГц) – четырёхпарный кабель, использовался при построении локальных сетей 100BASE-TXи, для прокладки телефонных линий, поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар. Он пришел на замену третьей категории.

Рис.6. Витая пара категории 5.

Все наши компьютеры подключены к центральной точке (маршрутизатору HUB), что значительно увеличивает расход кабеля.

Исходя из размеров нашей библиотеки 20х30 метров рассчитаем количество необходимого оборудования для прокладки локальной сети.

Расчеты смотри в приложении 1.

Кабель лучше обжимать по стандарту EIA/TIA-568B, так как он используется чаще. При монтаже кабеля витой пары должен выдерживаться максимально допустимый радиус изгиба (8 внешних диаметров кабеля) – сильный изгиб может привести к увеличению внешних наводок на сигнал или привести к разрушению оболочки кабеля.

При монтаже экранированной витой пары необходимо следить за целостностью экрана по всей длине кабеля. Растяжение или изгиб приводит к разрушению экрана, что влечёт уменьшение сопротивляемости наводкам.