6. Сетевые возможности операционных систем

6.1. Аппратаное обеспечение локальных сетей

Cети подразделябт на локальные и глобальные. Локальные сети объединяют некоторое количество компьютеров в пределах одного или нескольких зданий. Такие сети иногда называют интранет. Глобальные сети подразумевают соединение различных локальных сетей в одну общую сеть, называемую Интернет.

Компьютерные сети позволяют объединить информационные ресурсы, находящиеся на разных компьютерах, независимо от разделяющего их расстояния. В зависимости от степени удаленности компьютеров, составляющих сеть, то есть их физического расположения, различают: локальные, корпоративные и глобальные сети [1]. 

Локальные сети предназначены для обмена информацией между компьютерами, расположенными на небольшом расстоянии друг от друга, в пределах одного здания. Локальная сеть — это объединение компьютеров, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга.

Локальные сети позволяют:

- совместно использовать аппаратные ресурсы (периферийные устройства, накопители);

- совместно использовать программные ресурсы (сетевые версии прикладного программного обеспечения);

- создавать и совместно использовать информационные ресурсы для работы пользователей над общими задачами;

- централизовать усилия по информационной безопасности.

По способу связи компьютеров в локальной сети различают: одноранговые сети и сети с выделенным сервером.

В одноранговых сетях используется технология «равный к равному». Любой компьютер может использовать ресурсы другого подключенного к нему компьютера. Иначе говоря, любой компьютер может выступать и как сервер, и как клиент. В одноранговых сетях работа приложений на компьютере ухудшается, когда его ресурсами пользуются другие компьютеры сети. Сети с выделенным сервером в этом смысле гораздо стабильнее и производительнее.

В качестве каналов связи в локальных сетях используется электрический кабель [24]. Сопряжение компьютеров с каналами связи обеспечивает специальное коммуникационное оборудование.

Существует мнение, что если ты хоть раз поработал в составе сети, то работа без подключения к сети становиться болезненно тяжело. Да действительно, так, например наши компьютеры объединены в локальную сеть, подключенную с Интернет. Стоит произойти какой-нибудь неприятности с Интернетом, как работать становиться значительно тяжелее. Казалось бы, почему? Ведь по большому счету в сети мы видим просто чужие диски, иногда пользуемся вычислительными ресурсами удаленного процессора. Почему бы ни воспользоваться собственными дисками и мощностью собственного процессора. Все дело в информации. Ведь сегодня сеть это огромная база знаний, созданная усилиями каждого имеющего желание поделиться с другими своими знаниями и умениями. С одной стороны, это превращает сеть в некую «помойку» где из огромного объема информации приходится извлекать полезную информацию, с другой стороны нет ни одного другого электронного или любого off-line источника, способного дать ответ на абсолютно любой вопрос.

Локальные вычислительные сети (ЛВС) позволяют объединять компьютеры, расположенные в ограниченном пространстве. Для локальных сетей прокладывается специализированная кабельная система, и положение возможных точек подключения абонентов ограничено этой кабельной системой. Локальные сети - LAN (Local-Area Network) - являются элементами более крупномасштабных образований - CAN (Campus-Area Network - кампусная сеть, объединяющая локальные сети близко расположенных зданий), MAN (Metropolitan-Area Network - сеть городского масштаба), WAN (Wide-Area Network - широкомасштабная сеть), GAN (Global-Area Network - глобальная сеть). Наконец, 'сетью сетей' называют глобальную сеть Интернет.

Кабельные системы локальных сетей

Традиционной и наиболее широко распространенной физической средой передачи информации в локальных сетях являются кабели. Альтернативой кабелю в локальных сетях является связь с помощью инфракрасного излучения и радиосвязь, но эти виды связи по ряду причин пока что используются весьма ограниченно (за исключением WiFi). Все многообразие кабелей, применяемых для передачи информации, в первую очередь разделяется на электрические, чаще всего медные (Copper cable), и оптоволоконные (Fiber-optic cable), кратко именуемые Fiber. Слово Fiber (волокно) иногда заменяют транслитерацией "фибра", однако это не очень удачно - не так давно из фибры (волокнистого материала) делали чемоданы и другие изделия.

Кабельные системы первых сетей, получивших широкое распространение и поныне активно развивающихся - Ethernet и Token Ring, существенно различались как по типу кабеля, так и по топологии. В классической сети Ethernet, имеющей шинную логическую и физическую топологию, использовался коаксиальный кабель с импедансом 50 Ом. В сети Token Ring логическое кольцо было реализовано на физической звездообразной топологии и кабеле типа экранированная витая пара (STP). Некогда популярные сети ARCnet использовали коаксиальный кабель с иным значением импеданса, нежели Ethernet, и более гибкую физическую топологию (комбинацию шины и звезды). Пространственные и топологические ограничения этих сетей существенно различались, а кабельное хозяйство было жестко привязано к выбранной сетевой технологии, так что смена технологии требовала дорогостоящей "кабельной революции". Со временем эти сетевые архитектуры развивались таким образом, что различия их кабельных систем стали стираться. В технологии Ethernet логическую шину стали реализовать на физической звезде с хабом в центре, а коаксиальный кабель заменили на неэкранированную витую пару (UTP). Звездообразная физическая топология современных сетевых технологий (включая FDDI и ATM) предполагает возможность максимального удаления узла от центрального устройства (длину луча) до 100 м при использовании медного кабеля. Применение оптической связи позволяет разносить узлы (и центральные устройства) на расстояния, измеряемые километрами. Таким образом, топология современных локальных сетей стала практически независимой от применяемых технологий, что и обусловило появление концепции структурированных кабельных систем СКС (SCS - Structured Cabling System). На этой концепции основан современный подход к созданию коммуникационной инфраструктуры зданий, насыщенных компьютерной техникой. Коммуникации должны выполняться по принципу открытой кабельной системы, что предполагает возможность свободного выбора сетевого приложения (так в контексте СКС называются сетевые технологии). При необходимости смена приложения (технологии) должна обходиться без дорогостоящей "кабельной революции". В структурированную кабельную систему могут входить и кабели, используемые для пожарной и охранной сигнализации, телевизионного вещания и прочие.

К структурированным кабельным системам относятся три стандарта, действующих в настоящее время:

• EIA/TIA-568A Commercial Building Telecommunications Wiring Standard (американский)

• ISO/IEC IS 11801 Information Technology - Generic cabling for customer premises cabling (международный);

• CENELEC EN50173 Performance Requirements of Generic Cabling Schemes (европейский)

Вышеперечисленные стандарты описывают практически одну и ту же область, но несколько различаются в терминологии и определениях норм для родственных параметров. Здесь они приведены в хронологическом порядке принятия, причем каждый последующий базировался на предыдущем.

Основная цель данных спецификаций:

• Определить общую кабельную систему для передачи голоса и данных, поддерживающую подключение аппаратуры различных производителей.

• Определить направления в разработке телекоммуникационного оборудования и кабельной продукции.

• Обеспечить планирование и установку СКС, удовлетворяющей различным требованиям персонала, населяющего здания.

• Установить критерии пропускной способности и технические характеристики различных типов кабелей и соединительной аппаратуры.

Спецификации данных стандартов ориентированы на офисное применение (не промышленные здания). Выполнение требований к СКС должны обеспечивать срок жизни (с учетом морального старения) системы более 10 лет [24]. В стандартах приводятся спецификации по следующим областям:

• Среда передачи данных

• Топология

• Допустимые расстояния (длина кабелей)

• Интерфейс подключения пользователей

• Кабели и соединительная аппаратура

• Пропускная способность (Performance)

• Практика установки

Отсутствие подобных стандартов или официального признание международных в нашей стране осложняет официальную техническую сертификацию кабельных систем, но хочется верить, что в скором времени эта ситуация изменится в лучшую сторону.

По критерию пропускной способности для проводки на медном кабеле в стандартах фигурируют понятия категорий (Category) и классов (Class) - хуже всего категория 1 и класс A. В стандарте 568-A и для проводки в целом, и для компонент (кабелей и соединителей) имеется 5 категорий, из которых нам интересны категория 3, эффективно пропускающая сигнал в полосе частот до 10 МГц, и категория 5 - до 100 МГц. В стандартах 11801 и 50173 для проводки в целом определены классы, полосе частот 10 МГц соответствует класс C, а 100 МГц - класс D. Недавно появились компоненты для медного кабеля категории 6 (200 МГц) и 7 (600 МГц), для которых предполагается определение классов E и F соответственно. Здесь отметим, что значение скорости передачи данных, измеряемого в Мбит/с, не совпадает с требуемой полосой частот, измеряемой в МГц. Например, технология ATM со скоростью 155 Мбит/с успешно работает на кабеле категории 5 (100 МГц), а 100VG AnyLan при скорости 100 Мбит/с - на кабеле категории 3 (10 МГц).

Медные кабели и коннекторы. Определим некоторые понятия, имеющие отношение к кабелям и проводам на основе витой пары.

Провод витая пара представляет собой минимальный элемент - два скрученных изолированных проводника. Такой провод применяют для кроссировки (Cross-Wires) внутри коммутационных шкафов или стоек, но никак не для прокладки соединений между помещениями.

Кабель отличается от провода наличием внешнего изоляционного чулка (Jacket). Этот чулок главным образом защищает провода (элементы кабеля) от механических воздействий и влаги.

Шнур (коммутационный) представляет собой отрезок кабеля с разъемами на концах. Типичный пример - патч-корд (patch cord) - отрезок многожильного 4-парного кабеля длиной 1-10 м с вилками RJ-45 на концах.

Калибр определяет сечение проводников. Кабели и провода маркируются в соответствии со стандартом AWG (American Wire Gauge - американскиие калибры проводов). В основном применяются проводники 26 AWG (сечение 0.13 мм2), 24 AWG (0.2-0.28 мм2) и 22 AWG (0.33-0.44 мм2). Однако калибр проводника не дает информации о толщине провода в изоляции, что весьма существенно при заделке концов кабеля в модульные вилки.

Категория (Category) витой пары определяет частотный диапазон, в котором ее применение эффективно (ACR имеет положительное значение). В настоящее время действуют стандартные определения 5 категорий кабеля (Cat 1... Cat 5), однако уже выпускаются кабели категорий 6 и 7. Упоминание PowerSum означает более жесткий подход к определению перекрестных наводок.

Витая пара может быть как экранированной (Shielded), так и неэкранированной (Unshielded). Неэкранированная витая пара (НВП) больше известная по аббревиатуре UTP (Unshielded Twisted Pair). Экранированная витая пара (ЭВП), она же STP (Shielded Twisted Pair), имеет множество разновидностей.

STP с обозначением вида "Type xx" - "классическая" витая пара, введенная IBM для сетей TokenRing. Каждая пара этого кабеля заключена в отдельный экран из фольги, обе пары заключены в общий плетеный проволочный экран, снаружи все покрыто изоляционным чулком, импеданс - 150 Ом. Распространенные кабели STP Type1 - одножильный калибра 22 AWG, STP Type 6 - многожильный 26 AWG и STP Type 9 - одножильный 26 AWG. Кабель Type 6A, используемый для коммутационных шнуров, не имеет индивидуального экранирования пар.

STP категории 5 - общее название для кабеля с импедансом 100 Ом, экран может иметь различное исполнение.

ScTP (Screened Twisted Pair) - кабель, в котором каждая пара заключена в отдельный экран.

FTP (Foilled Twisted Pair) - кабель, в котором витые пары заключены в общий экран из фольги.

PiMF (Pair in Metal Foil) - кабель, в котором каждая пара завернута в полоску металлической фольги, а все пары - в общем экранирующем чулке. По сравнению с "классическим" STP этот кабель тоньше, мягче и дешевле (хотя про кабель PiMF на 600 МГц такого уже не скажешь).

Экранированный кабель заметно дороже неэкранированного, но при корректном заземлении экрана обеспечивает лучшую электромагнитную совместимость кабельной системы с остальными источниками и приемниками помех. Однако некорректное заземление экрана может приводить и к обратному результату. Кроме того, наличие экрана, который требуется заземлять с обоих концов кабеля, может вызвать проблему обеспечения равенства "земляного" потенциала в пространственно разнесенных точках.

Наибольшее распространение получили кабели с числом пар 2 и 4 калибра 24 AWG. Из многопарных популярны 25-парные, а также сборки 6 штук из 4-парных. Кабели с большим числом пар (50, 100) применяются только в телефонии, поскольку изготовление многопарных кабелей высоких категорий - задача очень сложная.

Кабели чаще всего бывают круглыми - в них элементы собираются в пучок. Существуют и плоские кабели, используемые в телефонии для подключения оконечного оборудования, но в них пары проводов обычно не скручены, так что высокие рабочие частоты для них не реализуемы. Существуют и специальные плоские кабели для прокладки коммуникаций под ковровыми покрытиями (Undercarpet Cable), среди которых есть и кабели категорий 3 и 5.

Проводники могут быть жесткими одножильными (Solid) или гибкими многожильными (Stranded или Flex). Кабель с одножильными проводами обычно обладает лучшими и более стабильными характеристиками. Его применяют, в основном, для стационарной проводки, которая представляет наибольшую часть в кабельных связях. Многожильный гибкий кабель применяют для соединения портов оборудования (абонентского и телекоммуникационного) между собой и со стационарной проводкой при небольших расстояниях.

Кабели (и провода) соединяются между собой с помощью коннекторов. Коннектор обеспечивает механическую фиксацию и электрический контакт. Как и кабели, они классифицируются по категориям, определяющим диапазон рабочих частот.

Для витой пары широко применяют модульные разъемы (Modular Jack), широко известные под названием RJ-45: розетки (Outlet, Jack) и вилки (Plug). Розетки категории 5 (на них должно быть соответствующее обозначение) отличаются от розеток 3-й категории способом присоединения проводов: в категории 5 допустим только зажим провода ножевым разъемом (типа S110), в категории 3 применяют и зажим провода под винт. Кроме того, на плате розетки категории 5 имеются согласующие реактивные элементы с нормированными параметрами, выполненные печатным способом. Категорию модульных вилок на взгляд определить затруднительно. Вилки для одножильного и многожильного кабеля различаются формой игольчатых контактов. Для экранированной проводки розетки и вилки должны иметь экраны, сплошные или же только обеспечивающие соединение экранов кабелей.

И спользование контактов модульных соединителей, а также цветовая маркировка проводов стандартизованы. Каждая пара представляется двумя проводами, обозначаемыми Tip и Ring (условно - прямой и обратный повода), для которых определен цвет изоляции и номер контакта разъема. Существует несколько стандартов на модульные соединители, различающихся шириной, количеством используемых контактов и раскладкой пар проводов (см. рис. 62 и табл. 13).

Рис. 62 Раскладка проводов (вид на розетку)

Таблица 13

	Раскладка T568A			Раскладка T568B
№	Цвет: основной / полоски	Пара	№	Цвет: основной / полоски	Пара
1	бело-зеленый	3 (Tip)	1	бело-оранжевый	2 (Tip)
2	зеленый	3 (Ring)	2	оранжевый	2 (Ring)
3	бело-оранжевый	2 (Tip)	3	бело-зеленый	3 (Tip)
4	синий	1 (Ring)	4	синий	1 (Ring)
5	бело-синий	1 (Tip)	5	бело-синий	1 (Tip)
6	оранжевый	2 (Ring)	6	зеленый	3 (Ring)
7	бело-коричневый	4 (Tip)	7	бело-коричневый	4 (Tip)

При монтаже структурированной кабельной системы для передачи данных следует использовать раскладку EIA/TIA-568A (сокращенно T568A) или EIA/TIA-568B (сокращенно T568B). Раскладка T568B известна и под именем AT&T258A или WECO. Обе эти раскладки совместимы со всеми приложениями (сетевыми технологиями), приведенными в табл. 14.

Основными правилами построения горизонтальной системы СКС являются:

• Каждая розетка рабочего места должна иметь 8-контактное модульное гнездо (RJ-45 Jack).

• Горизонтальные кабели должны соединять контакты розетки рабочего места с контактами розетки патч-панели "один-в один", соблюдая парность проводов и полярность пар. Длина кабеля не более 90 м, кабель - одножильный (solid)..

Таблица 14

Использование пар проводов в модульных соединителях

Коммуникационное	Пары на контактах (нумерация 8-позиционного разъема)
приложение	1-2	3-6	4-5	7-8
Телефон (аналоговый)	-	-	+	-
ISDN	+	+	+	+
10BaseT	+	+	-	-
100BaseTX	+	+	-	-
1000BaseCX	+	+	+	+
100BaseT4	+	+	+	+
100BaseVG	+	+	+	+
TokenRing	-	+	+	-
ATM	+	+	+	+
TP PMD (FDDI)	+	+	+	+

• Для независимости от сетевых приложений (технологий) к каждой розетке должны подходить свои 4 пары категории 5 (или выше).

• Раскладка проводов, включая цветовую маркировку, должна соответствовать T568A или T568B и быть единой по всей кабельной сети. Принятый тип должен быть отражен в документации на СКС.

• При разделке концов кабеля не допускается расплетение витой пары больше чем на сантиметр (точнее, 0.5 дюйма), необходимый для раскладки проводов.

• Шнуры подключения абонентов и активного оборудования (патч-корды) должны иметь 8-контактные вилки (RJ-45 Plug), контакты которых соединяются "один-в один", соблюдая парность проводов и полярность пар. Кабель - многожильный (stranded).

• "Перекрестные" шнуры, требуемые для соединения обычных портов пару концентраторов Ethernet, должны иметь на одном конце раскладку T568A, на другом - T568B. По виду (цвету шнуров или колпачков) они должны быть легко отличимы от обычных "прямых" шнуров.

• При необходимости разделяемое использование 4-парного кабеля для Ethernet 10BaseT и 100BaseTX организуется Y-образными патч-кордами, переходниками или сменными вставками. Для разделяемого использования 100BaseTX при большой длине кабеля может потребоваться кабель с улучшенными свойствами (PowerSum).