Учебное пособие по Ethernet, часть I: основы работы в сети
LAN (локальные сети)
Сеть — это любая совокупность независимых компьютеров, которые взаимодействуют друг с другом через общую сетевую среду. Локальные сети — это сети, обычно ограниченные географической областью, такой как отдельное здание или кампус колледжа. Локальные сети могут быть небольшими и объединять всего три компьютера, но часто объединяют сотни компьютеров, используемых тысячами людей. Развитие стандартных сетевых протоколов и носителей привело к распространению локальных сетей по всему миру в коммерческих и образовательных организациях.
WAN (глобальные сети)
Часто сеть расположена в нескольких физических местах. Глобальная сеть объединяет несколько локальных сетей, которые географически разделены. Это достигается путем соединения различных локальных сетей с использованием таких услуг, как выделенные выделенные телефонные линии, коммутируемые телефонные линии (как синхронные, так и асинхронные), спутниковые каналы и услуги передачи пакетов данных. Глобальная сеть может быть такой же простой, как модем и сервер удаленного доступа для сотрудников, или она может быть такой сложной, как сотни филиалов, связанных по всему миру с использованием специальных протоколов маршрутизации и фильтров, чтобы минимизировать расходы на отправку данных, отправляемых на большие расстояния..
Интернет
Интернет представляет собой систему связанных сетей, которые охватывают весь мир и облегчают услуги передачи данных, такие как удаленный вход в систему, передача файлов, электронная почта, Всемирная паутина и группы новостей.
Благодаря стремительному росту спроса на возможности подключения Интернет стал коммуникационной магистралью для миллионов пользователей. Первоначально Интернет был ограничен военными и академическими учреждениями, но теперь он является полноценным каналом для всех без исключения форм информации и торговли. Интернет-сайты теперь предоставляют личные, образовательные, политические и экономические ресурсы в каждый уголок планеты.
Интранет
Благодаря достижениям в программном обеспечении на основе браузера для Интернета многие частные организации внедряют интрасети. Интранет — это частная сеть, использующая инструменты интернет-типа, но доступная только внутри этой организации. В крупных организациях интрасеть обеспечивает легкий доступ сотрудников к корпоративной информации.
Ethernet
Ethernet — это самая популярная из используемых сегодня технологий локальных сетей физического уровня. Другие типы локальных сетей включают Token Ring, Fast Ethernet, волоконно-оптический интерфейс распределенных данных (FDDI), асинхронный режим передачи (ATM) и LocalTalk. Ethernet популярен, потому что обеспечивает хороший баланс между скоростью, стоимостью и простотой установки. Эти преимущества в сочетании с широким признанием на компьютерном рынке и способностью поддерживать практически все популярные сетевые протоколы делают Ethernet идеальной сетевой технологией для большинства современных пользователей компьютеров. Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) определяет стандарт Ethernet как стандарт IEEE 802.3. Этот стандарт определяет правила настройки сети Ethernet, а также определяет, как элементы в сети Ethernet взаимодействуют друг с другом. Придерживаясь стандарта IEEE, сетевое оборудование и сетевые протоколы могут эффективно обмениваться данными.
Быстрый Ethernet
Для сетей Ethernet, которым требуется более высокая скорость передачи, был установлен стандарт Fast Ethernet (IEEE 802.3u). Этот стандарт повышает ограничение скорости Ethernet с 10 мегабит в секунду (Мбит/с) до 100 Мбит/с с минимальными изменениями в существующей структуре кабеля. Существует три типа Fast Ethernet: 100BASE-TX для использования с кабелем UTP уровня 5, 100BASE-FX для использования с оптоволоконным кабелем и 100BASE-T4, который использует два дополнительных провода для использования с кабелем UTP уровня 3. Стандарт 100BASE-TX стал самым популярным из-за его близкой совместимости со стандартом 10BASE-T Ethernet. Для администратора сети включение Fast Ethernet в существующую конфигурацию представляет множество решений. Менеджеры должны определить количество пользователей на каждом сайте в сети, которым требуется более высокая пропускная способность, решить, какие сегменты магистрали необходимо перенастроить специально для 100BASE-T, а затем выбрать необходимое оборудование для соединения сегментов 100BASE-T с существующим 10BASE. -T сегменты. Gigabit Ethernet — это технология будущего, которая обещает выход за рамки Fast Ethernet, поэтому сети следующего поколения будут поддерживать еще более высокие скорости передачи данных.
Кольцо с жетонами
Token Ring — это еще одна форма конфигурации сети, которая отличается от Ethernet тем, что все сообщения передаются по кольцу в одностороннем порядке в любое время. Данные передаются в токенах, которые передаются по кольцу и просматриваются каждым устройством. Когда устройство видит адресованное ему сообщение, оно копирует сообщение, а затем помечает это сообщение как прочитанное. По мере того, как сообщение движется по кольцу, оно в конечном итоге возвращается к отправителю, который теперь отмечает, что сообщение было получено предполагаемым устройством. Затем отправитель может удалить сообщение и освободить этот токен для использования другими.
Различные поставщики ПК в разное время были сторонниками сетей Token Ring, и поэтому эти типы сетей были реализованы во многих организациях.
Протоколы
Сетевые протоколы — это стандарты, позволяющие компьютерам обмениваться данными. Протокол определяет, как компьютеры идентифицируют друг друга в сети, форму, которую данные должны принимать при передаче, и то, как эта информация обрабатывается после того, как она достигает конечного пункта назначения. Протоколы также определяют процедуры обработки потерянных или поврежденных передач или «пакетов». TCP/IP (для UNIX, Windows NT, Windows 95 и других платформ), IPX (для Novell NetWare), DECnet (для объединения в сеть компьютеров Digital Equipment Corp.), AppleTalk (для компьютеров Macintosh) и NetBIOS/NetBEUI (для LAN Manager). и сети Windows NT) являются основными типами сетевых протоколов, используемых сегодня.
Хотя каждый сетевой протокол отличается, все они используют одни и те же физические кабели. Этот общий метод доступа к физической сети позволяет нескольким протоколам мирно сосуществовать в сетевой среде и позволяет разработчику сети использовать общее оборудование для различных протоколов. Эта концепция известна как «независимость от протокола», что означает, что устройства, совместимые на физическом уровне и уровне канала передачи данных, позволяют пользователю запускать множество различных протоколов на одном и том же носителе.
СМИ
Важной частью проектирования и установки Ethernet является выбор подходящей среды Ethernet. В настоящее время используются четыре основных типа среды: толстый провод для сетей 10BASE5, тонкий коаксиальный кабель для сетей 10BASE2, неэкранированная витая пара (UTP) для сетей 10BASE-T и оптоволокно для 10BASE-FL или оптоволоконный межретрансляторный канал (FOIRL). ) сети. Такое широкое разнообразие носителей отражает эволюцию Ethernet, а также указывает на гибкость технологии. Thickwire была одной из первых кабельных систем, использовавшихся в Ethernet, но была дорогой и сложной в использовании. Это превратилось в тонкий коаксиальный кабель, с которым проще работать и он дешевле.
Наиболее популярными схемами подключения являются 10BASE-T и 100BASE-TX, в которых используется кабель с неэкранированной витой парой (UTP). Он аналогичен телефонному кабелю и поставляется в различных классах, каждый из которых имеет более высокие характеристики. Кабель уровня 5 — это самый высокий и самый дорогой сорт, поддерживающий скорость передачи до 100 Мбит/с. Кабель уровня 4 и уровня 3 дешевле, но не может поддерживать одинаковую скорость передачи данных; кабель уровня 4 может поддерживать скорость до 20 Мбит/с; уровень 3 до 16 Мбит/с. Стандарт 100BASE-T4 позволяет поддерживать Ethernet со скоростью 100 Мбит/с по кабелю уровня 3, но за счет добавления еще одной пары проводов (4 пары вместо 2 пар, используемых для 10BASE-T); для большинства пользователей это неудобная схема, и поэтому 100BASE-T4 не пользуется большой популярностью. Кабели уровня 2 и уровня 1 не используются при проектировании сетей 10BASE-T.
Для специализированных приложений популярны оптоволоконные или 10BASE-FL сегменты Ethernet. Волоконно-оптический кабель дороже, но он бесценен в ситуациях, когда возникают проблемы с электронным излучением и опасностями для окружающей среды. Волоконно-оптический кабель часто используется в приложениях между зданиями, чтобы изолировать сетевое оборудование от электрических повреждений, вызванных молнией. Поскольку он не проводит электричество, оптоволоконный кабель также может быть полезен в местах, где присутствует большое количество электромагнитных помех, например, на заводе. Стандарт Ethernet позволяет использовать сегменты оптоволоконного кабеля длиной до 2 километров, что делает оптоволоконный Ethernet идеальным для соединения узлов и зданий, которые в противном случае были бы недоступны с помощью медной среды.
Топологии
Топология сети представляет собой геометрическое расположение узлов и кабельных линий в локальной сети и используется в двух основных конфигурациях: шина и звезда. Эти две топологии определяют, как узлы связаны друг с другом. Узел — это активное устройство, подключенное к сети, например компьютер или принтер. Узел также может быть элементом сетевого оборудования, например концентратором, коммутатором или маршрутизатором. Топология шины состоит из узлов, соединенных вместе в серии, где каждый узел подключен к длинному кабелю или шине. Многие узлы могут подключиться к шине и начать связь со всеми другими узлами в этом сегменте кабеля. Обрыв в любом месте кабеля обычно приводит к неработоспособности всего сегмента, пока разрыв не будет устранен. Примеры топологии шины включают 10BASE2 и 10BASE5.
10BASE-T Ethernet и Fast Ethernet используют звездообразную топологию, в которой доступ контролируется центральным компьютером. Как правило, компьютер расположен на одном конце сегмента, а другой конец заканчивается в центре с помощью концентратора. Поскольку UTP часто используется вместе с телефонными кабелями, этим центральным местом может быть телефонный шкаф или другое место, где удобно подключить сегмент UTP к магистральной сети. Основным преимуществом этого типа сети является надежность, поскольку, если один из этих сегментов «точка-точка» имеет разрыв, это повлияет только на два узла на этом канале. Другие пользователи компьютеров в сети продолжают работать так, как будто этого сегмента не существует.
Столкновения
Ethernet — это общая среда, поэтому существуют правила отправки пакетов данных, чтобы избежать конфликтов и защитить целостность данных. Узлы определяют, когда сеть доступна для отправки пакетов. Возможно, что два узла в разных местах попытаются отправить данные одновременно. Когда оба ПК одновременно передают пакет в сеть, возникает коллизия.
Минимизация коллизий является важнейшим элементом проектирования и эксплуатации сетей. Увеличение коллизий часто является результатом слишком большого количества пользователей в сети, что приводит к большому количеству конфликтов за пропускную способность сети. Это может снизить производительность сети с точки зрения пользователя. Сегментация сети, когда сеть делится на разные части, логически соединенные вместе с помощью моста или коммутатора, является одним из способов уменьшения перегруженности сети.
Ethernet-продукты
Стандарты и технологии, которые только что обсуждались, помогают определить конкретные продукты, которые сетевые администраторы используют для построения сетей Ethernet. В следующем тексте обсуждаются ключевые продукты, необходимые для создания локальной сети Ethernet.
Трансиверы
Трансиверы используются для подключения узлов к различным средам Ethernet. Большинство компьютеров и сетевых интерфейсных плат содержат встроенный приемопередатчик 10BASE-T или 10BASE2, что позволяет подключать их напрямую к Ethernet, не требуя внешнего приемопередатчика. Многие устройства Ethernet имеют разъем AUI, позволяющий пользователю подключаться к любому типу носителя через внешний приемопередатчик. Разъем AUI состоит из 15-контактного разъема типа D-shell, гнездо со стороны компьютера и штекер со стороны приемопередатчика. Кабели Thickwire (10BASE5) также используют приемопередатчики для обеспечения соединений.
Для сетей Fast Ethernet был разработан новый интерфейс под названием MII (Media Independent Interface), предлагающий гибкий способ поддержки соединений со скоростью 100 Мбит/с. MII — популярный способ подключения каналов 100BASE-FX к медным устройствам Fast Ethernet.
Карты сетевого интерфейса
Карты сетевого интерфейса, обычно называемые NIC, используются для подключения ПК к сети. Сетевая карта обеспечивает физическое соединение между сетевым кабелем и внутренней шиной компьютера. Разные компьютеры имеют разную архитектуру шины; Главные слоты шины PCI чаще всего встречаются на ПК с процессором 486/Pentium, а слоты расширения ISA — на ПК с процессором 386 и старше. Сетевые карты бывают трех основных разновидностей: 8-битные, 16-битные и 32-битные. Чем больше количество битов, которое может быть передано на сетевую карту, тем быстрее сетевая карта может передавать данные по сетевому кабелю.
Многие адаптеры NIC соответствуют спецификациям Plug-n-Play. В этих системах сетевые карты настраиваются автоматически без вмешательства пользователя, а в системах без Plug-n-Play настройка выполняется вручную с помощью программы установки и/или DIP-переключателей.
Доступны карты для поддержки почти всех сетевых стандартов, включая новейшую среду Fast Ethernet. Сетевые адаптеры Fast Ethernet часто поддерживают скорость 10/100 и автоматически устанавливают соответствующую скорость. Полнодуплексная сеть — еще один вариант, когда выделенное подключение к коммутатору позволяет сетевой карте работать с удвоенной скоростью.
Концентраторы/Ретрансляторы
Концентраторы/повторители используются для соединения двух или более сегментов Ethernet любого типа среды. В более крупных конструкциях качество сигнала начинает ухудшаться по мере того, как сегменты превышают максимальную длину. Концентраторы обеспечивают усиление сигнала, необходимое для расширения сегмента на большее расстояние. Концентратор принимает любой входящий сигнал и повторяет его на всех портах.
Концентраторы Ethernet необходимы в звездообразных топологиях, таких как 10BASE-T. Многопортовый концентратор для витой пары позволяет объединить несколько сегментов «точка-точка» в одну сеть. Один конец канала «точка-точка» подключен к концентратору, а другой — к компьютеру. Если концентратор подключен к магистрали, то все компьютеры на концах сегментов витой пары могут взаимодействовать со всеми хостами на магистрали. Количество и тип концентраторов в любом домене с одной коллизией ограничены правилами Ethernet. Эти правила повторителя обсуждаются более подробно позже.
Очень важный факт, который следует отметить о концентраторах, заключается в том, что они позволяют пользователям совместно использовать только Ethernet. Сеть концентраторов/повторителей называется «общим Ethernet», что означает, что все члены сети соревнуются за передачу данных в единую сеть (домен коллизий). Это означает, что отдельные участники общей сети получат только процент от доступной пропускной способности сети. Количество и тип концентраторов в одном домене коллизий для Ethernet 10 Мбит/с ограничивается следующими правилами:
Тип сети Максимальное количество узлов на сегмент Максимальное расстояние на сегмент 10BASE-T 2 100м 10BASE2 30 185м 10BASE5 100 500м 10BASE-FL 2 2000м
нажмите здесь