Сергеев А.П. Офисные локальные сети. Самоучитель

Подождите немного. Документ загружается.

законов и

принципов

ее функционирования вовсе не помешает. Не следует также за-

бывать о том, что существует

другая

категория домашних пользователей. Для них ПК

дает возможность завершить выполнение важной работы или получить доступ к кор-

поративной базе данных при возникновении экстренной необходимости. В этом слу-

чае на

помощь

придут технологии удаленного доступа к локальным сетям, описание

которых приводится в этой книге. Для

начала

проанализируем

преимущества

и недос-

татки применения

компьютерных

сетей.

Компьютерные сети: преимущества и недостатки

Рано или поздно, количественный рост компьютеров, сосредоточенных на ограни-

ченном рабочем

пространстве

(офис, производственный цех и т.д.) приводит к качест-

венному скачку — к формированию локальной вычислительной сети. Согласно

обще-

принятому определению, локальная

вычислительная

сеть — это совокупность компью-

теров, расположенных, как правило, в пределах одного здания, которые объединены с

помощью каналов передачи данных. Глобальную сеть образуют локальные сети, объе-

диненные с помощью каналов передачи данных.

Разумеется, какое-то время можно обойтись и без сетей. Но представьте себе ти-

пичный современный офис, в котором установлены, как минимум, три компьютера

(бухгалтер, секретарь и директор), а важные файлы передаются с помощью дискеток,

выстраивается "живая очередь" к единственному лазерному принтеру или сканеру и так

далее... Представили? Конечно, подобная ситуация в настоящее время практически не

встречается, хотя всякое в жизни бывает. Если профессионалы, деятельность которых

связана с компьютерами, без сети "просто жить не могут", то персонал разного рода

торгово-закупочных фирм придерживается несколько иного мнения на сей счет.

А сейчас я позволю себе

вкратие

обрисовать основные

преимущества,

связанные с

применением компьютерных сетей:

• возможность совместного использования периферийных устройств (таких как

сканеры,

принтеры,

Web-камеры и т.д.);

• повышение эффективности и скорости обработки информации в группе со-

трудников;

• обеспечение совместного доступа к Internet;

• быстрое получение доступа к корпоративным хранилищам информации (базы

данных, носители на магнитных лентах).

Конечно, как и в любом деле, не обходится без некоторых проблем. Использова-

ние компьютерных сетей несет потенциальную угрозу безопасности для данных, пе-

редаваемых по этим сетям, существует также опасность "паралича" деятельности всей

фирмы в случае нарушения работоспособности сети. Однако

преимущества

"с голо-

вой" перевешивают недостатки. В настоящее

время

сетевые технологии исключитель-

но надежны, а угроза безопасности возникает лишь в том случае, если компьютеры

подключены к

Internet.

Но здесь на помошь может прийти брандмауэр

(лучше

всего

аппаратный). Эти замечательные устройства будут подробнее рассмотрены в главе 8.

И если вы еще до сих пор не перешли на работу с компьютерными сетями, делайте

это именно сейчас, не откладывая в "долгий ящик", чтобы безнадежно не отстать от

"поезда научно-технического прогресса".

Топология компьютерных сетей

Сети бывают разные. Наиболее часто применяется классификация сетей в соответ-

ствии с их топологией. Различают физическую и логическую топологии. Физическая

топология определяет тип применяемого кабеля, а также способ его прокладки. Логи-

Глава

Построение локальных компьютерных сетей 21

ческая

топология описывает путь, по которому передаются сигналы в сети. Несмотря

на кажущуюся схожесть этих понятий, на самом деле они описывают

различные

ве-

ши. Ниже представлен краткий перечень наиболее широко распространенных топо-

логий локальных сетей:

• шинная;

• кольцевая;

•

звездообразная;

• ячеистая;

• смешанная.

Сети с шинной топологией

Локальная сеть, построенная в соответствии с шинной топологией, характеризует-

ся свойством прямолинейности. Сетевой кабель проложен последовательно, от

ком-

пьютера к компьютеру. Пример сети, описываемой шинной топологией, приводится

на

рис.

1.1.

Сканер Принтер Рабочая станция Рабочая станция Сервер

Рис. 1.1. Пример шинной топологии: компьютеры объединены

по

"линейке"

В сетях подобного типа обязательно применение терминатора (конечная нагрузка

шины). Это устройство

предотвращает

возможность отражения

сигнала,

нарушающего

работоспособность сети. Один из

концов

шины следует заземлять.

Как правило, в сетях с шинной топологией применяется тонкий или толстый ко-

аксиальный кабель (IOBase2 или

IOBase5).

Подключение подобного кабеля к сетевым

адаптерам, установленным в компьютерах,

производится

помощью

Т-образных

адаптеров. Подробно архитектура сети с шинной топологией рассматривается в гла-

ве 3, а технологические приемы, используемые в процессе прокладки коаксиальных

кабелей, изложены в главе 5.

В процессе функционирования сетей этого типа сообщения, отсылаемые каждым

компьютером, принимаются всеми компьютерами, подключенными к шине. Заголов-

ки

сообщений

анализируются сетевыми адаптерами. В

процессе

анализа определяется

компьютер-адресат для данного

сообщения.

Сети с шинной топологией обладают следующими

преимуществами:

• простота реализации;

•

относительная дешевизна.

Ниже приведено краткое описание недостатков сетей с шинной топологией:

• пассивный характер, приводящий к значительному затуханию сигнала;

• уязвимость сети (одна общая

шина).

22 Часть I. Основы теории компьютерных сетей

Сети с кольцевой топологией

Если соединить между собой концы шины, то получим классический пример сети

с кольцевой топологией. Каждый компьютер подключен к двум соседним, вследствие

чего сигнал циркулирует "по кругу" (рис. 1.2). В этом случае терминаторы не

требу-

ются, поскольку отсутствует изолированный конец сети.

В кольцевой сети также используется коаксиальный кабель. Для специального ви-

да кольцевой сети (Token Ring, представляет логическое кольцо в соответствии со

спецификацией IEEE 802.5) применяется кабель экранированной витой пары (STP).

Сервер

Рабочая

станция

Рис.

1.2.

Кольцевая сеть характеризуется тем, что

компьютеры образуют

"хоровод"

В кольцевой сети передача сигнала происходит в одном направлении. Каждый

компьютер принимает сигнал от соседа слева и передает его соседу справа. Подобный

вид топологии именуется

активным,

поскольку в процессе передачи происходит до-

полнительное усиление сигнала.

Чаше всего кольцевая топология реализуется практически в виде архитектуры To-

ken Ring. В этом случае применяется концентратор Token

Ring,

также именуемый

MSAU

(Multistation Access Unit, Модуль многостанционного доступа).

Преимущества сетей с кольцевой топологией:

• простота физической

реализации;

• легкость при устранении различного рода неполадок.

Некоторые недостатки, связанные с применением кольцевых сетей:

• невысокая степень надежности (при разрыве кольца вся сеть выходит из строя);

• трудность добавления новых компьютеров.

Сети звездообразной топологии

Общеизвестно,

что звезда — одна из наиболее распространенных топологий, приме-

няемых в процессе построения локальных сетей. В процессе формирования сети подоб-

ного типа каждый компьютер соединяется с центральным концентратором (рис.

1.3).

Глава

Построение локальных компьютерных сетей 23

Рабочая

станция

Рабочая станция Сервер

Рис. 1.3. В сетях звездообразной топологии все компью-

теры соединены с

центральным

концентратором

Применяемый в этом случае концентратор может быть активным, пассивным или

интеллектуальным.

Пассивный

концентратор

служит для реализации физического со-

единения, совершенно не потребляя при этом энергии. Наиболее распространен ак-

тивный

концентратор,

который фактически является многопортовым

повторителем.

Этот вид концентраторов выполняет усиление передаваемых сигналов. Если активный

концентратор снабжен диагностическим оборудованием, его называют интеллектуаль-

ным концентратором. Подробно концентраторы рассматриваются в главе 3.

В процессе конструирования сетей звездообразной

топологии

применяется кабель

неэкранированной витой пары (архитектура

Ethernet,

lOBaseT или 100BaseT).

В обычной звездообразной сети сигнал передается от сетевых

адаптеров,

установ-

ленных в компьютерах, к концентраторам. Затем производится усиление сигнала с

последующей

его обратной передачей сетевым адаптерам.

Преимущества звездообразной топологии:

• повышенная устойчивость сети;

• легкость добавления/исключения нового компьютера в сети;

• простота диагностики и устранения неполадок.

Недостатки звездообразной топологии:

• повышенный расход кабеля при

прокладке

сети;

• необходимость приобретения дорогостоящего концентратора.

Сети с ячеистой топологией

По сравнению с описанными ранее, эта топология не столь распространена

(рис.

1.4).

В процессе физической реализации данной топологии каждый компьютер

сети соединяется непосредственно с другим компьютером.

Этот вид топологии более устойчив к сбоям благодаря наличию различных путей

прохождения сигнала.

Однако данное преимущество практически полностью нивелируется необходимо-

стью огромного количества кабелей (в случае большого количества компьютеров) и

сложностью самой сети. Добавление каждого нового компьютера в состав сети приво-

дит к экспоненциальному росту

количества

необходимых сетевых соединений.

24 Часть I. Основы теории компьютерных сетей

Рабочая

станция

Сервер

Рабочая

станций

Рабочая станция

Рис.

1.4.

Пример сети с ячеистой топологией

Сети со смешанными топологиями

Сети подобного типа характеризуются топологией,

объединяющей

элементы не-

скольких стандартных топологий.

Примером подобной топологии может служить так называемая смешанная ячеистая

топология, когда избыточные соединения

устанавливаются

только между наиболее

важными

компьютерами. Пример подобной сети приведен на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Сеть со смешанной

ячеи-

стой топологией

Термин смешанный может также применяться по отношению к сетям, использую-

щим несколько топологий. Сети подобного типа достаточно широко распространены.

Сеть со

смешанной

топологией можно создать, соединив несколько

концентраторов

помощью

шины,

а затем подключив к каждому

концентратору

несколько компьютеров.

В данном случае кабель, проложенный между концентраторами, называется

маги-

стральным.

помощью

этого кабеля реализуется соединение между компонентами

сети, называемыми сегментами. Благодаря этому можно сформировать достаточно

большую и сложную сеть.

Глава

Построение локальных

компьютерных

сетей

Основные среды передачи информации

Средой

передачи

информации называется канал связи, установленный между

сете-

выми компьютерами. Различают кабельные и беспроводные каналы связи. В настоящее

время наиболее распространены именно кабельные системы, что связано с относи-

тельной дешевизной этого технологического решения (особенно в случае применения

традиционных

медных кабелей).

Как правило, данные в локальных сетях передаются последовательно (поразрядно).

Это решение способствует уменьшению стоимости самого кабеля, поскольку с ростом

числа каналов связи неизбежно увеличивается количество

проводящих

жил в самом

кабеле. Использование достаточно длинных кабелей неизбежно ведет к удорожанию

сети, причем порой стоимость кабеля сопоставима со стоимостью остальных аппарат-

ных компонентов сети.

Существуют

также и другие негативные моменты, связанные с

параллельной передачей сигналов по кабелю.

Все кабели, применяемые в локальных сетях, можно отнести к одной из трех ка-

тегорий:

• кабели на основе витых пар (twisted pair), которые, в свою очередь, бывают эк-

ранированными (shielded

twisted

pair,

STP), а также неэкранированными

(unshielded twisted pair,

UTP);

• коаксиальные кабели (coaxial cable);

• оптоволоконные кабели (fiber cable).

Невозможно однозначно сказать, какой кабель

лучше,

а какой — хуже. Все опре-

деляется конкретной решаемой задачей (сетевая архитектура и топология, величина

бюджетных средств, наличие требований относительно расширяемости сети в буду-

щем и т.д.). При наличии специфических требований к развертываемой локальной се-

ти может оказаться приемлемым беспроводное решение. В этом случае информация

передается по радиоканалу или с

помошью

инфракрасных лучей. Теперь подробно

рассмотрим среды передачи данных.

Кабели витых пар

Этот вид кабеля применяется для монтажа простейших и наименее затратных ло-

кальных

сетей,

причем расстояние между соседними компьютерами в данном случае

редко превышает 100 м.

Кабель этого вида обычно включает две (или четыре) пары витых проводов (рис. 1.6).

В кабеле экранированной витой пары каждая пара витых проводов заключается в

металлический экран. Благодаря этому уменьшается влияние внешних помех, а также

исключаются внутренние наводки,

возникающие

в процессе передачи сигналов в ло-

кальной сети.

Естественно,

что такой кабель стоит дороже. Помимо этого усложняет-

ся конструкция разъемов, соединяющих

STP-кабель

с сетевым адаптером.

В силу изложенных причин наибольшее распространение получили

UTP-кабели.

Несмотря на некоторые недостатки, связанные с их применением (длина кабельного

сегмента редко превышает 100 м, а скорость передачи данных ограничена значением

100

Мбит/с), именно в этом случае возможно быстро и легко построить локальную сеть.

В соответствии с общепринятыми стандартами, выделяют пять категорий

UTP-

ка

белей.

• Категория 1. Обычный телефонный кабель (отсутствует скрутка между прово-

дами), пригодный лишь для передачи

речи,

а не компьютерных данных, Кабе-

лю такого рода

присуща

нестабильность параметров (волновое сопротивление,

полоса пропускания, не нормируется уровень перекрестных помех).

Часть

I. Основы теории компьютерных сетей

Рис. 1.6. Кабель витой пары

• Категория 2. Витые пары, предназначенные для передачи сигналов, частота ко-

торых не превышает 1

МГц.

Для кабелей этих типов уровень перекрестных

помех не нормируется, В

настоящее

время данный тип кабеля практически не

используется.

• Категория 3. Этот кабель предназначается для передачи сигналов, полоса час-

тот которых не превышает 16 МГц. Витые пары,

образующие

этот кабель, со-

стоят из девяти витков провода из расчета на метр длины. Для кабеля норми-

рованы все параметры, а волновое сопротивление равно 100 Ом. Именно этот

кабель является наиболее дешевым и широко применяемым для прокладки ло-

кальных сетей.

• Категория 4. Кабель предназначен для передачи сигналов в диапазоне частот до

МГц.

Применяется сравнительно редко, поскольку не намного лучше изде-

лий из третьей категории, а стоит

существенно

дороже. При

изготовлении

ка-

белей этого типа производится тестирование всех электрических параметров, а

волновое сопротивление равно 100 Ом. Данный тип кабеля в свое время был

разработан в соответствии со стандартом IEEE 802.5.

• Категория 5. Этот кабель в настоящее время является наилучшим по совокуп-

ности всех электрических параметров и может применяться для передачи сиг-

налов,

максимальная частота которых не превышает 100 МГц. Витые пары об-

разуют 27 витков на метр длины. Для кабеля нормированы все электрические

параметры, а волновое сопротивление составляет 100 Ом. Именно этот тип ка-

беля рекомендуется применять в

современных

высокоскоростных сетях типа

Fast Ethernet. Его стоимость примерно в 1,5 раза превышает стоимость кабеля,

относящегося к категории 3.

настоящее

время разработаны типы кабелей, которые можно отнести к катего-

рии 6 и 7. Они предназначаются для передачи сигналов в диапазонах до 200 и

600 МГц, соответственно.

В стандарте

Е1А/Т1А

568 определяется полное волновое сопротивление кабелей,

относящихся к категориям 3-5. Эта величина составляет 100 Ом

(причем

допускается

разброс до 15 % в ту или иную сторону). Волновое сопротивление для кабеля экрани-

рованной витой пары определяется равным 150 Ом, причем величина разброса будет

такой же. Если величины волнового сопротивления кабелей и прочего сетевого обо-

рудования не совпадают, применяются согласующие трансформаторы.

Стандартом также определяются такие параметры кабеля, как максимальное зату-

хание сигнала разных частот на 1000 футов (305 метров), величина перекрестной на-

Глава

Построение локальных компьютерных сетей

водки, а также допустимое значение рабочей емкости. Так, например,

затухание

сиг-

нала частотой 16 МГц для кабеля категории 3 составляет 40 дБ, а для кабеля катего-

рии 5 — 25 дБ. Как видите, разница достаточно серьезная.

Для подсоединения кабеля к сетевому адаптеру применяются разъемы типа

RJ-45

(напоминают всем известные телефонные разъемы европейского образца

RJ-11).

По типу оболочки различают кабели в

поливинил

хлорид

ной изоляции

(ПВХ)

и в

тефлоновой изоляции. Естественно, что второй тип кабеля лучше (более прочен и

негорюч), но его стоимость

существенно

выше.

Коаксиальные кабели

Электрический кабель, состоящий из

центральной

жилы и металлической оплетки,

разделенных слоем диэлектрика и помещенных в

общую

изоляционную

оболочку,

на-

зывается коаксиальным кабелем (рис. 1.7),

внутренне

изоляция

внешняя оболочка

медная жила металлическая оплетка

Рис.

1.7.

Устройство коаксиального кабеля

Сравнительно недавно коаксиальный кабель был широко распространенным в си-

лу

присущих

ему положительных качеств. Высокая степень

помехозащищенности

(благодаря наличию металлической оплетки), высокая скорость передачи данных (до

500 Мбит/с) и низкий уровень электромагнитных помех совершенно справедливо

принесли ему лавры чемпиона среди кабелей локальных сетей. Однако повышенная

стоимость коаксиального кабеля и усложненный монтаж сетей на его основе привели

к тому, что на первое место вышел кабель витой пары. Область применения

коакси-

ального кабеля на момент написания книги — сети с шинной и звездообразной топо-

логией.

Чаще всего волновое сопротивление коаксиального кабеля, применяемого в ло-

кальных сетях, составляет 50 или 93 Ома.

Существуют два основных типа коаксиальных кабелей: тонкий (thin) кабель, диа-

метр которого составляет 5 мм, и толстый (thick) кабель диаметром 10 мм. Толстый

кабель более жесткий, он

обеспечивает

меньшее затухание сигнала, но и стоит, соот-

ветственно, дороже.

Как правило, в настоящее время коаксиальный кабель при прокладке локальных се-

тей не используется. Его практически вытеснили витая пара и оптоволокно.

Оптоволоконные кабели

В оптоволоконных кабелях передача информации

осуществляется

помощью

све-

тового луча. Структура кабеля этого типа (рис. 1.8) напоминает структуру коаксиаль-

ного кабеля, за исключением небольших отличий. Вместо центральной медной жилы

применяется тонкое стекловолокно (диаметр ]

—10

мкм), внутренняя изоляция заме-

нена стеклянной (или пластиковой) оболочкой, коэффициент преломления которой

28 Часть I. Основы теории компьютерных сетей

значительно меньше, чем

коэффициент

преломления центрального стекловолокна.

Благодаря явлению отражения света от границы сред с различным преломлением све-

товой луч может распространяться на значительные расстояния с минимальным зату-

ханием.

центральное волокно

стеклянная оболочка

внешняя

оболочка

Рис.

1.8.

Оптоволоконный

кабель

Оптоволоконный кабель обеспечивает высочайшую степень

помехозащищенности

и секретности, а также громадную полосу пропускания (до

10'

ГГц). К недостаткам

этого типа кабеля относят высокую сложность монтажа (особенно затруднено присое-

динение разъемов), а также меньшую механическую прочность и гибкость.

Различают два типа оптоволоконных кабелей:

• многомодовый;

• одномодовый.

Основное различие между ними заключается в разном режиме передачи световых

лучей.

Диаметр центрального волокна

одномодового

кабеля составляет около 1,3 мкм,

причем передаваемый свет имеет аналогичную длину волны. В качестве излучателя

используется лазер. В этом случае дисперсия и потери сигнала незначительны, что

позволяет прокладывать весьма протяженные сетевые

магистрали.

многомодовом

кабеле диаметр центрального волокна составляет 62,5 мкм, а

внешней оболочки — 125 мкм. По кабелю передается "пучок" лучей, сгенерирован-

ных специальным светодиодом. Длина света обычно составляет 0,85 мкм.

Конечно,

характеристики

многомодового

кабеля хуже, чем одномодового, но благо-

даря своей дешевизне многомодовый кабель получил более широкое распространение.

Беспроводные каналы связи

Помимо традиционных кабельных сетей можно

воспользоваться

беспроводными

каналами связи (радиоканал и инфракрасный канал). В этом случае пользователь сети

не "привязан" к кабелю, трудоемкий монтаж кабельной системы также не требуется.

Обеспечиваются достаточно высокие скорости передачи данных, хотя этот параметр

не всегда стабилен.

Глава

Построение локальных компьютерных сетей

Радиосети

В этом случае информация передается по радиоканалу, причем дальность связи

может составлять несколько сотен километров, а величина скорости передачи данных

может достигать десятки Мбит/с. Основная область применения радиоканала — орга-

низация

связи

в глобальных сетях. В локальных сетях радиоканал применяется значи-

тельно реже в силу низкой помехозащищенности, полного отсутствия

секретности,

также невысокой надежности связи.

Инфракрасные сети

Благодаря применению инфракрасных каналов передачи

информации

обеспечива-

ется нечувствительность к электромагнитным помехам. Предельная скорость передачи

информации достигает 5-10 Мбит/с. Защищенность передаваемых данных вовсе не

гарантируется, а стоимость вспомогательного оборудования достаточно велика.

Резюме

Итак, мы вкратце рассмотрели основные топологии локальных компьютерных се-

тей,

а также среды передачи данных. Приведены сравнительные характеристики для

каждой топологии, изложены практические рекомендации, позволяющие воспользо-

ваться взвешенным подходом при выборе того или иного типа локальной сети. В лю-

бом случае, окончательное решение относительно выбора локальной сети за

вами,

до-

рогие читатели!

Контрольные вопросы

Контрольные вопросы позволят вам проверить

степень

усвоения материала, изло-

женного в главе. Внимательно прочтите их, а затем выберите наиболее подходящий

вариант ответа.

J. Какое из приведенных

определений

не относится к топологии локальной сети?

а) шинная;

б) звездообразная;

в) кольцо;

г) ячеистая;

д) прямолинейная.

2. Какова полоса пропускания частот у витой пары категории 5?

а) до 200 Мбит/с;

б) до 500 Мбит/с;

в) до 100 Мбит/с;

г) до 50 Мбит/с.

3. Каковы

преимущества

беспроводных каналов связи?

а) низкая стоимость реализации;

б) высокая степень защиты передаваемой информации;

в) быстрое монтирование и легкость изменения конфигурации.

30 Часть I. Основы

теории

компьютерных

сетей