Лабораторная работа №9 по курсу ВССТ.
Тема: Изучение стандартных сегментов сети Ethernet – 10BASE-T и 10BASE-FL.
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). Это самый поздний стандарт Ethernet на основе электрического кабеля (развивается с 1990 года). Он считается перспективным, и практически вытеснил сегменты 10BASE5 и 10BASE2.
Данный тип сегмента Ethernet имеет все преимущества и недостатки пассивной звезды.
С одной стороны, он заметно дороже шинного сегмента 10BASE2, так как требует обязательного применения концентратора (хаба). Суммарное количество кабеля, необходимого для объединения такого же количества компьютеров, оказывается гораздо больше, чем в случае шины. С другой стороны, обрыв кабеля не приводит к отказу всей сети, монтаж, а также диагностика неисправности сети проще. Кроме того, важно и то, что к каждому компьютеру подводится один кабель, а не два, как в случае 10BASE2, не нужно применять также внешние терминаторы и заземлять сеть.
Однако главное преимущество 10BASE-T в том, что только данный стандарт благодаря использованию передачи "точка-точка" позволяет выполнить плавный перевод сети Ethernet в сеть Fast Ethernet. Подробнее об этом – в конце данной главы.
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 (хабу), 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 (рис. 2.1), которая, как уже отмечалось, равноценна топологии шина.
Использование двух встречно направленных витых пар упрощает задачу детектирования коллизий. Коллизия детектируется тогда, когда имеется входной сигнал во время передачи.
Рис. 2.1. Подключения абонентов 10BASE-T с помощью витой пары
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 (рис. 2.2). Общее правило выбора конфигурации в данном случае выглядит так: между двумя абонентами не может быть больше четырех концентраторов.
Рис. 2.2. Соединение абонентов 10BASE-T с помощью концентраторов
Гальваническая развязка осуществляется аппаратурой адаптеров и имеет типовое напряжение изоляции 100 В, что соответствует параметрам 10BASE2.
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 категории 3. Но в настоящее время рекомендуется использовать более качественный кабель категории 5 (или даже выше), который позволяет без проблем переходить на Fast Ethernet.
Кабели присоединяются к адаптеру и к концентратору 8-контактными разъемами типа RJ-45 (рис. 2.3), внешне похожими на обычные телефонные разъемы, в которых используются только четыре контакта.
Монтаж и обслуживание неэкранированных кабелей с витыми парами (UTP-кабелей) гораздо проще, чем коаксиальных кабелей, так как они не имеют металлической оплетки. UTP-кабели стоят примерно вдвое дешевле, чем тонкий коаксиальный кабель, но при этом надо учитывать, что в случае топологии пассивная звезда кабеля обычно требуется гораздо больше, чем при топологии шина.
Рис. 2.3. Разъем RJ-45
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. 2.4). 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
Рис. 2.4. Соединение проводов прямого и перекрестного кабелей сегмента 10BASE-T
(стандарт рекомендует помечать такой порт буквой "Х"), поэтому, выполняя соединения в сети, следует быть очень аккуратным.
Необходимо также принимать во внимание и то, что кабель, соединяющий между собой два концентратора через обычные порты, должен быть перекрестным (на рис. 2.2 он помечен буквой "х"). 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. Для визуального контроля правильности соединений предусмотрены специальные светодиоды "Link", которые горят при правильном соединении аппаратуры. Это очень удобно и выгодно отличает сегмент 10BASE-T от 10BASE2 и 10BASE5, где подобная функция из-за шинной структуры в принципе не может быть предусмотрена, так как в них все абоненты соединены параллельно.
Минимальный набор оборудования для сети на витой паре включает в себя следующие элементы:
- сетевые адаптеры (по числу объединяемых в сеть компьютеров), имеющие UTP-разъемы RJ-45;
- отрезки кабеля с разъемами RJ-45 на обоих концах (по числу объединяемых компьютеров);
- один концентратор, имеющий столько UTP-портов с разъемами RJ-45, сколько необходимо объединить компьютеров.
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. 2.5.
Рис. 2.5. 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. Целостность линии связи, как и в случае 10BASE-T, индицируется светодиодами "Link". Для присоединения трансивера к адаптеру применяется стандартный AUI-кабель, такой же, как и в случае 10BASE5,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.
Первоначально оптоволоконная связь применялась преимущественно для связи между репитерами. Первый стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link), разработанный в начале восьмидесятых годов 20 века, предполагал как раз связь между двумя репитерами на расстояние до 1000 метров. Затем были разработаны оптоволоконные трансиверы для подключения к репитеру отдельных компьютеров и стандарт 10BASE-F,включающий в себя следующие три типа сегментов:
- 10BASE-FL (Fiber Link) – заменил старый стандарт FOIRL и наиболее распространен в настоящее время. Он обеспечивает связь между двумя компьютерами, между двумя репитерами или между компьютером и репитером. Максимальное расстояние – до 2000 метров.
- 10BASE-FВ (Fiber Backbone) – стандарт предназначен для синхронного обмена между несколькими репитерами с целью образования базовой распределенной репитерной системы. Максимальное расстояние – до 2000 метров. Совместим со стандартом 10BASE-FL, однако широкого распространения не получил.
- 10BASE-FP (Fiber Passive) – предназначен для объединения в топологию пассивная звезда без использования репитеров до 33 компьютеров (для этого применяются специальные пассивные оптические разветвители). Максимальное расстояние от компьютера до разветвителя – до 500 метров. Такое значительное сокращение допустимого расстояния объясняется сильным затуханием в пассивном оптическом разветвителе. Стандарт несовместим с 10BASE-FL. Широкого распространения этот тип сегмента также не получил.
Таким образом, сейчас реально используется только стандарт 10BASE-FL.
В 10BASE-FL применяется мультимодовый кабель и свет с длиной волны 850 нанометров, однако имеется аппаратура и для использования одномодового кабеля (с предельной длиной до 5 км).
Стандартный оптоволоконный кабель 10BASE-FL должен иметь на обоих концах оптоволоконные байонетные ST-разъемы, показанные на рис. 2.6. Присоединение этого разъема к трансиверу или концентратору не сложнее, чем BNC-разъема в сети 10BASE2.
Рис. 2.6. ST-разъем для оптоволоконного кабеля
Используются также оптоволоконные разъемы типа SC, присоединяемые подобно RJ-45 путем простого вставления в гнездо. Разъемы SC обычно жестко соединены по два для двух кабелей (рис. 2.7).
Рис. 2.7. SC-разъем для оптоволоконного кабеля
Пример соединения компьютеров с помощью оптоволоконного кабеля в топологию пассивная звезда показан на рис. 2.8.
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.
Минимальный набор оборудования для соединения оптоволоконным кабелем двух компьютеров включает в себя следующие элементы:
- два сетевых адаптера с трансиверными разъемами;
- два оптоволоконных трансивера (FOMAU);
- два трансиверных кабеля;
- два оптоволоконных кабеля с ST-разъемами (или с SC разъемами) на концах.
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.
Рис. 2.8. Объединение компьютеров в сеть по стандарту 10BASE-FL
Объединение стандартных сегментов.
При необходимости соединения двух и более сегментов сети, использующих разные технологии (например, 10Base2 и 10BaseFL) возможны следующие варианты решения:
- Использование гибридных концентраторов (10BaseT) или FOMAU (10BaseFL).
Помимо стандартных для той или иной технологии разъемов концентраторы могут иметь 1-3 дополнительных разъема для подключения к другим сегментам Ethernet, например 10Base5 или 10Base2. В таком случае концентратор служит полноценным центром составной сети.
- При отсутствии в сети концентраторов для соединения сегментов разного типа можно использовать устройства – медиаконвертеры. Они имеют 2 разъема разных типов и осуществляют перенос сигнала из одной среды в другую (рис. 2.9).
Рис. 2.9. Использование медиаконвертеров для соединения различных сегментов сетей.
Контрольные вопросы.
1. Краткая характеристика технологии 10BASE-T.
2. В чем преимущество использования топологии «пассивная звезда»?
3. Как можно объединить несколько концентраторов?
4. Какие виды соединения проводов кабеля применяются в сети 10BASE-T?
5. Краткая характеристика технологии 10BASE-FL.
6. Как происходит соединение адаптера и концентратора в 10BASE-FL?
7. Какие типы разъемов используются в 10BASE-FL?
8. Какие элементы включает в себя минимальный набор оборудования для соединения оптоволоконным кабелем двух компьютеров?
9. Способы объединения стандартных сегментов.
Задание.
В комнате 8 компьютеров.
1. Нарисуйте в отчете схему их подключения в сеть с использованием технологии 10BaseT и 10BaseFL.
2. Объедините 2 полученные сети в одну.
