Создание, обслуживание и администрирование сетей на 100%

Обычно оптоволоконный кабель снабжается дополнительными уровнями прочности: применяются разного рода лаковые покрытия, дополнительные оболочки (буферы), усилительные тросы и т. д. Кроме того, большое распространение получили кабели с несколькими световодами, что позволяет значительно увеличить пропускную способность кабеля.

Преимущества и недостатки одномодового и многомодового оптоволокна понять достаточно просто. Так, по световоду передаются световые сигналы с длиной волны в диапазоне 0,85–1,3 мкм. Многомодовое волокно, в зависимости от типа стандарта, имеет толщину световода 50 или 62,5 мкм, в то время как у одномодового волокна данный показатель составляет примерно 7–9 мкм. Если представить себе, как будет распространяться свет в подобных «коридорах», то становится ясно, что чем уже «коридор», тем меньше отражений будет испытывать данный сигнал, а значит, меньшими будут искажения и затухание. Конечно, такое теоретическое изложение принципа распространения сигнала в кабеле далеко от идеального, но и его вполне достаточно, чтобы сделать однозначный вывод: одномодовый кабель гораздо практичнее и лучше. Об этом же свидетельствует существующая практика: скорость передачи сигнала в простейшем одномодовом кабеле может достигать 2,5 Гбит/с при длине сегмента 20 и более километров.

Распространение оптоволоконного кабеля сдерживают несколько факторов, основными из которых является дороговизна кабеля и обслуживающей его аппаратуры, а также необходимость в соответствующей подготовке при работе с кабелем.

Телефонная проводка

Телефонный кабель, а точнее, телефонная линия, уже давно используется, например, для подключения удаленного компьютера к существующей сети, к другому компьютеру или к Интернету. Для этого существует достаточно большое количество соответствующих протоколов и технологий: Frame Relay, ADSL и т. д.

Не так давно появилась технология, которая дает возможность использовать существующую аналоговую или цифровую телефонную линию для объединения компьютеров в локальную сеть. Речь идет о стандартах HomePNA, оборудование которых позволяет объединить в локальную сеть достаточно большое количество компьютеров и обеспечить при этом хорошую скорость передачи данных.

Плюсы такой сети очевидны: низкая стоимость создания, применение заведомо существующего канала связи, возможность развертывания сети там, где другой способ связи по разным причинам невозможен.

Существующее подключение к телефонной линии часто используется для подключения компьютеров к «домашней» локальной сети. В этом случае к щитку на лестничной площадке или в любое другое удобное место подводится кабель «витая пара» и устанавливается специальный конвертер с Ethernet на HomePNA, соединяющий «витую пару» с телефонным кабелем, заходящим в квартиру. В результате разводка квартиры превращается в отдельную локальную сеть, подключение к которой осуществляется с помощью адаптеров HomePNA.

Электропроводка

Идеи использования электропроводки в качестве канала связи для передачи данных существовали уже достаточно давно. Причина этого очень проста: электрическим кабелем буквально опутаны все места обитания человека, поэтому вполне логично было бы использовать его для решения еще одной задачи. Однако воплотить эту мечту в жизнь мешал недостаток знаний и соответствующих технологий.

Все изменилось с того момента, как десять лет назад появилась организация HomePlug Powerline Alliance. Ее стараниями на свет появился первый стандарт HomePlug, который позволил осуществить мечту. Конечно, он не может составить серьезную конкуренцию другим способам связи, но в случае, когда никакой другой способ создания локальной сети не подходит, это реальный выход из ситуации.

Из плюсов использования электрического кабеля в качестве среды передачи данных можно отметить то, что он не обязательно должен быть однородным! Именно так: передача данных будет возможна даже в случае, когда электрический кабель представляет собой скрутку кабелей из разных материалов различного сечения и разной длины.

Поскольку электропроводка для своих прямых целей применяет диапазон частот 50–60 Гц, то для передачи данных используется другая частота, которая не является помехой для работы электрических устройств, а именно диапазон частот 4–20 МГц.

Радиоволны

Пожалуй, самая интересная и перспективная среда передачи данных – это радиоволны. Возможности этой среды практически неограниченны, о чем свидетельствует множество разнообразнейших способов ее использования: спутниковое телевидение, радиовещание, мобильная связь и многое другое. Тяжело даже представить себе, сколько различных радиоволн окружают нашу планету!

Использование радиоволн в качестве среды передачи данных в локальных сетях практикуется уже очень давно и, что самое главное, очень успешно.

Существует достаточно много беспроводных технологий, которые позволяют это сделать, например Wi-Fi, WiMAX, Bluetooth и т. д. Каждая из них имеет свои особенности и ограничения, но тем не менее отлично справляется с поставленной задачей.

Любая технология передачи данных использует определенный диапазон радиочастот, который принят в качестве стандарта. Существуют даже соответствующие государственные структуры по контролю над применением этих частот. Например, беспроводная сеть, построенная по стандарту IEEE 802.11 (Wi-Fi), использует в своей работе диапазон частот 2400–2483,5 МГц, а беспроводная сеть стандарта WiMAX – диапазон частот 2300–2400 МГц.

Популярность беспроводных сетей обусловлена одним очень серьезным преимуществом, а именно – мобильностью клиентов: никакая другая среда передачи данных не может похвастаться такими возможностями. С другой стороны, беспроводные сети более чувствительны к разного рода препятствиям и помехам распространению сигнала, что часто становится серьезным препятствием в их использовании.

Применение «радиоэфира» достаточно часто практикуется для подключения компьютеров к «домашней» локальной сети. Существуют даже такие «домашние» сети, которые подразумевают только такой способ подключения.

Однако есть и существенный недостаток использования беспроводного оборудования, особенно в условиях открытого пространства, то есть на улице. Как показала практика, беспроводное оборудование, а именно беспроводные точки доступа, очень чувствительны к грозам и молниям. Очень часто эти явления становятся причиной выхода из строя оборудования, даже несмотря на наличие грозозащиты. Именно поэтому зачастую все же выбирают проводное соединение компьютеров, пусть даже и более дорогое.

Инфракрасное излучение

Использование инфракрасного излучения в качестве среды передачи данных практикуется уже достаточно давно. Эту среду можно сравнить с радиоволнами, поскольку они обе используют невидимые глазу волны, только работают по-разному.

Данная технология развивалась достаточно быстро, поскольку ее перспективы были очевидны. Это же подтверждала и скорость передачи данных, теоретический показатель которой доходил до 100 Мбит/с. Однако зависимость распространения сигнала от наличия препятствий ограничивала широкое распространение этого способа связи. По этой причине свое основное применение технология передачи данных посредством инфракрасных волн нашла в устройствах удаленного управления объектами, например телевизионным приемником, магнитофоном, гаражными воротами и т. д. Тем не менее подобные технологии могут использоваться и в локальных сетях, например для соединения двух расположенных рядом компьютеров или компьютера с периферией.

Глава 6

Методы доступа к передающей среде

? Ethernet

? Token Ring

Как вы уже знаете, для передачи данных по сети используется множество протоколов, работающих на разных уровнях модели ISO/OSI. Чтобы они могли сделать свою работу качественно, процесс передачи данных должен пройти гладко и без ошибок.

Поскольку используются разные технологии построения сетей, например различные сетевые топологии, принцип передачи данных между ними неодинаков. Однако это никак не должно волновать отправителя и получателя информации. Чтобы исключить разнообразные коллизии, когда сразу несколько компьютеров пытаются передавать данные, используются специальные протоколы канального уровня, которые организуют доступ к передающей среде, предварительно исследовав ее и захватив нужный ресурс.

Как мы уже говорили выше, за работу канального уровня отвечают два подуровня – LLC и MAC. Первый из них служит для управления логическим каналом, а второй – для управления доступом к общей среде передачи данных. Именно второй уровень, то есть MAC, представляет наибольший интерес, и именно на нем работают некоторые протоколы, которые предоставляют доступ к разделяемой среде, то есть каналу связи. А уже после того как доступ к передающей среде получен, за работу принимается более высокий уровень, то есть LLC, и начинается передача данных.

Наибольшую популярность в локальных сетях получили два метода доступа к разделяемой среде – Ethernet и Token Ring. Первый из них используется в сетях с применением топологий «шина» и «звезда», а второй – в сетях, построенных по топологии «кольцо».

Ethernet

Метод доступа Ethernet – получил свое распространение преимущественно в сетях стандартов IEEE 802.3. Этот метод имеет несколько модификаций, которые называются CSMA, CSMA/CD и CSMA/CA.

CSMA

Метод доступа к передающей среде CSMA (Carrier Sense Multiple Access) является первым из подобных методов. В данный момент используются его более совершенные модификации. Тем не менее подходы, применяемые в нем, используются и в последующих его модификациях.

Принцип работы метода CSMA достаточно простой и базируется на том, что, прежде чем начать передачу данных, в течение конкретного промежутка времени идет прослушивание канала. Если обнаружены шумы (синхронизирующий сигнал определенной частоты), то есть уже ведется передача данных другими объектами, процесс прослушивания повторяется по прошествии некоторого времени. Если никаких шумов не обнаружено, канал считается незанятым, и начинается передача пакетов с данными.

CSMA/CD

Метод доступа к передающей среде CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), или метод множественного доступа с контролем несущей частоты и обнаружения коллизий, является улучшенной модификацией протокола CSMA. Этот метод используется во всех существующих сетях Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, работа которых описана спецификацией IEEE 802.3.

При использовании метода CSMA часто происходит так, что, прослушав канал на наличие синхронизирующего сигнала и не обнаружив такового (то есть линия считается «чистой»), передачу данных могут произвести сразу несколько компьютеров, что, естественно, вызовет коллизии, и данные будут потеряны.

Согласно методу CSMA/CD, прослушивание линии происходит постоянно, при этом если передаваемые сигналы и наблюдаемые сигналы не совпадают, значит, кто-то еще делает попытку передачи данных. В этом случае, чтобы избежать коллизий и потери данных, передача данных временно прекращается, и отправитель отправляет в линию специальный сигнал jam (32-битная последовательность), который информирует все остальные компьютеры о том, что уже ведется передача данных и компьютерам запрещено осуществлять аналогичные действия. По истечении случайного промежутка времени происходит повторная попытка передачи данных. С каждой новой попыткой время ожидания увеличивается, но если после 16 последовательных попыток передача данных не будет возобновлена, фиксируется ошибка, говорящая о том, что канал передачи данных недоступен, и сообщение об этом поступает протоколу верхнего уровня.

Благодаря такому подходу передача данных происходит не только быстрее (не нужно повторно передавать весь объем), но и с большей гарантией того, что они будут доставлены, даже несмотря на то, что за качество доставки отвечает уровень LLC.

CSMA/CA

Метод доступа к передающей среде CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), или метод множественного доступа с контролем несущей частоты и избеганием коллизий, также является модификацией протокола CSMA. Данный метод доступа к среде чаще всего используется в беспроводных сетях, работа которых описана спецификацией IEEE 802.11.

В отличие от метода доступа к среде CSMA/CD, в которой jam-сигнал высылается только при обнаружении коллизии, метод CSMA/CA сначала отправляет jam-сигнал, информирующий о том, что станция хочет передавать данные, и только потом передает сигнал. После того как выслан jam-сигнал, станция еще некоторое время ожидает и проверяет канал на наличие аналогичных jam-пакетов. Если таковой обнаружен, то есть кто-то уже ведет вещание, станция ждет случайный промежуток времени, и затем процесс повторяется. Если никаких чужих передач не обнаружено, станция начинает передавать данные до тех пор, пока все они не будут переданы. При таком подходе, даже если будет обнаружен чужой jam-пакет, это приведет не к коллизии при передаче данных, а лишь к коллизии jam-пакетов.

Token Ring

Данный метод доступа к общей передающей среде характерен только для сетей, построенных с применением сетевой топологии «кольцо», представителями которых и являются Token Ring и FDDI.

В данном методе используется понятие маркера (Token) – метки специального типа, которая является одним из типов кадра, применяемых для обмена информацией в сетях подобного рода. При наличии маркера любой компьютер сети может передавать данные столько, сколько это будет необходимо, и при этом ему никто не помешает.

Организация сети по топологии «кольцо» подразумевает, что данные передаются по кругу всем участникам сети. При этом блок данных снабжается адресом отправителя, адресом получателя и маркером. Когда получатель, предварительно сверив адрес из блока данных со своим физическим адресом, понимает, что данный пакет адресован ему, он изменяет блок данных, убрав из него маркер. Этот факт и является свидетельством того, что передача данных уже ведется, и другие участники сети просто передают данные далее. После того как данные попали к отправителю, он начинает передачу данных по сформировавшемуся маршруту и ведет ее до тех пор, пока весь объем данных не будет передан. Затем получатель освобождает маркер, добавив его в последний пакет подтверждения доставки, и после этого любой участник сети может захватить его для своих нужд.

Глава 7