Текст книги "Создание и обслуживание сетей в Windows 7"

На сегодняшний день кабель «витая пара» (Twisted Pair) получил наибольшее распространение благодаря своим скоростным характеристикам и удобству прокладки. Его появление было вполне прогнозируемым, поскольку использование коаксиального кабеля накладывает ограничение на топологию сети, что в свою очередь отражается на скорости передачи данных и, самое главное, возможности ее модернизации, то есть использования более современного сетевого стандарта.

Свое название он получил благодаря особенности внутреннего исполнения: внутри кабеля может находиться от одной до двадцати пяти пар проводников, скрученных между собой и имеющих определенную цветовую раскраску.

Внешний вид кабеля «витая пара» зависит от того, какое количество проводников находится внутри него, какого типа оплетки используются для экранирования кабеля и пар, а также от наличия дополнительного заземляющего проводника (рис. 7.4).

^{Рис. 7.4. Внешний вид некоторых вариантов кабеля «витая пара»}

Различают экранированный (Shielded) и неэкранированный (Unshielded) кабели. Кроме того, существует много различных вариантов исполнения кабеля, среди которых наибольшее распространение получили UTP (Unshielded Twisted Pair, неэкранированная витая пара), F/UTP (Foiled Unshielded Twisted Pair, фольгированная неэкранированная витая пара), STP (Shielded Twisted Pair, экранированная витая пара), S/FTP (Screened Foiled Twisted Pair, фольгированная экранированная витая пара), SF/UTP (Screened Foiled Unshielded Twisted Pair, фольгированная неэкранированная витая пара) и др. Есть также несколько вариантов кабеля с многожильными проводниками.

Кабели различают и по категориям: чем выше категория, тем лучшими характеристиками (в том числе и скоростными) обладает кабель. В настоящее время существует семь категорий кабеля «витая пара», используемых для организации работы локальной сети. Например, кабель пятой категории позволяет передавать данные со скоростью 100 Мбит/c, а кабель шестой категории и выше обеспечивает скорость передачи данных не менее 1 Гбит/c. Кабель же седьмой категории теоретически способен передавать данные со скоростью 100 Гбит/с.

Кабель «витая пара» является самым популярным способом подключения компьютеров в домашних сетях. Стоимость кабеля достаточно низкая, а скорость передачи данных при этом находится на очень высоком уровне. Длины сегмента кабеля в 100 м хватает, чтобы подключить компьютер в квартире, просто свесив кабель с крыши и подведя его к окну. Именно такой способ подключения является самым простым и распространенным в домашних сетях.

Еще один вариант кабеля для передачи данных в сетях – оптоволоконный (Fiber Optic). Благодаря своим характеристикам именно оптоволоконный кабель имеет наибольшие шансы остаться в лидерах.

Его главным отличием от существующих вариантов кабеля является способ передачи электрических сигналов: для этого используется свет. Это означает, что оптоволоконный кабель не подвержен влиянию электромеханических наводок, а сигнал ослабевает гораздо меньше. Как результат – высокая скорость передачи данных на большие расстояния.

Оптоволоконные кабели отличаются конструкцией, точнее, диаметром сердцевины, то есть самого оптоволокна. Существует два варианта оптоволокна, которые и определяют характеристики кабеля. Так, различают одномодовое (SM, Single Mode) и многомодовое, или мультимодовое (MM, Multi Mode), волокно.

Упрощенная схема оптоволоконного кабеля показана на рис. 7.5.

^{Рис. 7.5. Строение оптоволоконного кабеля}

Основная деталь оптоволоконного кабеля – оптоволокно, или, как его еще называют, световод (1), по которому непосредственно и передается световой сигнал. Чтобы сигнал не уходил из световода, вокруг последнего располагается отражающая оболочка (2) толщиной 125 мкм и, наконец, оболочка (3), которая защищает кабель от внешних воздействий, например влаги или солнечных лучей.

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

Преимущества и недостатки одномодового и многомодового оптоволокна понять достаточно легко. По световоду передаются световые сигналы с длиной волны в диапазоне 0,85-1,3 мкм. Многомодовое волокно в зависимости от типа 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 сигнала. 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 практика: скорость передачи сигнала в простейшем одномодовом кабеле может достигать 2,5 Гбит/с при длине сегмента 20 и более километров.

К сожалению, распространению оптоволоконного кабеля мешают некоторые факторы, основными из которых являются дороговизна кабеля и обслуживающей его аппаратуры, а также необходимость в соответствующей подготовке при работе с кабелем.

Телефонный кабель, а точнее, телефонная линия, уже давно используется, например, для подключения удаленного компьютера к существующей сети, другому компьютеру или Интернету. Для этого существует достаточно большое количество протоколов и технологий, например 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 уже существующего канала связи, возможность развертывания сети там, где другой способ связи по разным причинам невозможен.

Телефонная линия 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.

Идеи использования электропроводки в качестве канала связи для передачи данных существовали уже достаточно давно. Причина 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, когда десять лет назад была создана организация HomePlug Powerline Alliance. Ее стараниями на свет появился первый стандарт HomePlug, который и 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 возможный выход из ситуации.

Удобно то, что для использования электрического кабеля в качестве среды передачи данных 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.

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 нас!

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 перед ними задачей.

Любая технология передачи данных использует определенный диапазон радиочастот, который строго регламентирован стандартами. Существуют даже 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 – мобильностью клиентов: никакая другая среда передачи данных не может похвастаться такими возможностями. Однако беспроводные сети более чувствительны к разного рода препятствиям и помехам распространению сигнала, что часто становится серьезным ограничением в их использовании.

Применение «радиоэфира» достаточно часто практикуется для подключения компьютеров к домашней локальной сети. Существуют даже 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 точнее, беспроводные точки доступа, очень чувствительно к грозам и молниям, которые часто выводят оборудование из строя, даже несмотря на наличие грозозащиты. Именно поэтому зачастую все же выбирают проводное соединение компьютеров, пусть даже и более дорогое.

Инфракрасное излучение используется в качестве среды передачи данных уже достаточно давно. Эту среду можно сравнить со средой радиоволн, 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 рядом расположенных компьютеров или компьютера с периферией.

Глава 8
Коротко о сетевых стандартах

Функционирование локальной сети обеспечивается разнообразными стандартами, в частности моделью взаимодействия открытых систем. Кроме того, на основе модели ISO/OSI создано множество стандартов, которые используются для передачи данных в локальной сети с достаточной по современным меркам скоростью и безопасностью.

На сегодняшний день существует достаточно много технологий построения локальной сети. Однако независимо от того, какие топологии, каналы связи и методы передачи данных используются, все они реализованы и описаны в так называемых сетевых стандартах. Таким образом, стандарт – это набор правил и соглашений, используемых при создании локальной сети и организации передачи данных с применением определенной топологии, оборудования, протоколов и т. д.

Логично, что сами по себе эти стандарты не появляются: они – результат слаженной работы множества организаций, которые, принимая во внимание современные требования и возможности, разрабатывают все необходимые правила, использование которых в результате позволяет создать сеть с необходимыми параметрами. К числу таких организаций относятся уже упомянутая международная организация по стандартизации, международная комиссия по электротехнике (International Electrotechnical Commision, IEC), международный союз электросвязи (International Telecommunications Union, ITU), институт инженеров электротехники и радиоэлектроники (Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE), ассоциация производителей компьютеров и оргтехники (Computer and Business Equipment Manufacturers Association, СВЕМА), американский национальный институт стандартов (American National Standards Institute, ANSI) и др. Каждая из этих организаций проводит практические исследования и вносит в создаваемые стандарты необходимые коррективы.

Существует достаточно большое количество сетевых стандартов, касающихся абсолютно всех аспектов работы сети. Однако если разработка стандартов относится к определенному типу сети, то имеется четкое разделение на уровне комитетов. При этом в состав комитета входят организации, непосредственно связанные с разрабатываемыми стандартами, то есть те, которые действительно понимают, что они делают и что от них зависит.

Что касается локальных компьютерных сетей, то за разработку сетевых стандартов отвечает комитет 802 по стандартизации локальных сетей, который в 1980 году был сформирован под эгидой IEEE (институт инженеров электротехники и радиоэлектроники). Именно поэтому все стандарты, разрабатываемые этим комитетом, в своем названии содержат IEEE 802.

В составе комитета 802 находится большое количество подкомитетов, каждый из которых работает по своему направлению и отвечает за стандартизацию разных типов сети и создание отчетов, описывающих разные процессы, которые возникают при передаче данных. Например, за разработку стандартов для сети с кабельной системой отвечает комитет IEEE 802.3, с использованием радиоэфира – комитет IEEE 802.11 и т. д.

Наиболее известными подкомитетами являются следующие.

▪ IEEE 802.1. Данный подкомитет занимается разработкой стандартов межсетевого взаимодействия и управления сетевыми устройствами. Он разрабатывает стандарты по управлению локальной сетью, принципам и логике работы активного сетевого оборудования, безопасности протоколов MAC-уровня и т. д.

▪ IEEE 802.2. Этот подкомитет разрабатывает стандарты для протоколов канального уровня, осуществляющих логическое управление средой передачи данных.

▪ IEEE 802.3. Работа данного подкомитета представляет особый интерес в рамках данной книги, поскольку именно он занимается разработкой стандартов для проводных сетей стандарта Ethernet, которые для доступа к среде передачи данных используют метод множественного доступа с контролем несущей частоты и обнаружением коллизий CSMA/CD. Данный комитет разработал более 30 стандартов, бóльшая часть которых находит свое применение в современных локальных сетях.

▪ IEEE 802.4. Этот комитет разрабатывает стандарты для локальных сетей, которые используют маркерный метод доступа к передающей сети и топологию «шина».

▪ IEEE 802.5. Данный комитет разрабатывает правила и спецификации для локальных сетей, которые в качестве метода доступа к среде передачи данных используют метод маркера и в основе которых лежит топология «кольцо».

▪ IEEE 802.6. Стандарты данного комитета описывают принципы и правила функционирования сетей городского масштаба (MAN).

▪ IEEE 802.11. Этот комитет разрабатывает стандарты и правила функционирования устройств в беспроводных локальных сетях, которые работают с частотами 2,4, 3,6 и 5 ГГц.

▪ IEEE 802.15. Данный комитет разрабатывает стандарты для персональных беспроводных сетей, использующих такие технологии передачи данных, как ZigBee, Bluetooth и т. д.

▪ IEEE 802.16. Внимание этого комитета сосредоточено на стандартизации функционирования локальных сетей (WiMAX) с использованием беспроводной связи в широком диапазоне частот (2-66 ГГц).

Глава 9
Активное и пассивное сетевое оборудование

Локальная сеть, независимо от применяемой топологии, сетевого стандарта и типа, использует различное сетевое оборудование, которое, согласно существующим стандартам, правилам и соглашениям, может передавать и принимать данные. Тип оборудования, его технические характеристики и его количество зависят от многих факторов, основными из которых являются:

▪ топология сети;

▪ тип среды передачи данных;

▪ используемый сетевой стандарт;

▪ количество узлов в сети;

▪ потребности пользователей;

▪ уровень безопасности работы с данными.

В данной главе рассмотрим основные элементы сетевого оборудования.

Активное оборудование

Оборудование, которое непосредственно участвует в процессе передачи данных путем аппаратной обработки сигнала, называется активным. К нему относятся сетевой адаптер, концентратор, коммутатор и т. д.

Сетевой «проводной» адаптер

Сетевой адаптер, или сетевая карта, – это ключевое оборудование, которое используется в качестве посредника между компьютером и средой передачи данных. Без сетевого адаптера невозможен обмен информацией в принципе.

Сетевой адаптер вне зависимости от того, для работы в сетях какого типа он предназначен, служит для обработки данных, поступающих ему от компьютера или по каналу передачи данных. В режиме передачи он преобразовывает поступившие от компьютера данные в электрический сигнал и отправляет его по каналу, используемому для передачи данных. В режиме получения данных он выполняет обратное действие: преобразовывает электрические сигналы в двоичные данные и передает их протоколам верхнего уровня.

Главное различие сетевых адаптеров (не учитывая способ приема и передачи данных) – вариант исполнения. Существует три варианта.

▪ Плата для установки в слот расширения. Представляет собой плату, содержащую необходимую аппаратную начинку, которую можно установить в свободный слот расширения материнской платы. До появления АТХ-стандарта этот вариант сетевого адаптера был наиболее распространенным и дешевым. Так, материнская плата, даже бюджетный ее вариант, всегда имеет в своем составе свободный слот, предназначенный для установки устройства любого типа. Как правило, это слот типа PCI или PCI Express (в персональных компьютерах) или PCMCIA-слот (в ноутбуках или других переносных устройствах).

▪ Внешний USB-адаптер. Использование USB-адаптеров для расширения функциональности компьютера уже давно стало одним из самых распространенных способов. Не являются исключением и сетевые адаптеры. Мало того, часто USB-порт становится единственным способом подключения дополнительных устройств. В некоторых случаях для подключения адаптера используется удлинительный USB-шнур.

▪ Интегрированный адаптер. Данный вариант сетевого адаптера получил, пожалуй, наибольшее распространение. Причиной тому стал АТХ-стандарт материнских плат, который предусматривает использование интегрированных решений, в частности – сетевого адаптера стандарта 100Base-TX или ему подобного. Правда, иногда встречаются материнские платы, которые дополнительно содержат интегрированный беспроводной контроллер стандарта IEEE 802.11b или IEEE 802.11g.

Кроме варианта исполнения, сетевые адаптеры отличаются поддержкой того или иного сетевого стандарта. Так, сетевой стандарт 10Base-2, 10Base-5 или 10Base-T подразумевает использование порта с BNC-коннектором. В свое время, когда наступил переломный момент, появились сетевые адаптеры, содержащие как BNC-, так и RJ-45-разъем. Внешний вид такого адаптера показан на рис. 9.1.

Сетевой стандарт 100Base-TX или 1000Base-T подразумевает использование адаптера с портом RJ-45. Внешний вид такого адаптера в виде платы расширения показан на рис. 9.2, а в USB-варианте – на рис. 9.3.

Несколько иначе выглядят сетевые адаптеры, предназначенные для работы со стандартами HomePNA (рис. 9.4) и HomePlug (рис. 9.5).

^{Рис. 9.1. Сетевой адаптер для коаксиальных стандартов}

^{Рис. 9.2. Сетевой адаптер в виде платы расширения для кабеля «витая пара»}

^{Рис. 9.3. Сетевой адаптер стандарта 100Base-TX в USB-исполнении}

^{Рис. 9.4. Сетевой адаптер стандарта HomePNA}

^{Рис. 9.5. Сетевой адаптер стандарта HomePlug}

^{Рис. 9.6. Сетевой адаптер для установки в PCMCIA-порт}

У адаптеров HomePNA и HomePlug кроме порта, с помощью которого они подключаются к среде передачи данных, присутствует порт RJ-45. Используя RJ-45-порт, адаптер присоединяется к Ethernet-адаптеру на материнской плате и уже через него передает данные, которые поступают через «родной» канал связи.

Особняком стоят адаптеры, предназначенные для установки в переносные компьютеры. Как правило, подобного рода компьютеры изначально снабжаются максимальным количеством устройств для разного вида связи. Однако если сетевой адаптер нужного типа все же отсутствует, всегда можно воспользоваться PCMCIA-разъемом (рис. 9.6), который предназначен именно для таких случаев.