Основы организации локальных компьютерных сетей на основе технологии Ethernet (стр. 3 из 5)
Коммутаторы рабочих групп могут работать со скоростью 10 или 100 Mbps для различных портов. Такая возможность снижает уровень блокировки при попытке организации нескольких соединений клиентов 10 Mbps с одним скоростным портом. В рабочих группах с архитектурой клиент-сервер несколько клиентов 10 Mbps могут обращаться к серверу, подключенному к порту 100 Mbps. В показанном примере, далее на рисунке, три узла 10 Mbps одновременно обращаются к серверу через порт 100 Mbps. Из полосы 100 Mbps, доступной для доступа к серверу, используется 30 Mbps, а 70 Mbps доступно для одновременного подключения к серверу еще семи устройств 10 Mbps через виртуальные каналы.
Поддержка различных скоростей полезна также для объединения групповых коммутаторов Ethernet с использованием концентраторов 100 Mbps Fast Ethernet (100Base-T) в качестве локальных магистралей (local backbone). Коммутаторы, поддерживающие скорости 10 Mbps и 100 Mbps подключены к концентратору 100 Mbps. Локальный трафик остается в пределах рабочей группы, а остальной трафик передается в сеть через концентратор 100 Mbps Ethernet.
Для подключения к повторителю 10 или 100 Mbps коммутатор должен иметь порт, способный работать с большим числом адресов Ethernet. Основным преимуществом коммутаторов для рабочих групп является высокая производительность сети на уровне рабочей группы за счет предоставления каждому пользователю выделенной полосы канала (10 или 100 Mbps). Кроме того, коммутаторы снижают (в пределе до нуля) количество коллизий - в отличие от магистральных коммутаторов, описанных ниже, коммутаторы рабочих групп, не будут передавать коллизионные фрагменты адресатам. Коммутаторы для рабочих групп позволяют полностью сохранить сетевую инфраструктуру со стороны клиентов, включая программы, сетевые адаптеры, кабели. Стоимость коммутаторов для рабочих групп в расчете на один порт сегодня сравнима с ценами портов управляемых концентраторов.
Магистральные коммутаторы
Магистральные коммутаторы обеспечивают соединение со скоростью передачи среды между парой незанятых сегментов Ethernet. Если скорость портов для отправителя и получателя совпадают, сегмент получателя должен быть свободен во избежание блокировки.
На уровне рабочей группы каждый узел разделяет полосу 10 Mbps с другими узлами в том же сегменте. Пакет, адресованный за пределы данной группы, будет передан магистральным коммутатором, как показано на рисунке выше. Магистральный коммутатор обеспечивает одновременную передачу пакетов со скоростью среды между любыми парами своих портов. Подобно коммутаторам для рабочих групп, магистральные коммутаторы могут поддерживать различную скорость для своих портов. Магистральные коммутаторы могут работать с сегментами 10Base-T и сегментами на основе коаксиального кабеля. В большинстве случаев использование магистральных коммутаторов обеспечивает более простой и эффективный способ повышения производительности сети по сравнению с маршрутизаторами и мостами.
Основным недостатком при работе с магистральными коммутаторами является то, что на уровне рабочих групп пользователи работают с разделяемой средой, если они подключены к сегментам, организованным на основе повторителей или коаксиального кабеля. Более того, время отклика на уровне рабочей группы может быть достаточно большим. В отличие от узлов, подключенных к портам коммутатора, для узлов, находящихся в сегментах 10Base-T или сегментах на основе коаксиального кабеля полоса 10 Mbps не гарантируется и они зачастую вынуждены ждать, пока другие узлы не закончат передачу своих пакетов. На уровне рабочей группы по прежнему сохраняются коллизии, а фрагменты пакетов с ошибками будут пересылаться во все сети, подключенные к магистрали. Перечисленных недостатков можно избежать, если на уровне рабочих групп использовать коммутаторы взамен хабов 10Base-T. В большинстве ресурсоемких приложений коммутатор 100 Mbps может выполнять роль скоростной магистрали для коммутаторов рабочих групп с портами 10 и 100 Mbps, концентраторами 100 Mbps и серверами, в которых установлены адаптеры Ethernet 100 Mbps.
Сравнение возможностей
Таблица 3/ Основные свойства коммутаторов Ethernet
| Характеристика | Коммутатор для рабочей группы | Магистральный коммутатор |
| Число узлов на порт | 1 | > 1 |
| Выделенная полоса для отдельного узла | + | - |
| Установка и конфигурирование | Простое | Средней сложности |
| Совместимость с существующими адаптерами, кабелями и программами | + | + |
| Соединение сегментов на основе коаксиального кабеля и витой пары | - | + |
| Отсутствие коллизий на уровне рабочей группы | + | - |
| При коммутации с буферизацией коллизии не передаются в другие сегменты | + | - |
| Безопасность | Высокий уровень | Средний уровень |
| Поддержка различных скоростей | Доступна | Доступна |
| Основные применения | Повышение производительности рабочих групп 10Base-T | Альтернатива мостам и маршрутизаторам для сегментирования сетей. Соединение коммутаторов рабочих групп. |
Преимущества коммутаторов Ethernet
Ниже перечислены основные преимущества использования коммутаторов Ethernet:
1.Повышение производительности за счет высокоскоростных соединений между сегментами Ethernet (магистральные коммутаторы) или узлами сети (коммутаторы для рабочих групп). В отличие от разделяемой среды Ethernet коммутаторы позволяют обеспечить рост интегральной производительности при добавлении в сеть пользователей или сегментов.
2. Снижение числа коллизий, особенно в тех случаях, когда каждый пользователь подключен к отдельному порту коммутатора.
3. Незначительные расходы при переходе от разделяемой среды к коммутируемой за счет сохранения существующей инфраструктуры 10 Mbps Ethernet (кабели, адаптеры, программы).
4. Повышение безопасности за счет передачи пакетов только в тот порт, к которому подключен адресат.
5. Малое и предсказуемое время задержки за счет того, что полосу разделяет небольшое число пользователей (в идеале - один)
КабельныесистемыFast Ethernet
Технология Fast Ethernet во многом совпадает с традиционной технологией Ethernet, но быстрее ее в 10 раз. Fast Ethernet или 100BASE-T работает со скоростью 100 мегабит в секунду (Mbps) вместо 10 для традиционного варианта Ethernet. Технология 100BASE-T использует кадры того же формата и длины, как Ethernet и не требует изменения протоколов высших уровней, приложений или сетевых ОС на рабочих станциях. Вы можете маршрутизировать и коммутировать пакеты между сетями 10 Mbps и 100 Mbps без трансляции протоколов и связанных с ней задержек. Технология Fast Ethernet использует протокол CSMA/CD подуровня MAC для обеспечения доступа к среде передачи. Большинство современных сетей Ethernet построены на основе топологии "звезда", где концентратор (коммутатор) является центром сети, а кабели от концентратора тянутся к каждому компьютеру. Такая же топология используется в сетях Fast Ethernet, хотя диаметр сети несколько меньше по причине более высокой скорости.
Кабельные системы Fast Ethernet
В сетях Fast Ethernet существует несколько правил, которые требуется соблюдать. В данном разделе приведены правила, относящиеся к кабельным системам:
· выбор кабелей
· длина кабелей
· спецификации кабелей категории 5
· нормальные и перекрученные (cross-over) кабели
· патч-панели
· переходные помехи
Fast Ethernet использует неэкранированный кабель из скрученных пар проводников (UTP), как указано в спецификации IEEE 802.3u для 100BASE-T. Стандарт рекомендует использовать кабель категории 5 с двумя или четырьмя парами проводников, помещенных в пластиковую оболочку. Кабели категории 5 сертифицированы для полосы пропускания 100 MHz. В 100BASE-TX одна пара используется для передачи данных, вторая - для обнаружения коллизий и приема. При выборе и установке кабельных систем категории 5 используйте приведенные ниже рекомендации:
· Сертификат. Удостоверьтесь, что выбранный кабель имеет категорию 5 и сертификат UL или ETL.
· Установка разъемов. Для минимизации переходных помех не допускайте раскручивания пар при установке разъемов RJ-45, максимум 1.5 см.
Длина кабелей
Длина кабелей в структурированных системах категории 5 описана в спецификации ANSI/EIA/TIA-568-A и не может превышать 100 метров:
· 6 m между концентратором и патч-панелью (если они используются)
· 90 m от кабельного шкафа до настенной розетки
· 3 m между розеткой и настольным устройством
Патч-панели и другое соединительное оборудование должны удовлетворять требованиям категории 5 (100 Mbps). Длина раскрученных участков пар при заделке в любые коммутационные устройства не должна превышать 1.5 см.
Кабельные спецификации
В таблице 1 приведены электрические спецификации для кабелей категории 5.
Таблица 1. Электрические спецификации кабелей категории 5
| Параметр | Значение |
| Число пар | 2 или 4 |
| Импеданс | 100 Ом +/- 15% |
| Емкость на частоте 1 KHz | < = 5.6 nF на 100 m |
| Максимальное затухание (dB на 100 m, при 20o C) | при 16 MHz: 8.2 при 31 MHz: 11.7 при 100 MHz: 22 |
| Переходное затухание NEXT (dB, не менее) | при 16 MHz: 44 при 31 MHz: 39 при 100 MHz: 32 |
Кабели UTP
При обмене данными между двумя устройствами приемник одного из устройств должен быть соединен с передатчиком другого и наоборот. Перекрутка пар (cross-over) обычно реализуется внутри одного из устройств при разводке кабеля в разъеме. Некоторые порты концентраторов и коммутаторов поддерживают возможность смены типа разводки проводников в разъеме (MDI-X или Normal). Сетевые адаптеры компьютеров обычно не позволяют менять тип разводки порта и обозначаются как устройства с портом MDI или Uplink. На рисунках 1 и 2 показаны варианты соединения портов прямым и перекрученным (cross-over) кабелем.