Физическая среда Ethernet

Физическая среда играет важную роль как в формировании стоимости компьютерной сети, так и в потенциальных возможностях её развития. Как следует из рисунка базовые типы кабельных систем технологии Ethernet могут быть построены на двух вида коаксиального кабеля, оптического кабеля или витой пары.

Устаревшие коаксиальные кабельные системы обозначаются как 10Base5 и 10Base2. Первая цифра 10 означает «физическую» скорость передачи сигналов в 10 Мбит/с, слово «Base» – использование всего доступного частотного диапазона кабеля и, наконец, вторая цифра 5 или 2 — округлённый диаметр коаксиального кабеля в десятых долях дюйма. Кабели этих типов имеют волновое сопротивление 50 Ом, маркируются как RG 8/11 и RG58 и называются толстым (thick) и тонким (thin) Ethernet.

Оптические кабели обобщённо обозначаются как 10BaseF (Fiber). Различают стандарт 10BaseFL (доработка комитета IEEE 802.3 более ранней (80-е годы) технологии FOIRL (Fiber Optic Inter Repeater Link) для оптоволоконного соединения узлов сети) и 10BaseFB – для магистральных соединений оптических концентраторов и повторителей, отстоящих друг от друга на расстоянии до 2 км. По своим оптическим характеристикам кабели делят на одномодовые, рассчитанные на использование лазеров, и многомодовые, предназначенные для более дешёвых светодиодных излучателей. Из-за относительно высокой стоимости оптического кабеля и сложности его прокладки оптические кабельные системы редко используются в ЛВС.

Самым распространённым в ЛВС типом кабельной системы является витая пара 10BaseT (Twisted), представляющая собой заключенные в общую оболочку 8 разноцветных скрученных попарно проводов (IEEE 802.3i), из которых в классической технологии Ethernet используется только 2 пары для передачи и приёма сигналов. Альтернативным обозначением витой пары является UTP (Unshielded Twisted Pair) – неэкранированная витая пара.

Категории витой пары

Современный подход к созданию кабельных систем предполагает использование UTP как для компьютерных, так и учрежденческих телефонных сетей. Использование физической топологии «звезда» и организация всех необходимых для работы сети коммутаций в едином центре получило название «структурированная кабельная системама» (СКС).

Стандарты Ethernet кроме UTP допускают применение более дорогой, используемой в технологии Token Ring, экранированной витой пары STP (Shielded Twisted Pair) Type 1A, отличающейся наличием общей экранирующей оболочки.

При построении ЛВС ограничение диаметра сети связано с явлениями затухания сигнала из-за неизбежных потерь, перекрёстными искажениями, отражениями и пр. Согласно принятым соглашениям для корректной работы сети длина соединительного кабеля не должна превышать 100 м. Для увеличения диаметра сети возможно использование последовательного соединения концентраторов (hub), которые усиливают поступивший от любого узла (другого концентратора) сигнал и повторяют его на всех остальных своих портах (выходах).

Для предотвращения неустранимых коллизий рекомендуется придерживаться «правила 4-х хабов», т. е. в пределах коллизионного домена использовать не более 4 концентраторов.

Правило 4-х хабов не ограничивает размеры сети, т. к. коллизионный домен ограничивается коммутатором (Switch), посылающим пакеты в конкретный порт назначения и не дублирующий его в другие порты, или маршрутизатором (Router), реализующим функции коммутации пакетов на сетевом уровне. Различают также шлюзы (Gateway) – маршрутизаторы, связывающие разнородные сети.

Важным аспектом построения физической среды Ethernet является выбор сетевых адаптеров (NIC – Network Interface Card), устанавливаемых в компьютеры и осуществляющих физический доступ к сети.

Типы шин сетевых адапторов.

По возможности прямой работы с оперативной памятью компьютера (Bus mastering)

По размеру буферной памяти (стандартно входные и выходные буферы имеют размер 2 кбайта)

По «интеллектуальным» способностям – remote wake up (удалённая активизация).

По режиму обмена: симплекс (только передача или приём), дуплекс (одновременная передача и приём) и полудуплекс (часть времени передача, часть – приём).

По возможности обработки приоритета пакета IEEE 802.1p (QoS – Quality of Service).