9. Активное и пассивное сетевое оборудование.
Построение любой сети требует укладки кабеля, соединения различных узлов и единиц техники, создание грамотной и эффективной топологии сети. Важную роль в этом процессе играет сетевое оборудование. Огромное кол-во разнообразных устройств, техники и прочих элементов входит в это понятие. Сегодня принято разделять все это на пассивное и активное оборудование.
Активное оборудование (коммутатор, маршрутизатор и пр.) – это электронные и электронно-оптические устройства, обрабатывающие, формирующие, преобразующие и коммутирующие электрические и/или оптические сигналы, передавая и получая эти сигналы с использованием дополнительных источников энергии.
Пассивное оборудование (кабели-кабель ftp, кабель utp, витая пара; концентраторы, розетки, короб, или кабельный канал, лоток, патч-панели и пр.) представляет собой сетевое оборудование, не потребляющее электричества и не вносящее изменений в сигнал на информационном уровне. Все это оборудование является частью структурированных кабельных систем.
Активное и пассивное сетевое оборудование позволяет логически разделить сеть на сегменты и наладить взаимосвязь между ними. Так, для объединения нескольких элементов сети в сегмент используют концентраторы или коммутаторы. Концентратор, или хаб (в англ. hub), пересылает получаемый сигнал на все активные элементы сети, создавая между ними и передающим сигнал оборудованием необоснованный трафик. Концентраторы являются пассивным сетевым оборудованием, так как сигнал никаким образом они не преобразуют.
10. Технология Ethernet, метод доступа csma/cd
Ethernet (эзернет, от лат. ether – эфир) – пакетная технология компьютерных сетей, преимущественно локальных.
Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде – на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 90-х годов прошлого века, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet, FDDI и Token Ring.
В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных, называемый методом коллективного доступа с опознаваением несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection,
CSMA/CD).
Этот метод используется исключительно в сетях с общей шиной (к которым относятся и радиосети, породившие этот метод). Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети.
Простота схемы подключения – это один из факторов, определивших успех стандарта Ethernet. Говорят, что кабель, к которому подключены все станции, работает в режиме коллективного доступа (multiply-access, MA).
Метод заключается в том, что все рабочие станции постоянно находятся в режиме прослушивания канала на предмет обнаружения передаваемого кадра данных. Соответственно, когда одна из станций обнаруживает, что передаваемый кадр содержит в заголовке ее адрес как адрес получателя, то она продолжит чтение кадра и по окончании приема проинформирует отправителя о его успешной доставке. Адрес станции-источника также включен в исходный кадр, поэтому станция-получатель знает, кому нужно послать ответ.
Пассивное сетевое оборудование
Под пассивным сетевым оборудованием подразумевается оборудование, не наделенное «интеллектуальными» особенностями. Например — кабельная система: кабель (коаксиальный и витая пара (UTP/STP)), вилка/розетка (RG58, RJ45, RJ11, GG45), повторитель (репитер), патч-панель, концентратор (хаб), балун (balun) для коаксиальных кабелей (RG-58) и т.д. Также, к пассивному оборудованию можно отнести монтажные шкафы и стойки, телекоммуникационные шкафы. Монтажные шкафы разделяют на: типовые, специализированные и антивандальные. По типу монтажа: настенные и напольные и другие.
Структурированная кабельная система (СКС) — физическая основа инфраструктуры здания, позволяющая свести в единую систему множество сетевых информационных сервисов разного назначения: локальные вычислительные и телефонные сети, системы безопасности, видеонаблюдения и т. д. Как правило, эти сервисы рассматриваются в рамках определенных служб предприятия.
СКС представляет собой иерархическую кабельную систему смонтированную в здании или в группе зданий, которая состоит из структурных подсистем. Её оборудование состоит из набора медных и оптических кабелей, кросс-панелей, соединительных шнуров, кабельных разъёмов, модульных гнезд, информационных розеток, а также из вспомогательного оборудования. Все элементы СКС интегрируются в единый комплекс (систему) и эксплуатируются согласно определённым правилам.
Кабельная система — это система, элементами которой являются кабели и компоненты, которые связаны с кабелем. К кабельным компонентам относится все пассивное коммутационное оборудование, служащее для соединения или физического окончания (терминирования) кабеля — телекоммуникационные розетки на рабочих местах, кроссовые и коммутационные панели (жаргон: «патч-панели») в телекоммуникационных помещениях, муфты и сплайсы;
Структурированная структура — это любой набор или комбинация связанных и зависимых составляющих частей. Термин «структурированная» означает, с одной стороны, способность системы поддерживать различные телекоммуникационные приложения (передачу речи, данных и видеоизображений), с другой — возможность применения различных компонентов и продукции различных производителей, и с третьей — способность к реализации так называемой мультимедийной среды, в которой используются несколько типов передающих сред — коаксиальный кабель, UTP, STP и оптическое волокно. Структуру кабельной системы определяет инфраструктура информационных технологий, IT (Information Technology), именно она диктует содержание конкретного проекта кабельной системы в соответствии с требованиями конечного пользователя, независимо от активного оборудования, которое может применяться впоследствии.
Сетевые адаптеры (Функции и характеристики сетевых адаптеров)
Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) вместе со своим драйвером реализует второй, канальный уровень модели открытых систем в конечном узле сети -компьютере. Более точно, в сетевой операционной системе пара адаптер и драйвер выполняет только функции физического и МАС — уровней, в то время как LLC-уровень обычно реализуется модулем операционной системы, единым для всех драйверов и сетевых адаптеров. Например, в ОС Windows NT уровень LLC реализуется в модуле NDIS, общем для всех драйверов сетевых адаптеров, независимо от того, какую технологию поддерживает драйвер.
Сетевой адаптер совместно с драйвером выполняют две операции: передачу и прием кадра.
Передача кадра из компьютера в кабель состоит из перечисленных ниже этапов (некоторые могут отсутствовать, в зависимости от принятых методов кодирования):
- Прием кадра данных LLC через межуровневый интерфейс вместе с адресной информацией МАС — уровня. Обычно взаимодействие между протоколами внутри компьютера происходит через буферы, расположенные в оперативной памяти. Данные для передачи в сеть помещаются в эти буферы протоколами верхних уровней, которые извлекают их из дисковой памяти либо из файлового кэша с помощью подсистемы ввода/вывода операционной системы.
- Оформление кадра данных МАС — уровня, в который инкапсулируется кадр LLC (с отброшенными флагами 01111110). Заполнение адресов назначения и источника, вычисление контрольной суммы.
- Формирование символов кодов при использовании избыточных кодов типа 4В/5В. Скрэмблирование кодов для получения более равномерного спектра сигналов. Этот этап используется не во всех протоколах — например, технология Ethernet 10 Мбит/с обходится без него.
- Выдача сигналов в кабель в соответствии с принятым линейным кодом — манчестерским, NRZI, MLT-3 и т. п.
Прием кадра из кабеля в компьютер включает следующие действия:
- Прием из кабеля сигналов, кодирующих битовый поток.
- Выделение сигналов на фоне шума. Эту операцию могут выполнять различные специализированные микросхемы или сигнальные процессоры DSP. В результате в приемнике адаптера образуется некоторая битовая последовательность, с большой степенью вероятности совпадающая с той, которая была послана передатчиком.
- Если данные перед отправкой в кабель подвергались скрэмблированию, то они пропускаются через дескрэмблер, после чего в адаптере восстанавливаются символы кода, посланные передатчиком.
- Проверка контрольной суммы кадра. Если она неверна, то кадр отбрасывается, а через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC передается соответствующий код ошибки. Если контрольная сумма верна, то из МАС — кадра извлекается кадр LLC и передается через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC. Кадр LLC помещается в буфер оперативной памяти.
Распределение обязанностей между сетевым адаптером и его драйвером стандартами не определяется, поэтому каждый производитель решает этот вопрос самостоятельно. Обычно сетевые адаптеры делятся на адаптеры для клиентских компьютеров и адаптеры для серверов.
В адаптерах для клиентских компьютеров значительная часть работы перекладывается на драйвер, тем самым адаптер оказывается проще и дешевле. Недостатком такого подхода является высокая степень загрузки центрального процессора компьютера рутинными работами по передаче кадров из оперативной памяти компьютера в сеть.
Поэтому адаптеры, предназначенные для серверов, обычно снабжаются собственными процессорами, которые самостоятельно выполняют большую часть работы по передаче кадров из оперативной памяти в сеть и в обратном направлении.
Пассивное сетевое оборудование. Типы сетевых носителей
К пассивному оборудованию сетей относятся кабели, разнообразные соединители и средства преобразования характеристик (переходники), включаемые между разнотипными кабелями и/или соединителями. Пассивное оборудование в основном определяется средой передачи данных. Традиционной и наиболее широко распространенной физической средой передачи информации в сетях являются кабели. Альтернативой кабелю являются беспроводная (wireless) связь с помощью инфракрасного излучения и радиосвязь, но эти виды связи по ряду причин пока что используются весьма ограниченно.
Коаксиа́льный ка́бель — вид электрического кабеля. Состоит из двух цилиндрических проводников, вставленных один в другой. Чаще всего используется центральный медный проводник, покрытый пластиковым изолирующим материалом, поверх которого идёт второй проводник — медная оплётка или алюминиевая фольга с оплёткой из медных лужёных проволок.
Вита́я па́ра (twisted pair) — вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой. Свивание проводников производится с целью повышения связи проводников одной пары (электромагнитная помеха одинаково влияет на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве сетевого носителя во многих технологиях, таких как Ethernet, Arcnet и Token Ring. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в монтаже, является самым распространённым решением для построения локальных сетей. Причинами перехода от коаксиального кабеля на витую пару были:
- возможность работы в дуплексном режиме; (то есть узел не может одновременно передавать и принимать информацию);
- низкая стоимость кабеля «витой пары»;
- более высокая надёжность сетей при неисправности в кабеле;