Повторители
Повторитель (репитер, repeater) соединяет два или несколько кабельных сегментов и ретранслирует любой входящий сигнал на все другие сегменты. Сегмент кабеля – это один отрезок кабеля, удовлетворяющий спецификациям IЕЕE, (например, отрезок кабеля 10Base2 длиной 185 м, к которому подключено не более 30 узлов, включая терминаторы и сетевое оборудование). Повторители представляют собой недорогое решение, реализующей передачу данных на Физическом уровне OSI (поскольку они работают с физическим сигналом) и позволяющее соединять пользователей, находящихся в удаленных концах здания – на расстояниях, не отвечающих требованиями IEEE на длину отдельного кабельного сегмента. Повторитель может выполнять следующие функции Физического уровня:
- фильтровать искажения сигнала или шум, вызванный радио или электромагнитными помехами;
- усиливать входящий сигнал и восстанавливать его форму для более точной передачи;
- синхронизировать сигнал (в сетях Ethernet);
- воспроизводить сигнал на всех кабельных сегментах.
Синхронизация позволяет избегать конфликтов сигналов в сети Ethernet, когда сигнал передается в кабель. Повторители позволяют выполнить следующие задачи:
- удлинить кабельную систему (например, на расстояние более 185 м для сегмента 10Base2 и свыше 500 м – для 10Base5);
- увеличить количество подключенных узлов и обойти ограничения, налагаемые на отдельный сегмент (например, подключить свыше 30 узлов в сети Ethernet);
- распознать сетевую ошибку и отключить сегмент кабеля;
- подключиться к компонентам в других сетевых устройствах, таких как концентраторы и коммутаторы, а также усилить и синхронизировать сигналы;
- соединить сегменты, работающие с разной передающей средой (например, подключить сегмент 10BaseT к сегменту 10Base2 или сегмент 10Base2 к сегменту 10Base5);
- удлинить сегменты магистрального кабеля в локальных и глобальных сетях;
- удлинить сегменты оптоволоконного кабеля;
- увеличить рабочее расстояние для Т-линий.
Если повторитель ретранслирует сигнал в два и более кабельных сегмента, он называется многопортовым повторителем. Например, повторитель может иметь порты для 2–8 дополнительных сегментов. Кабель, отходящий от некоторого порта, рассматривается как нормальный кабельный сегмент. То есть многопортовый повторитель сети 10Base2 может передавать сигнал в несколько кабелей длиной 185 м. Каждый кабель может иметь до 29 подключенных узлов, включая терминаторы на своих концах. На рис.1 показана сеть старого образца, в которой сегменты 10Base2 подключены через повторитель к магистрали 10Base5.
Согласно спецификациям IEEE, можно использовать четыре повторителя, Чтобы увеличить длину толстого коаксиального кабеля до 2500 м, а длину Тонкого коаксиала – до 1000 м. В зависимости от топологии сети и используемой передающей среды, отдельный пакет данных может проходиться более чем через четыре повторителя. Если между двумя узлами расположен четыре повторителя, то, по меньшей мере, два связующих сегмента не должны иметь подключенных компьютеров.
Рисунок 1. Многопортовый повторитель.
Повторители применяются как в локальных и региональных сетях, так и глобальных сетях. Например, глобальную сеть на основе линии Т-1 можно удлинять, помещая повторители через каждые 2,2 км.
В спецификациях IEEE 802.3u для Fast Ethernet описаны два типа повторителей: Класс 1 (Class I) и Класс 2 (Class II). Повторители Класса 1 работают медленнее, чем повторители Класса 2, и, следовательно, только один повторитель Класса 1 можно использовать в одной области коллизий (когда сегменты кабеля, отходящие от повторителей, имеют максимальную длину 100 м). Таким образом, между двумя любыми конечными узлами можно поместить только один повторитель Класса 1. В этом случае область коллизий (collision domain) будет состоять из двух сегментов, соединенных одним или несколькими повторителями.
В сети с повторителями Класса 2 в области коллизий могут использоваться несколько повторителей, однако при этом между любыми двумя конечными узлами не должно быть включено более двух повторителей Класса 2. Когда в сеть стандарта IEEE 802.3u включаются два повторителя, максимальная длина кабеля между ними равна 5 м, а каждый повторитель может обслуживать кабельные соединения длиной до 100 м(что дает общую длину, равную 205 м).
Хотя повторители Класса 1 и медленнее, чем повторители Класса 2, они важны при соединении различных передающих сред (например, при подключении кабельного сегмента 100BaseT4 к сегменту 100BaseTX). В этом случае повторитель Класса 1 успевает передавать пакеты между сегментами.
У многих повторителей имеются порты, предназначенные для различных типов входящих кабельных подключений (например, для толстого и для тонкого кабеля Ethernet). Многие повторители также имеют порт AUI для подключения к коаксиальной или оптоволоконной магистрали при использовании соответствующего трансивера. Выходные порты обычно рассчитаны на тонкий коаксиальный кабель, однако имеются и другие варианты.
Ниже перечислены некоторые пары кабельных сегментов, связываемых при помощи повторителя:
- толстый коаксиал и толстый коаксиал;
- тонкий коаксиал и тонкий коаксиал;
- толстый коаксиал и тонкий коаксиал;
- толстый коаксиал и оптоволокно;
- тонкий коаксиал и оптоволокно;
- витая пара и оптоволокно;
- толстый коаксиал и витая пара;
- тонкий коаксиал и витая пара;
- оптоволокно и оптоволокно.
Повторители непрерывно следят за исправностью каждого выходного кабельного сегмента (например, за ошибками передачи сигналов, вызванными отсутствием терминатора или повреждением кабеля). В случае ошибки повторитель перестает передавать данные в неисправный сегмент. Такой способ отключения сегмента называется изолированием, или секционированием (partitioning). Например, некоторый сегмент может быть изолирован, если на нем отсутствует терминатор или если неисправен сетевой адаптер какой-нибудь рабочей станции, и он создает избыточный сетевой трафик. Когда сегмент изолирован, ни один узел этого сегмента не может пересылать данные. Как только сетевая проблема устраняется, повторитель способен заново инициализировать сегмент и возобновить передачу информации.
Простые повторители являются недорогим решением для расширения устаревшей шинной топологии сетей на основе коаксиальных кабелей. Однако при развитии сети повторители, в конце концов, станут препятствием на пути создания высокоскоростной сети и могут быть узкими местами сетевой топологии. При разработке новой сети с самого начала используйте саке современное оборудование, имеющее встроенные возможности повторите (например, централизованные коммутаторы (см. разд. «Коммутаторы»)).
При использовании многопортового повторителя сеть проектируется так, чтобы на одном сегменте располагалось минимальное количество узлов. Например, для сети с 40 рабочими станциями создаются четыре сегмента по 10 станции каждом (а не два сегмента с 12 и 28 узлами), в этом случае изолирование в ней некоторого сегмента затронет минимальное число компьютеров.
Одним из достоинств повторителей является то, что они представляют собой недорогой способ расширения сети. Недостаток заключается в том, что они могут создать дополнительный трафик в загруженной сети, поскольку ретранслируют входящий сигнал во все исходящие сегменты. Большая часть этого трафика бесполезна, т. к. нет смысла передавать данные в те сегменты, в которых отсутствует целевой узел.
Некоторые коммутаторы и концентраторы (рассматриваемые далее в главе) фактически работают как повторители, поскольку они усиливают, синхронизируют и ретранслируют информационные сигналы. Перед тем как подключи подобные устройства к сети, просмотрите документацию и определите, они дают ли порты свойствами повторителей. Если эти функции имеются, то уточните, к какому классу повторителей (Класс 1 или Класс 2) относятся данные порты. Принимайте во внимание полученную информацию, т. к. стандарты, определяющие характеристики повторителей, распространяются и на другие устройства, выполняющие аналогичные функции.
Повторитель
Повторитель (репи́тер, от англ. repeater ) — сетевое оборудование, предназначенное для увеличения расстояния сетевого соединения путём повторения электрического сигнала «один в один». Бывают однопортовые повторители и многопортовые. В терминах модели OSI работает на физическом уровне.
Одной из первых задач, которая стоит перед любой технологией транспортировки данных, является возможность их передачи на максимально большое расстояние. Физическая среда накладывает на этот процесс своё ограничение — рано или поздно мощность сигнала падает, и приём становится невозможным. Но ещё большее значение имеет то, что искажается «форма сигнала» — закономерность, в соответствии с которой мгновенное значение уровня сигнала изменяется во времени. Это происходит в результате того, что провода, по которым передаётся сигнал, имеют собственную ёмкость и индуктивность. Электрические и магнитные поля одного проводника наводят ЭДС в других проводниках (длинная линия).
Привычное для аналоговых систем усиление не годится для высокочастотных цифровых сигналов. Разумеется, при его использовании какой-то небольшой эффект может быть достигнут, но с увеличением расстояния искажения быстро нарушат целостность данных.
Проблема не нова, и в таких ситуациях применяют не усиление, а повторение сигнала. При этом устройство на входе должно принимать сигнал, далее распознавать его первоначальный вид, и генерировать на выходе его точную копию. Такая схема в теории может передавать данные на сколь угодно большие расстояния (если не учитывать особенности разделения физической среды в Ethernet).
Первоначально в Ethernet использовался коаксиальный кабель с топологией «шина», и нужно было соединять между собой всего несколько протяжённых сегментов. Для этого обычно использовались повторители (repeater), имевшие два порта. Несколько позже появились многопортовые устройства, называемые концентраторами (concentrator). Их физический смысл был точно такой же, но восстановленный сигнал транслировался на все активные порты, кроме того, с которого пришёл сигнал.
С появлением протокола 10baseT (витой пары) для избежания терминологической путаницы многопортовые повторители для витой пары стали называться сетевыми концентраторами (хабами), а коаксиальные — повторителями (репитерами), по крайней мере, в русскоязычной литературе. Эти названия хорошо прижились и используются в настоящее время очень широко.