Топологии сети определяется типом кабеля

Физический уровень сети Ethernet

Наиболее распространенное на текущий момент семейство протоколов, на основе которого строятся локальные сети и Интернет – это семейство Ethernet, определяемое различными итерациями стандарта IEEE 802.3. Внутри этого семейства существуют десятки различных протоколов, однако они обладают общими характеристиками, которые, в основном, и будут обсуждаться.

Протоколы Ethernet являются протоколами первых двух уровней, поскольку определяют перевод информации в физическую форму и упаковку этой информации.

Начнем с обсуждения физического уровня, и дальше будем строить вверх.

Топология сети

Физический носитель может быть использован по-разному. Способы соединения узлов сети называются топологией сети. Основные варианты топологий:

• Точка-точка
• Шина
• Кольцо
• Звезда
• Меш (сетка)

Топологии точка-точка используются в конвенциональной телефонии (телефонную “лапшу” видели? вот об этом речь). Основная идея в том, что два узла сети содединяются при помощи механических переключателей практически напрямую. Такой вариант очевидно не позволяет поддерживать связь с несколькими узлами одновременно. Топология шины решает эту проблему: при этом все узлы сети передают данные через один и тот же носитель. Это позволяет, во-первых, экономить на носителе, а во-вторых, передавать данные нескольким узлам без механического переключения канала связи. Однако возникает проблема коллизий: два узла не могут передавать данные одновременно. Эта проблема становится значительной при росте количества узлов. К тому же, физические повреждения проводника часто приводили к неработоспособности всей сети, и поиск подобных повреждений становился весьма утомительным процессом. Топология кольца является некоторой вариацией топологии шины. Эта топология не использовалась в стандарте Ethernet, однако отчасти решала проблемы топологии шины, например в протоколе Token Ring. Топология звезды предполагает наличие центрального переключателя или хаба, с которым соединен каждый узел сети. Это отчасти решает проблему поиска физических повреждений на шине и, при использовании управляемых переключателей, позволяет решить проблему коллизий. Топология сетки это вариант, наиболее подходящий для случаев беспроводной свзяи, когда узлы эффективно расширяют область покрытия за счет соединения между собой. Сравнительно недавно такая топология стала популярна в роботехнике для связи между “роями” маленьких роботов, и часто говорят о возможности построения меш-сети при помощи персональных устройств связи (мобильных телефонов).

Пара слов о разнице между хабом и свитчем: хаб является активным либо пассивным “повторителем”, который просто транслирует сигнал, пришедший на одном из подключений, на все остальные. Программируемые переключатели (свитчи) стараются передавать информацию только туда, куда она должна уйти – то есть производит рудиментарную маршрутизацию на основе физических адресов.

Физический носитель

В качестве физического носителя для сетей Ethernet выступает либо коаксиальный кабель (этот вариант был очень популярен в первых версиях), либо витая пара (очень популярный сейчас вариант), либо оптический кабель (встречается не слишком часто, существуют другие протоколы для оптических сетей).

Коаксиальный кабель представляет из себя тонкий медный проводник, завернутый в слой изолятора, сверху оплетенный другим проводником (или аллюминиевой фольгой), так же завернутый в (более тонкий) слой изолятора. Поскольку по сути структура кабеля представляет соосные цилиндры, кабель называется коаксиальным (соосным).

Основные стандарты, использующие коаксиальный кабель – это 10BASE5 (“Толстый Ethernet”) и 10BASE2 (“Тонкий Ethernet”). Они отличались максимальной длиной проводника (коаксиального кабеля) и его толщиной. 10BASE5 мог иметь длину до 500 м, а 10BASE2, соответственно, до 200. Цифра 10 относится к максимальной пропускной способности – 10 Мбит/c. Оба этих стандарта предполагали топологию шины.

Витая пара, практически повсеместно используемая сегодня, используется стандартами семейства Fast Ethernet, а так же стандартом 1BASE5 из семейства Ethernet, который, хотя и практически не использовался, но предполагал топологию звезды и активные хабы – то, что сейчас используется практически повсеместно. Его естественным развитием стал стандарт 10BASE-T, отличавшийся кодированием информации и более быстрой скоростью работы (10 Мбит/c).

Основной стандарт Fast Ethernet, используемый сейчас – 100BASE-TX (другие близкие варианты 100BASE-T2 и 100BASE-T4 практически не используются, поэтому его неформально часто обозначают как 100BASE-T). Fast Ethernet имеет пропускную способность 100 Мбит/c.

10BASE5/2

Использование топологии шины и коаксиального кабеля требовало подключения на концах кабеля “терминаторов” – специальных сопротивлений, гасивших отражения электромагнитных волн от концов проводника. Как можно догадаться, при обрыве кабеля, на оборванных концах терминаторов не было, поэтому, как правило, вся сеть переставала работать. При не столь сильных повреждениях кабеля, пропускная способность сети резко падала, а иногда и вовсе пропадала, либо сеть разделялась на несколько изолированных сегментов, ввиду падения максимальной дальности передачи.

Узлы сети – компьютеры – подключались при помощи коннекторов-“вампиров”, которые физически прокалывали внешний и внутренний слои изоляции коаксиального кабеля. Неаккуратное подключение легко приводило к проблемам во всей сети.

Как уже упоминалось, максимальная пропускная способность составляла 10 Мбит/c. Однако при большом числе узлов (несколько десятков) пропускная способность падала ниже плинтуса, в связи с коллизиями.

Так же присутствовала сложность в том, что невозможно было одновременно принимать и передавать данные, в результате чего эффективная пропускная способность составляла в лучшем случае 5-7 Мбит/c.

100BASE-TX

Современный вариант Ethernet (хотя уже устаревающий). Использует витую пару (8-жильную, 5 или 6 категории) и топологию звезды.

Из 8 жил витой пары на самом деле используются только 4: два для приема и два для передачи.

Стандартный коннектор для витой пары – 8P8C 1 (иногда неверно называемый RJ45 2 ), имеет 8 выводных контактов, которые нумеруются от 1 до 8.

Стандартная разводка витой пары на 8P8C использует контакты 1 и 2 для передачи и 3 и 6 для приема на узлах, и наоборот, 1 и 2 для приема и 3 и 6 для передачи на разветвителях (хабах или свитчах). По сути это приводит к существованию двух равноправных стандартов обжимки, T568A и T568B соответственно. Кабель, обжатый по-разному с разных сторон называется перекрестным (“кросс-овером”). Большинство современных устройств автоматически определяют, используется ли перекретсный кабель и работают в любом случае. Раньше же для соединения двух компьютеров или двух свичтей/хабов напрямую было необходимо использовать перекрестный кабель, в то время как для соединения компьютера со свитчем/хабом – только прямой.

Пары в кабеле витой пары кодируются цветом:

№ пары	Цвет
1	синий
2	оранжевый
3	зеленый
4	коричневый

№	Цвет	№ пары
1	бело-зеленый	3
2	зеленый	3
3	бело-оранжевый	2
4	синий	1
5	бело-синий	1
6	оранжевый	2
7	бело-коричневый	4
8	коричневый	4

№	Цвет	№ пары
1	бело-оранжевый	2
2	оранжевый	2
3	бело-зеленый	3
4	синий	1
5	бело-синий	1
6	зеленый	3
7	бело-коричневый	4
8	коричневый	4

1000BASE-T

Стандарт появился в 1999, и постепенно вытесняет 100BASE-TX. 1000BASE-T поддерживает передачу данных на скорости до 1 Гбита/с 3 . Стандарт 1000BASE-T использует медную витую пару, и все четыре пары для передачи данных, и использует кабели 5-й категории и выше. Существует вариант стандарта 1000BASE-TX, который использует две пары, но требует кабеля 6-й категории и выше. Он слабо распространен.

1. 8 позиций, 8 контактов. Другие разъемы той же серии включают “телефонные” разъемы 6P4C и 6P2C и другие.↩︎
2. стандарт RJ45 (точнее RJ45S) использует разъём 8P8C с ключом, который физически не совместим со стандартным разъёмом 8P8C↩︎
3. В данном случае гигабит – это 1 000 000 000 бит. Это примерно 120 мебибайт в секунду.↩︎

Источник

Топологии сетей

Сети

Термин топология сети означает способ соединения компьютеров в сеть. Вы также можете услышать другие названия – структура сети или конфигурация сети (это одно и то же). Кроме того, понятие топологии включает множество правил, которые определяют места размещения компьютеров, способы прокладки кабеля, способы размещения связующего оборудования и многое другое. На сегодняшний день сформировались и устоялись несколько основных топологий. Из них можно отметить “шину”, “кольцо” и “звезду”.

Топология “шина”

Топология шина (или, как ее еще часто называют общая шина или магистраль) предполагает использование одного кабеля, к которому подсоединены все рабочие станции.

Общий кабель используется всеми станциями по очереди. Все сообщения, посылаемые отдельными рабочими станциями, принимаются и прослушиваются всеми остальными компьютерами, подключенными к сети. Из этого потока каждая рабочая станция отбирает адресованные только ей сообщения.

Достоинства топологии “шина”:

• простота настройки;
• относительная простота монтажа и дешевизна, если все рабочие станции расположены рядом;
• выход из строя одной или нескольких рабочих станций никак не отражается на работе всей сети.

Недостатки топологии “шина”:

• неполадки шины в любом месте (обрыв кабеля, выход из строя сетевого коннектора) приводят к неработоспособности сети;
• сложность поиска неисправностей;

Именно по топологии “шина” строились локальные сети на коаксиальном кабеле . В этом случае в качестве шины выступали отрезки коаксиального кабеля, соединенные Т-коннекторами. Шина прокладывалась через все помещения и подходила к каждому компьютеру. Боковой вывод Т-коннектора вставлялся в разъем на сетевой карте. Вот как это выглядело: Сейчас такие сети безнадежно устарели и повсюду заменены “звездой” на витой паре, однако оборудование под коаксиальный кабель еще можно увидеть на некоторых предприятиях.

Топология “кольцо”

Кольцо – это топология локальной сети, в которой рабочие станции подключены последовательно друг к другу, образуя замкнутое кольцо. Данные передаются от одной рабочей станции к другой в одном направлении (по кругу). Каждый ПК работает как повторитель, ретранслируя сообщения к следующему ПК, т.е. данные передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете. Если компьютер получает данные, предназначенные для другого компьютера – он передает их дальше по кольцу, в ином случае они дальше не передаются.

Достоинства кольцевой топологии:

• простота установки;
• практически полное отсутствие дополнительного оборудования;
• возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети.

Однако “кольцо” имеет и существенные недостатки:

• каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации; в случае выхода из строя хотя бы одной из них или обрыва кабеля – работа всей сети останавливается;
• подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, поскольку во время установки нового ПК кольцо должно быть разомкнуто;
• сложность конфигурирования и настройки;
• сложность поиска неисправностей.

Кольцевая топология сети используется довольно редко. Основное применение она нашла в оптоволоконных сетях стандарта Token Ring.

Топология “звезда”

Звезда – это топология локальной сети, где каждая рабочая станция присоединена к центральному устройству (коммутатору или маршрутизатору). Центральное устройство управляет движением пакетов в сети. Каждый компьютер через сетевую карту подключается к коммутатору отдельным кабелем.
[adsense3]
При необходимости можно объединить вместе несколько сетей с топологией “звезда” – в результате вы получите конфигурацию сети с древовидной топологией. Древовидная топология распространена в крупных компаниях. Мы не будем ее подробно рассматривать в данной статье.

Топология “звезда” на сегодняшний день стала основной при построении локальных сетей. Это произошло благодаря ее многочисленным достоинствам:

• выход из строя одной рабочей станции или повреждение ее кабеля не отражается на работе всей сети в целом;
• отличная масштабируемость: для подключения новой рабочей станции достаточно проложить от коммутатора отдельный кабель;
• легкий поиск и устранение неисправностей и обрывов в сети;
• высокая производительность;
• простота настройки и администрирования;
• в сеть легко встраивается дополнительное оборудование.

Однако, как и любая топология, “звезда” не лишена недостатков:

выход из строя центрального коммутатора обернется неработоспособностью всей сети;

Звезда – самая распространенная топология для проводных и беспроводных сетей. Примером звездообразной топологии является сеть с кабелем типа витая пара, и коммутатором в качестве центрального устройства. Именно такие сети встречаются в большинстве организаций.

Источник