Ethernet на витой паре (10 Base T Ethernet)

На протяжении всей предыдущей главы оставался неясным вопрос - как же применяется структурированная кабельная сеть для целей создания сети компьютерной? Уж очень ее топология не похожа на то, что мы привыкли видеть. Оказывается, уже давно существуют (и стандартизированы!) технические решения, позволяющие использовать кабельную систему структурированной сети как носитель для привычных нам сетей - Ethernet, Token Ring, FDDI. В этой главе мы остановимся на Ethernet-e, как он живет "на витой паре" (т.н. 10 Base T Ethernet).

В самом начале очень важно научиться разделять физическую и логическую топологию (структуру) компьютерной сети. Физическая структура определяется тем, как элементы сети соединяются между собой кабелями. Здесь важны чисто электрические цепи. Логическая же структура определяется тем, как видит сеть подключенный к ней компьютер, для которого сеть не столько электрические сигналы, сколько передаваемые и принимаемые пакеты, их коллизии, и т.д. Продемонстрируем это очень важное различие на примере двух конфигураций тонкого Ethernet (рис. 3).

. 3. Конфигурации тонкого Ethernet

На этой схеме 1-4 - компьютеры, подключенные, в случае А все к одному сегменту, а в случае В - по 2 машины на двух сегментах, соединенных между собой бриджем. Напомним, что бридж - это устройство, которое пропускает пакет с одного своего порта на другой только в том случае, если его отправитель и получатель находятся по разные стороны. Например, пакет 2-3 будет передан с левого сегмента на правый, а 1-2 - нет. В этом нашем примере физическая топология случаев А и В различна, однако логическая - одна и та же. С точки зрения передачи и получения пакетов в случае В все происходит точно так же, как если бы все компьютеры были подсоединены к одному сегменту.

Физическая структура Ethernet на витой паре - дерево (рис. 4). В узлах этого дерева находятся активные элементы - хабы (Hub), а "листьями" являются внешние элементы -компьютеры (а также сетевые принтеры, терминальные серверы, и т.д.) с сетевыми адаптерами, предназначенными для подключения к сети на витой паре. Такие адаптеры сегодня столь же распространены, как и привычные с AUI или BNC разъемами.

Рис. 4. Физическая структура Ethernet на витой паре

Хаб - это нечто новое для нас. В традиционном случае с коаксиальным кабелем для обеспечения работы сети было достаточно иметь сетевой адаптер в компьютере, никакого внешнего (по отношению к компьютеру) оборудования не требовалось. Надо сказать, что сейчас такая ситуация становится мало типичной. Гораздо чаще можно встретить сети со специализированным оборудованием, обеспечивающим функционирование собственно сети как средства передачи информации.

Хаб - одно из таких устройств, он имеет несколько (как правило, от 8 до 30) разъемов (портов) для подключения либо компьютера, либо другого хаба. К каждому порту подключается только одно устройство. При подключении компьютера к хабу оказывается, что часть электроники сетевого интерфейса находится в компьютере, а часть - в хабе. Такое подключение позволяет повысить надежность соединения. В обычных ситуациях, помимо усиления сигнала, хаб восстанавливает преамбулу пакета, устраняет шумовые помехи и т.д. Все это оказывается очень важным, если учесть, что пакет на пути от отправителя к получателю может пройти через несколько "этапов" в иерархии хабов.

Что же касается логической структуры 10 Base T Ethernet, то она та же, что и у обычного "тонкого" или "толстого" Ethernet - общая шина. Это означает, что с точки зрения передачи пакетов ситуация на рис. 4 ничем не отличается от подключения компьютеров к общей шине. Так как для любого программного обеспечения (включая системное) важна лишь логическая структура сети, то отсюда следует важный вывод - ничего в программном обеспечении менять не нужно! Все программы будут работать как и раньше. Для инженера это утверждение очевидно, однако для пользователя, напуганного постоянной несовместимостью "совместимых" карт у IBM PC, еще раз повторимся - здесь 100%. Не 99%, а именно 100% совместимости по программным средствам.

Сравним рис. 2 (структурированная кабельная сеть) и рис. 4 (10 Base Т Ethernet) - они едва ли не совпадают. На самом деле хабы и физически обычно помещают в тех же помещениях, что и коммутационные панели структурированной кабельной сети.

Имеет смысл чуть больше внимания уделить хабам, так как они являются сердцем системы и во многом определяют ее функциональность и возможности. На нижем полюсе - простые устройства с минимальной диагностикой. Однако даже в этих простых устройствах обычно находим индикацию состояния портов - подключен или не подключен к компьютеру. Это позволяет немедленно диагностировать проблемы, вызванные плохими контактами в разъемах, повреждением проводов и т.п.

Существенным свойством 10 Base T Ethernet является устойчивость к такого рода неисправностям. Так, если будет нарушено соединение в точке Х на рис. 5, то подсети А и В сохранят свою работоспособность, не будет лишь прохождения пакетов между ними. Это радикально отличается от того, что мы имели бы в традиционном случае, когда вся сеть стала бы неработоспособной.

Рис. 5. Устойчивость к неисправностям 10 Base T Ethernet

Более сложные хабы позволяют и более детально диагностировать состояние своих портов. Они контролируют не только состояние соединения, но и качество электрических сигналов, уровень помех, прием и передачу пакетов, коллизии и многое другое. Обратим еще раз внимание - контроль идет для каждого порта по отдельности, что позволяет легко определить место возникновения неисправности и изолировать его от остальной сети. Есть хабы, которые могут это делать автоматически, без вмешательства оператора, а при устранении неисправности так же автоматически восстанавливать подключение.

Наконец, вершина этой технологической лестницы - управляемые хабы. Управление может осуществляться двумя путями, которые нередко используются одновременно, - во-первых, передачей команд хабу и считыванием с него информации через ту же сеть, в которую он включен. Такой способ удобен, так как он не требует затрат на дополнительные линии коммуникации и обеспечивает значительные скорости обмена данными. Однако, он загружает сеть дополнительными потоками данных (если сеть большая, то и хабов может быть много), а в случае неисправности на участке сети между оператором и хабом возможность управления теряется.

Второй путь - использование специального управляющего порта у хаба. Это обычный коммуникационный порт (как правило, RS-232), к которому можно подключиться либо непосредственно, либо через модем. Непосредственное подключение чаще используется при небольших размерах сети либо при проведении специальных работ. Подсоединение через модем удобно в качестве запасного варианта на случай сбоя в сети между оператором и хабом. В этом случае программа управления на компьютере оператора связывается по модему с хабом на отрезанном участке сети (достаточно соединиться с одним, а через него можно общаться и с остальными).

Современные управляемые хабы - это весьма мощные вычислительные системы, способные автономно, без внешнего вмешательства, осуществлять управление иерархией устройств, подключенных к ним, взаимодействуя и обмениваясь информацией друг с другом. Это позволяет локализовать потоки данных управления и снизить нагрузку на сеть. Выбор того или иного хаба определяется в конечном итоге потребностями организации и, естественно, финансовыми соображениями.

Удобным является то, что при необходимости обеспечить повышенное качество для тех или иных участков сети достаточно заменить лишь сам хаб. Как мы убедимся в следующей главе, развитие технологии обеспечивает нам обширный выбор.