Содержание материала

Строим локальную сеть - Витая Пара (Twisted Pair)

Автор: Super User

2.2 Витая Пара (Twisted Pair)

 

Витая Пара (Twisted Pair)

В настоящее время это наиболее распространённый сетевой проводник. По структуре он напоминает многожильный телефонный кабель, имеет 8 медных проводников, перевитых друг с другом, и хорошую плотную изоляцию из поливинилхлорида (ПВХ). Обеспечивает высокую скорость соединения - до 100 мегабит/с (Около 10-12 Мб/Сек) или до 200Мбит в режиме full-duplex, см ниже. При использовании гигабитного оборудования достижимы скорости до 1000 Мбит


Существует не экранированная и экранированная витая пара, помимо обычной изоляции у второго типа витой пары существует защитный экран, по структуре и свойствам напоминающий фольгу. При соответствующем заземлении экранированная витая пара обеспечивает отличную защиту от электромагнитных помех, даже при проводке вблизи электрораспределительного щитка и линий высокого напряжения отмечалась стабильная работа сети на скоростях свыше 90 Мбит.
Кабель легко ремонтируется и наращивается с помощью обычной изоленты и ножниц. Несмотря на то, что по стандартам восстановлению повреждённый участок не подлежит, даже имея многочисленные участки восстановленных таким образом разрывов, сеть на витой паре работает стабильно, хотя скорость связи несколько падает. Кроме этого, в основанных на витой паре сетях можно использовать различные нестандартные проводники, позволяющие получить новые характеристики и свойства сети. Витая пара продается в большинстве компьютерных фирм.
Помните, что обычная витая пара не предназначена для проводки на улице. Перепады температур, воздействие влаги и других природных факторов могут привести к постепенному разрушению изоляции и снижению её функциональных качеств, что, в конечном счете, приведет к выходу сегмента сети из строя. В среднем сетевой кабель выдерживает на открытом воздухе от 3 до 8 лет, причем скорость сети начнет падать задолго до полного выхода кабеля из строя. Для использования на открытом воздухе нужно использовать специальную витую пару для открытой проводки.

кабель полевой П-296

Так же хорошо подходит для проводки на открытом воздухе кабель полевой П-296. Помимо того, что его изоляция не боится воды, высоких и низких температур, кабель сам по себе очень прочный (выдерживает нагрузку до 200 килограмм) и его можно протягивать без поддерживающего троса на длину до 100 метров. Неоспоримым достоинством является то, что используя П-296, можно обеспечивать устойчивую связь на сегменте сети до 500 метров. Если в вашем регионе сложно приобрести пару для уличной проводки или П-296, срок службы обычного сетевого кабеля можно увеличить в несколько раз, используя гофрированную трубку. Она защищает кабель от механических воздействий, воды, прямых солнечных лучей, однако увеличивает стоимость и массу сетевого проводника.

Гофрированная трубка.
Гофрированная трубка.

2.3 Full-Duplex

При соединении сетевого адаптера с коммутатором или же при непосредственном соединении коммутаторов между собой, возможно соединение в режиме Full-Duplex на скорости до 200 Мбит. При этом каждый узел одновременно передает и принимает кадры данных. На сегодня многие производители декларируют выпуск как сетевых адаптеров, так и коммутаторов с поддержкой этого режима. Однако, из за разных способов реализации, эти продукты не всегда корректно работают друг с другом. Проще всего добиться скорости 200 Мбит соединением двух сетевых карт одного производителя с декларированной поддержкой full-duplex.

2.4 Коаксиальный Кабель (Coaxial)

 Коаксиальный Кабель

Это один из первых проводников, использовавшихся для создания сетей. Содержит в себе центральный проводник, слой изолятора в медной или алюминиевой оплетке и внешнюю ПВХ изоляцию. Максимальная скорость передачи данных - 10 Мбит. Кабель достаточно сильно подвержен электромагнитным наводкам. В случае повреждения ремонтируется с трудом (требуется пайка и тщательная изоляция), но даже после этого восстановленный участок работает медленно и нестабильно: появляются искажения электромагнитных волн, распространяющихся в коаксиальном кабеле, что приводит к потерям информации.
В настоящее время коаксиальный кабель в основном используется в качестве проводника сигнала спутниковых тарелок и прочих антенн. В локальных сетях применяется кабель с волновым сопротивлением 50 Ом, а для передачи TV сигнала - 75 Ом, они не совместимы между собой. В современных компьютерных сетях использование коаксиального кабеля, как правило, не оправданно, и в этой статье рассматриваться не будет.

2.5 Оптоволоконный кабель (Optic Fiber)

Оптоволоконный кабель

Кабель содержит несколько световодов, хорошо защищенных пластиковой изоляцией. Он обладает сверхвысокой скоростью передачи данных (до 2 Гбит), и абсолютно не подвержен помехам. Расстояние между системами, соединенными оптиковолокном, может достигать 100 километров. Казалось бы, идеальный проводник для сети найден, но стоит оптический кабель чрезвычайно дорого (около 1-3$ за метр), и для работы с ним требуется специальные сетевые карты, коммутаторы и т.д. Без специального оборудования оптоволокно практически не подлежит ремонту.
Данное соединение применяется для объединения крупных сетей, высокосортного доступа в Интернет (для провайдеров и крупных компаний), а также для передачи данных на большие расстояния. В домашних сетях, если требуется высокая скорость соединения, гораздо дешевле и удобнее воспользоваться гигабитной сетью на витой паре.

2.6 Сравнительные характеристики сетевых проводников

Тип Кабеля (10 Мбит/с = около 1 Мб в сек) Скорость передачи данных (мегабит в секунду) Макс официальная длина сегмента, м Макс неофициальная длина сегмента, м* Возможность восстановления при повреждении / Наращивание длины Подверженность помехам Стоимость
Витая пара
Неэкранированная Витая пара 100/10/1000 Мбит/с 100/100/100 м 150/300/100 м Хорошая Средняя Низкая, 3-6 руб/метр
Экранированная витая пара 100/10/1000 Мбит/с 100/100/100 м 150/300/100 м Хорошая Низкая Средняя, 8 руб/метр
**Кабель полевой П-296 100/10 Мбит/с ------ 300(500)/800 м Хорошая Низкая Высокая, 12-30 руб/метр
**Четырехжильный телефонный кабель 30/10 Мбит/с ------ Не более 30 м Хорошая Высокая Очень низкая, 2 руб/метр
Коаксиальный кабель
Тонкий коаксиальный кабель 10 Мбит/с 185 м 250(300) м Плохая Требуется пайка Высокая Низкая
Толстый Коаксиальный кабель 10 Мбит/с 500 м 600(700) Плохая Требуется пайка Высокая Средняя
Оптоволокно
Одномодовое
оптоволокно
100-1000 Мбит До 100 км ---- Требуется спец
оборудование
Отсутствует 1-3$ за метр
Многомодовое
оптоволокно
1-2 Гбит До 550 м ---- Требуется спец
оборудование
Отсутствует 1-3$ за метр

*- Передача данных на расстояния, превышающие стандарты, возможна при использовании качественных комплектующих.

**- Подробнее смотрите раздел: Используем нестандартные проводники для витой пары

Пожалуй, очевидно, что по характеристикам и стоимости, для использования в домашних сетях, оптимальной является витая пара.

3.0 Устройство Сетевой Карты

Сетевые карты отвечают за передачу информации между единицами сети. Любая сетевая карта состоит из разъема для сетевого проводника и микропроцессора, что кодирует/декодирует сетевые пакеты, а так же вспомогательных программно-аппаратных комплексов и служб. Каждая карта имеет свой Mac адрес - уникальный идентификатор устройства.

Сетевые карты

3.1 PCI BUS-Mastering

Данная функция относится не только к сетевым картам, и означает возможность пересылки данных устройством, без участия центрального процессора. С чисто практической точки зрения наличие Bus Mastering означает, что у вас будет меньше тормозить система при копировании данных по сети. При этом на сетевой карте должны быть распаяны схемы, позволяющие осуществлять прямую передачу информации, это усложняет конструкцию и повышает стоимость адаптера. Поэтому на некоторых дешевых сетевых адаптерах Bus Mustering отсутствует, чем-то это напоминает различие программных и аппаратных модемов. По возможности стоит приобретать сетевые карты, поддерживающие данную функцию, особенно на слабых системах, а так же на сервере, ему процессорные мощности пригодятся для других задач.

Совет:
На некоторых сетевых картах имеется дополнительный сопроцессор, выполняющий основные функции по обработке сетевых пакетов, призванный дополнительно разгрузить CPU, однако по умолчанию в Windows 2000/XP он не задействован. Чтобы включить его, надо в разделе реестра
HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters создать dword-параметр "DisableTaskOffload" и присвоить ему значение 0.

3.2 BootRom

Возможность загрузки системы по сети заложена в виде Boot Rom сетевой карты. Это микросхема энергонезависимой памяти, где хранится код загрузчика.
Он выполняет поиск в сети сервера и запрашивает у него IP адрес, а так же путь, где можно получить образ операционной системы. После того, как образ загружен и размещен в оперативной памяти, дальнейшее управление загрузкой передается ему, точно так же, как при работе с обычной загрузочной дискетой или диском. Таким образом, при соответствующей настройке, ПК может работать вообще без жёсткого диска. Загрузка через сеть настраивается в BIOS материнских плат, которые поддерживают данную функцию. У дешёвых сетевых карт BootRom либо отсутствует вообще, либо под него есть разъем, но нет самой микросхемы. Как правило, эта функция в домашних сетях не требуется. BootRom применяется для создания системы терминалов, а так же реализации службы удаленной установки Windows.

3.3 Wake-on-Lan
Wake-on-lan - включение удалённой системы через сеть. Адаптер отслеживает сетевой траффик в ожидании специального Wake-пакета и при его получении пробуждает систему. При этом требуется, чтобы компьютер был с ATX-блоком питания, в настройках BIOS была разрешена активация компьютера по запросу с порта, на который установлена карта. Сетевая карта должна быть соединена соответствующим 3-жильным шнуром с Wol-разъемом на материнской плате. Местоположение разъема Wol различно на разных материнских платах, так что если не можете его найти, почитайте инструкцию. Если адаптер не комплектуется Wol-шнуром, вы можете купить его отдельно или сделать самостоятельно.

Wake-on-Lan

3 контактный WOL шнур
Разъем Wake-On-Lan на материнской плате Разъем WOL с установленным кабелем.

В современных материнских платах с поддержкой PCI 2.2, WOL-провод не требуется, так как коммутация осуществляется напрямую. Для успешного пробуждения системы важно что бы работа компьюетра была именно завершена "Пуск" -> "Выключить компьютер" или кратковременным нажатием клавиши Power на системном блоке, в случае если система выключена принудительно пробуждение невозможно.

Совет:
Вместо полного отключения системы можно пользоваться Спящий режим. При этом режиме напряжение сохраняется только на материнской плате, отключаются жесткие диски, CPU, периферийные устройства, вентиляторы. Данный режим более удобен, так как можно быстро вернуться к работе, не проходя весь цикл загрузки, при этом документы и программы будут именно в том виде, в каком вы их оставили. Кроме Спящего существует, Ждущий режим отличается тем, что питание поддерживается так же на блоках оперативной памяти, что ускоряет процедуру "пробуждения системы". Задействовать и настроить "Спящий/Ждущий" режим в Windows можно в свойствах экрана в закладке "Заставка" раздел "Питание".

 

3.4 WakeUP

 WakeUP

Если просто обратиться к отключенной системе по сети, то ничего не произойдет, проводник выдаст ошибку, а команда пинг не получит отклика. Сетевой адаптер в спящем режиме реагирует только на Wake пакет который состоит из Mac адреса сетевой карты, повторенного 16 раз, а так же синхросигнала 12 F символов. Обычными средствами проводника такой сигнал отправить нельзя. Для этого существует удобная программа WakeUp, она отсылает wake пакеты на указанные IP адреса. Все что требуется для работы программе это Mac адреса сетевых карт, их можно получить средствами самой WakeUp или с помощью удобной утилиты TCP Netview. Чтобы не тратить каждый раз время на запрос Mac адреса, укажите их вручную, для этого необходимо отредактировать файл IP.cache и указать в строках соответствие IP и Mac адресов. WakeUP поддерживает работу с командной строкой. "Wakeup.exe 1 2 3 10 11" цифры - это номера компьютеров, которые необходимо активировать. Удобно создать ярлык и одним кликом активировать целый компьютерный зал.

3.5 Сетевые карты USB

Сетевые карты USB
По сути представляют собой переходник USB<>LAN

Эти карточки имеют схожие функции со своими PCI-аналогами, но стоят, как правило, дороже. Их главным достоинством является универсальность: такой адаптер можно подключить к любой системе, где есть USB-порт (ноутбуки, barebone системы, и т.д.). Ещё это весьма актуально, когда в наличии нет свободного PCI разъема, что в наше время огромного количества периферийных устройств - не редкость. Сетевые карты USB обычно не имеют функции BootRom, а Wol можно настроить, если материнская плата поддерживает пробуждение при сигнале с USB-устройства. Сетевые карты USB бывают 10 и 100 мегабитными, вторые требуют наличия поддержки USB 2.0 у материнской платы, так как скорость порта USB 1.1 ограничена 12 Мбит/с.

3.6 Сетевые карты PCMCIA

Сетевые карты PCMCIA

Эти устройства актуальны для ноутбуков или других устройств, в которых нет сетевой карты, но есть разъем PCMCIA (некоторые модели КПК, например, RoverPC P6). Учитывая, что современные ноутбуки комплектуются сетевыми картами даже чаще, чем PCMCIA разъемами, потребность в таких устройствах возникает редко, обычно когда требуется установить 2 сетевые карты или подключить к сети устаревший ноутбук. По функциональности они схожи с обычными сетевыми картами, в операционной системе Windows XP настраиваются так же.

3.7 Встроенные сетевые карты

Во многие современные материнские платы сетевые карты уже встроены, так что стоит проверить, нет ли чего подобного у участников будущей сети или у вас самих. Если сетевая карта интегрирована в системную плату, то вы экономите PCI разъем. В некоторые материнские платы встроены гигабитные адаптеры, учитывая цены на гигабитное оборудование, это отличное дополнение. В некоторых Deluxe моделях есть даже сразу 2 сетевые карты. Это очень удобно, особенно если у вас в доме 2 компьютера, или Вы используете персональный компьютер и ноутбук, так как вам не придётся постоянно отключать и подключать сетевой кабель или покупать дополнительный коммутатор. Подробнее смотрите: Подключение типа мост

4.0 Сетевой Коммутатор

Сетевой Коммутатор

Hub (Концентратор) - когда сетевая карта отсылает пакет данных, Hub просто делит и усиливает сигнал так, что его получают все пользователи сети, но принимает пакет только та сетевая карта, которой он адресован, остальные его игнорируют. По сути, хаб это просто усилитель сигнала. Фактически сколько бы не было портов у Hub, одновременно соединиться смогут только две сетевые карты. Очевидно, что при одновременной работе нескольких пользователей скорость сети резко падает, зачастую до неприемлемо низких величин.
В настоящее время концентраторы сняты с производства и встречаются редко, однако название Хаб (Hub) плотно вошло в компьютерный сленг, обозначая центральную единицу локальной сети.

Switch (Коммутатор) - более интеллектуальное устройство, где есть свой процессор, внутренняя шина и буферная память. Если концентратор просто передает пакеты от одного порта ко всем остальным, Switch анализирует Mac адреса, откуда и куда отправлен пакет информации и соединяет только эти компьютеры, в то время как остальные каналы остаются свободными. Это позволяет намного увеличить производительность сети, так как уменьшает количество паразитного трафика и обеспечивает большую фактическую скорость передачи данных, особенно в сетях с большим количеством пользователей.

4.1 Какой Коммутатор выбрать?

В настоящее время существует множество моделей и типов сетевых коммутаторов, их цена и функции очень различаются. При выборе необходимо исходить из минимальной стоимости устройства, которое будет отвечать вашим требованиям (скорость, количество портов, дополнительные возможности). Также некоторое значение могут иметь габариты коммутатора. При покупке обратите внимание на качество адаптера питания, так как коммутатор включен в сеть круглосуточно. В случае если спустя 12-24 месяца Switch перестает включаться, проверьте напряжение на разъеме адаптера, возможно, он вышел из строя. Для замены можно приобрести подходящий по разъему и параметрам напряжения или универсальный адаптер с комплектом переходников.

4.2 Скорость работы

Коммутатор может работать на скорости 10, 100 или 1000 Мбит/с. Это, а так же установленные на системах пользователей сетевые карты, определяет скорость данного сетевого узла. 10-мегабитные коммутаторы сняты с производства и практически не встречаются, хотя их иногда продают с рук менее чем за 10$, но не стоит пытаться сэкономить. Скорости 10 Мбит/с достаточно для совместного доступа в Интернет, музыки и игр, но это не подходит для активного обмена значительными (несколько Гб) объемами информации, особенно в большой локальной сети. Кроме того, нужно учитывать, что на самом деле 10 Мбит - максимальная теоретическая скорость, на самом деле данные будут предаваться со скоростью около 7-9 Мбит, а на длинных отрезках сети и того меньше.

4.3 Количество портов

Этот показатель характеризует количество сетевых устройств, (компьютеров, принт-серверов, DSL модемов, дисковых накопителей и т.д) которые можно к данному коммутатору подключить, во многом данный параметр определяет цену Switch.
Ваш выбор зависит от количества пользователей вашей будущей сети. Рассчитывать примерно стоит следующим образом: "Количество пользователей" +1-2 порта про запас. Это пригодится, если вдруг появятся ещё желающие, и тогда не придётся покупать новый Switch. Также у кого-нибудь из пользователей может появиться второй компьютер или ноутбук. Один порт по возможности нужно держать свободным на случай объединения с другим Switch. (Если вы решите объединится с соседней ЛВС, или построить новую ветвь сети, например в соседнем доме).

4.4 Поддержка дополнительных сетевых проводников

Существуют гибридные коммутаторы, что имеют дополнительные разъемы под коаксиальный кабель или оптоволокно. Ввиду вышеперечисленных сложностей при использовании коаксиального и оптико-волоконного проводников в условиях домашних ЛВС, приобретать гибридные коммутаторы имеет смысл, только если вы планируете объединиться с другой локальной сетью, использующей оптику или коаксиал в качестве сетевого проводника. Оптический разъем пригодится для создания сверхдлинных отрезков сети в несколько километров. В иных случая покупать гибридные коммутаторы не стоит, к тому же их цена намного выше обычных.

4.5 Объединяем коммутаторы

Основой способ роста сетей - объединение независимых сегментов в единый комплекс. Также это может потребоваться, если вам не хватает сетевых портов, либо несколько компьютеров расположены относительно рядом (например, в пределах одной квартиры/подъезда), а центральный узел находится достаточно далеко. В этом случае удобнее не тянуть от каждого компьютера кабель, а приобрести новый коммутатор и уже к нему протянуть витую пару от локальных машин.
Коммутаторы, выпускаемые в последние время, соединяются обычной стандартно обжатой витой парой: просто соедините коммутаторы кабелем.
Если у вас более старая модель, то вам потребуется кроссовер витая пара. Кроссовер-кабелем можно объединить 2 или более коммутаторов, используя любые одинаковые порты. Как вариант, у коммутаторов может быть специальный Uplink-разъем (он часто объединяется с первым портом). Через Uplink-разъемы можно объединить коммутаторы с помощью стандартно обжатой витой пары. (Cм Обжимаем витую пару)

Совет:
Не поленитесь почитать инструкцию к вашему Switch, чтобы уточнить особенности объединения конкретной модели коммутатора. Если же устройство досталось вам в OEM поставке, без всяких сопроводительных бумаг и инструкций, то подробности, как правило, можно выяснить на сайте производителя или форумах.

4.6 Размещать коммутаторы в квартирах пользователей или нет?

С одной стороны, если коммутатор расположен в квартире одного из участников сети, вы теряете над ним контроль: вы не сможете физически отключить его в случае нарушения правил сети, а так же запретить подключать/отключать других пользователей. С другой стороны, если вы разместите аппаратуру в подъездах/чердаках или на крыше, придется принимать меры против вандализма и порчи под воздействием агрессивной окружающей среды. Лучше всего, если центральный коммутатор вашей сети будет расположен у вас дома, однако это не всегда возможно исходя из топологии. При выборе – устанавливать в квартире одного из пользователей или вне её, стоит выбрать первый вариант. Отдавать предпочтение нужно людям, которых хорошо знаете, а также, что немаловажно, не имеющих планов на переезд.

 

 

 

5.0 Принт Сервер

Принт Сервер

Весьма полезное, но не всегда необходимое устройство. Принт-сервер подключается к локальной сети и принтеру, затем, после несложной процедуры настройки, принтер становится доступен всем пользователям сети. При этом принтер не зависит от какого бы то ни было компьютера и его работоспособности.
Цена Print Server колеблется в районе 50-150$, это зависит от скорости, портов (LPT/USB), и наличия дополнительных функций. Впрочем, если в вашей домашней сети будет полноценный сервер, то использование принт-сервера неоправданно, также принт-сервер можно сделать и самому: вам потребуется старый Pentium 100-166, где можно установить Windows NT или старенький дистрибутив Linux в минимальной конфигурации, например, Red Hat 7.2. В офисе, даже при отсутствии принт-сервера, все компьютеры включены в течение рабочего дня, так что можно просто подключить принтер к наиболее мощной рабочей станции.