Расчет информационной сети

Для построения нашей локальной сети я выберу модификацию Ethernet 1000BASE-T. Вот ее характеристики: 1000BASE-T, IEEE 802.3ab — стандарт, использующий витую пару категорий 5e. В передаче данных участвуют 4 пары. Скорость передачи данных — 250 Мбит/с по одной паре. Используется метод кодирования PAM5, частота основной гармоники 62,5 МГц. Расстояние до 100 метров. [3]

Я остановил свой выбор именно на этой модификации, так как на данный момент это наиболее прогрессивная технология, с высокой скоростью передачи данных, что очень удобно при передаче файлов, требующих большой полосы пропускания (например, мультимедиа файлы). Так же эта технология поддерживается многими сетевыми устройствами, которые сейчас выходят в продажу.

2. ВЫБОР ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

2.1  Пассивные

К пассивным техническим средствам относятся кабели и разъемы. Эти технические средства хоть и не являются основными, но при правильном выборе обеспечивают комфортную и быструю работу, а так же позволяют максимально эффективно использовать возможности сети.

Существует три основных вида кабелей: Витая пара, коаксиальный кабель и волоконно-оптический кабель. Рассмотрим поподробнее каждый из них.

2.1.1 Витая пара

Витая пара — 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 степени связи между собой 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. Витая пара — один из компонентов современных структурированных кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве физической среды передачи сигнала 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 проводных локальных сетей.

Медный неэкранированный кабель UTP в зависимости от электрических и механических характеристик разделяется на 5 категорий. Кабели категорий 1 и 2 были определены в стандарте EIA/TIA-568, но в стандарт 568А уже не вошли, как устаревшие.

Кабели категории 1 применяются там, где требования к скорости передачи минимальны. Обычно это кабель для цифровой и аналоговой передачи голоса и низкоскоростной (до 20 Кбит/с) передачи данных. До 1983 года это был основной тип кабеля для телефонной разводки.

Кабели категории 2 были впервые применены фирмой IBM при построении собственной кабельной системы. Главное требование к кабелям этой категории — способность передавать сигналы со спектром до 1 МГц.

Кабели категории 3 были стандартизованы в 1991 году, когда был разработан Стандарт телекоммуникационных кабельных систем для коммерческих зданий (EIA-568), на основе которого затем был создан действующий стандарт EIA-568A. Стандарт EIA-568 определил электрические характеристики кабелей категории 3 для частот в диапазоне до 16 МГц, поддерживающих, таким образом, высокоскоростные сетевые приложения. Кабель категории 3 предназначен как для передачи данных, так и для передачи голоса. Шаг скрутки проводов равен примерно 3 витка на 1 фут (30,5 см). Кабели категории 3 сейчас составляют основу многих кабельных систем зданий, в которых они используются для передачи и голоса, и данных.

Кабели категории 4 представляют собой несколько улучшенный вариант кабелей категории 3. Кабели категории 4 обязаны выдерживать тесты на частоте передачи сигнала 20 МГц и обеспечивать повышенную помехоустойчивость и низкие потери сигнала. Кабели категории 4 хорошо подходят для применения в системах с увеличенными расстояниями (до 135 метров) и в сетях Token Ring с пропускной способностью 16 Мбит/с. На практике используются редко.

Кабели категории 5 были специально разработаны для поддержки высокоскоростных протоколов. Поэтому их характеристики определяются в диапазоне до 100 МГц. Большинство новых высокоскоростных стандартов ориентируются на использование витой пары 5 категории. На этом кабеле работают протоколы со скоростью передачи данных 100 Мбит/с — FDDI (с физическим стандартом TP-PMD), Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, а также более скоростные протоколы — ATM на скорости 155 Мбит/с, и Gigabit Ethernet на скорости 1000 Мбит/с (вариант Gigabit Ethernet на витой паре категории 5 стал стандартом в июне 1999 г.). Кабель категории 5 пришел на замену кабелю категории 3, и сегодня все новые кабельные системы крупных зданий строятся именно на этом типе кабеля (в сочетании с волоконно-оптическим).

Особое место занимают кабели категорий 6 и 7, которые промышленность начала выпускать сравнительно недавно. Для кабеля категории 6 характеристики определяются до частоты 200 МГц, а для кабелей категории 7 — до 600 МГц. Кабели категории 7 обязательно экранируются, причем как каждая пара, так и весь кабель в целом. Кабель категории 6 может быть как экранированным, так и неэкранированным. Основное назначение этих кабелей — поддержка высокоскоростных протоколов на отрезках кабеля большей длины, чем кабель UTP категории 5. Некоторые специалисты сомневаются в необходимости применения кабелей категории 7, так как стоимость кабельной системы при их использовании получается соизмеримой по стоимости сети с использованием волоконно-оптических кабелей, а характеристики кабелей на основе оптических волокон выше. [3], [15]

Достоинства:

        надежность;

        простота конструкции и монтажа;

        низкая цена.

Недостатки:

        простота несанкционированного доступа;

        чувствительность к электромагнитным помехам.

2.1.2  Коаксиальный кабель

Состоит из центрального проводника, окруженного слоем изоляционного материала, проводящего экрана и внешней оболочки. Экранирование помогает решить проблемы с излучением проводников, так как провод может действовать как антенна.

Коаксиальный кабель имеет среднюю цену, хорошо помехозащитен и применяется для связи на большие расстояния (несколько километров). Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, а в некоторых случаях может достигать 50 Мбит/с.

Существует несколько модификаций коаксиального кабеля.

Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко наращивается, но цена его высокая. Скорость передачи информации равна 500 Мбит/с. При передачи информации в базисной полосе частот на расстояние более 1,5 км требуется повторитель. Поэтому суммарное расстояние при передаче информации увеличивается до 10 км. Для вычислительных сетей с конфигурацией "шина" или "дерево" коаксиальный кабель должен иметь на конце согласующий резистор (терминатор).

Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют еще "толстый Ethernet" (thick Ethernet) или "желтый кабель" (yellow cable). Он использует 15-контактное стандартное включение. Вследствие помехозащищенности является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м, а общая протяженность сети Ethernet составляет около 3000 м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральной топологии, использует в конце лишь один нагрузочный резистор.

Более дешевым, чем "толстый Ethernet", является Cheapernet-кабель, или, как его часто называют, "тонкий Ethernet" (thin Ethernet). Это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в десять миллионов бит в секунду.

При соединении сегментов Сhеарегnеt-кабеля также требуются повторители. Вычислительные сети с Cheapernet-кабелем имеют небольшую стоимость и требуют минимальных затрат при наращивании. Соединения сетевых плат производится с помощью широко используемых малогабаритных байонетных разъемов (СР-50). Дополнительного экранирования не требуется. Кабель присоединяется к ПК с помощью тройниковых соединителей (T-connectors).

Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может достигать максимум 300 м, а общее расстояние для сети на Cheapernet-кабеле составляет около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet расположен на сетевой плате и используется как для гальванической развязки между адаптерами, так и для усиления внешнего сигнала. [3], [15], [16]

2.1.3 Волоконно-оптический кабель

Оптическое волокно — нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик), используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения.

Скорость передачи для оптоволоконных сетей находится в диапазоне от 100 Мбит/c до 2 Гбит/с. Ограничение по длине сегмента составляет 2 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. На данный момент это наиболее дорогостоящее соединение. Применяются там, где возникают электромагнитные поля помех или требуется передача информации на очень большие расстояния без использования повторителей.

Для соединения волоконно-оптических линий используются специальные наборы инструментов и приспособлений. Соединение световодов должно быть надежным, стойким к внешним воздействиям (ударам, вибрации, перепадам температуры), вносить малое затухание, и, при этом, желательно, чтобы оно было недорогим и легковыполнимым.

Различают разъемные и неразъемные соединения. Неразъемные соединения осуществляются сваркой, склейкой или посредством соединительных трубок, которые сжимаются при нагревании. [3], [15]

Достоинства:

        высокая скорость передачи;

        высокая помехозащищенность;

        защита от несанкционированного доступа.

Недостатки:

        высокая стоимость;

        сложность подключения новых станций;

        невозможность передачи электроэнергии для питания повторителей;

        ослабление сигналов;

        однонаправленность передачи.

На основе анализа основных видов кабеля, я остановлю свой выбор на витой паре, категории 5e, так как он поддерживает скорость передачи 1000Мбит/с (Gigabit Ethernet) и расстояние между хостами 80 м, требуемые по техническому заданию. Также немаловажными факторами являются низкая цена и легкость монтажа.

2.2  Активные технические средства

2.2.1 Сетевой адаптер

Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) - это периферийное устройство компьютера, непосредственно взаимодействующее со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами. Это устройство решает задачи надежного обмена двоичными данными, представленными соответствующими электромагнитными сигналами, по внешним линиям связи. Как и любой контроллер компьютера, сетевой адаптер работает под управлением драйвера операционной системы и распределение функций между сетевым адаптером и драйвером может изменяться от реализации к реализации.

По конструктивной реализации сетевые платы делятся на:

        Плата для установки в слот расширения. Представляет собой плату, содержащую необходимую аппаратную начинку, которую можно установить в свободный слот расшире­ния материнской платы. До появления ATX-стандарта этот вариант исполнения был наибо­лее распространенным и дешевым. Так, материнская плата (даже бюджетный ее вариант) всегда имеет в своем составе свободный слот, предназначенный для установки устройства любого типа. Как правило, это слот типа PCI или PCI Express в персональных компьютерах и PCMCIA-слот в ноутбуках или других переносных устройствах.

        Внешний USB-адаптер. Использование USB-адаптеров для расширения функ­циональности компьютера уже давно стало одним из самых распространенных спосо­бов. Не минула эта участь и сетевые адаптеры. Мало того, часто USB-порт становится единственным способом подключения дополнительных устройств. Часто для подключения адаптера используется удлинительный USB-шнур. Кроме варианта с USB-подключением, нередко встречаются адаптеры, которые с помощью удлинительного шнура подключаются к FireWire-порту на материнской плате или дополнительном FireWire-контроллере.

        Интегрированный адаптер. Данный вариант сетевого адаптера получил, пожалуй, наибольшее распространение. Причиной тому стал ATX-стандарт материнских плат, кото­рый предусматривает использование интегрированных решений. Однако этот стандарт под­разумевает присутствие только сетевого адаптера стандарта 100Base-TX или ему подобного.

Сетевые адаптеры различаются также по типу принятой в сети сетевой технологии - Ethernet, Token Ring, FDDI и т.п. Как правило, конкретная модель сетевого адаптера работает по определенной сетевой технологии (например, Ethernet). В связи с тем, что для каждой технологии сейчас имеется возможность использования различных сред передачи данных (тот же Ethernet поддерживает коаксиальный кабель, неэкранированную витую пару и оптоволоконный кабель), сетевой адаптер может поддерживать как одну, так и одновременно несколько сред. В случае, когда сетевой адаптер поддерживает только одну среду передачи данных, а необходимо использовать другую, применяются трансиверы и конверторы. [16]

2.2.2       Концентратор

Сетевой концентратор или хаб (жарг. от англ. hub — центр деятельности) — сетевое устройство, предназначенное для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент сети. Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна.

В настоящее время хабы почти не выпускаются — им на смену пришли сетевые коммутаторы (свитчи), выделяющие каждое подключённое устройство в отдельный сегмент.