РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ
Факультет физико-математических и естественных наук
Направление математика компьютерные науки
Кафедра систем телекоммуникаций
Реферат
Структурированная кабельная система
Студент Томила С.О.
Группа НК-301
МОСКВА
2007 г.
Оглавление
Список сокращений 3
Введение 4
1. СКС 4
1.1.Стандартизация СКС 5
1.2.Принципы построения СКС 6
1.3.Проблемы внедрения СКС в небольших сетях 8
2.Среда передачи данных 11
2.1.Медь 11
2.2.Оптоволокно 14
2.3.Эфир 15
3.Активное сетевое оборудование 17
3.1 Повторители и концентраторы. 17
3.2 Мосты. 19
3.3Маршрутизаторы. 20
3.4 Пассивное оборудование 23
4. "Локальные" виртуальные соединения. 23
4.1 Организация VLAN с помощью тэгов. 24
4.2 VLAN'ы, использующие группировку портов. 26
Заключение 30
Источники 31
Список сокращенийРусскоязычные сокращения
| СКС | Структурированная кабельная система. |
| ЛВС | Локальная Вычислительная Сеть |
Англоязычные сокращения
| TIA | Telecommunications Industry Association |
| ANSI | American National Standards Institute |
| EIA | Electronics Industries Association |
| FHSS | Frequency Hopping Spread Spectrum |
| DSSS | Direct Sequence Spread Spectrum |
| VLAN | Virtual Local Area Network |
Конец 80-х годов ознаменован широким распространением персональных компьютеров во всех сферах человеческой деятельности. Не удивительно, что в это же время начался бурный рост компьютерных сетей.
Но проходил он в весьма неоднозначной ситуации, когда существовало несколько несовместимых технологий передачи данных, использовавших вдобавок принципиально разные кабельные системы. Например, Ethernet 10base5 - толстый коаксиальный кабель, 10base2 - тонкий, ArcNet - похожей толщины, но с иным волновым сопротивлением. Экзотический ныне твинаксиал IBM AS/400. Немного позже, в TokenRing начала применяться экранированная витая пара с волновым сопротивлением 150 Ом, а в Ethernet 10baseT - неэкранированная, и с сопротивлением 100 Ом. И это далеко не весь технический ассортимент того времени.
Получалось, что кабельная система - самая трудоемкая в замене, и дорогостоящая часть сети зависела от выбора активного оборудования. И подлежала замене вместе с ним. Конечно, некоторые устройства поддерживали несколько стандартов, но стоили соответственно дороже. Тем более постоянная гонка скоростей сводила впустую все усилия разработчиков.
СКСВ данном разделе рассмотрены стандарты, принципы построения и проблемы внедрения СКС в небольших сетях.
Стандартизация СКСПопытки были предприняты еще в 1983 году, когда AT&T установила первую структурированную кабельную систему. Но большого распространения пример не получил. Серьезно обстановка изменилась только в 1991 году, когда американская Ассоциация электронных отраслей промышленности (EIA) и Ассоциация индустрии связи (TIA) ввели стандарт на телекоммуникационные кабельные системы EIA/TIA 568, пересмотренный и дополненный в октябре 1995 года до используемого сейчас EIA/TIA 568А.
Целью этого стандарта было определение "структурированной кабельной системы" (СКС), которая может поддерживать любые приложения передачи аналоговых, видео и цифровых данных, и является частью инфраструктуры офиса или промышленного здания. При практическом отсутствии национальных альтернатив, EIA/TIA 568А широко распространился по миру. Именно на его основе были разработаны и приняты международные (ISO/EIC 11801) и европейские (EN50173) стандарты, которые, тем не менее, не нашли такого широкого применения на практике (тем более в России).
В стандарте ANSI/TIA/EIA-568-A описаны требования к производительности и технические характеристики для различных системных конфигураций и компонентов СКС. Он дополняется другими стандартами, соблюдение которых позволяет в полной мере воспользоваться всеми преимуществами СКС. Это ANSI/TIA/EIA-569 (Commercial Building Standard for Telecommunications Pathways and Spaceways), который описывает требования к помещениям, в которых устанавливается СКС и оборудование связи. И ANSI/TIA/EIA-606 (Administration Standard for the Telecommunications Infrastructure of Commercial Buildings), описывающий правила цветовой кодировки, маркировки и документирования смонтированной кабельной системы.
Принципы построения СКСОсновными признаками СКС считаются структурированность, универсальность, и избыточность.
Рассмотрим структурированность как главный, вынесенный в название, термин. Среда передачи сигналов состоит из элементов - кабелей и разъемов. Поэтому, функциональные элементы СКС (как части среды передачи), составляют кабели, оснащенные разъемами в точках подключения или коммутации, и проложенные по определенным правилам (с образованием линий и магистралей).
Для фиксации разъемов используют розетки и панели. Для организации линий применяют короба, лотки, лестницы. Это конструктивные элементы СКС, которые не являются часть среды передачи.
По назначению, структурированную сеть принято разделять на подсистемы. Нельзя сказать, что при этом все становится просто и понятно. Нестыковок достаточно. Так, в американских стандартах такого разграничения нет. Однако специально выделена подсистема администрирования... Ничего удивительного нет, ведь СКС - абстрактный термин, практики работают с СКС AT&T, СКС Lucent, СКС Alcatel и т.п. Иначе говоря, у каждого производителя есть хоть небольшая, но свобода действий, которой они пользуются в полной мере.
Так или иначе, на сегодня предпочтительнее ориентироваться на международные стандарты, которые разделяют три подсистемы: магистраль комплекса, магистраль здания и горизонтальную подсистему. В общем случае, путаница так велика, что в проспектах ряда компаний можно найти четыре, пять, восемь и даже девять подсистем.
Магистраль комплекса служит для соединения между собой различных зданий. Как правило, реализуется на оптоволоконном (реже медном кабеле), и позволяет соединять между собой здания, находящиеся на расстоянии до нескольких километров.
Магистраль здания соединяет между собой этажи здания, обеспечивает связь между распределительной панелью здания и панелями этажей. Она должна включать в себя кабель, установленный вертикально между этажными панелями, главную или промежуточную панель в многоэтажном здании, а также кабель, установленный горизонтально между панелями в протяженном одноэтажном здании.
Горизонтальная подсистема является частью, которая проложена между телекоммуникационной розеткой на рабочем месте, и этажной распределительной панелью. Каждый этаж здания рекомендуется обслуживать своей собственной горизонтальной подсистемой. На каждое рабочее место должно быть проложено как минимум два горизонтальных кабеля.
Универсальность в СКС достигается благодаря следованию стандартам, которые позволяют перейти от частных к открытым системам, с унифицированными параметрами, поддерживающими работу оборудования (причем как активного так и пассивного) любых производителей. Добиться этого не слишком просто - в отличии от активного оборудования, СКС создают тысячи и десятки тысяч независимых организаций, всегда в единственном экземпляре, и обычно с учетом своих особенностей. При этом изготовители элементов контролируют малое количество инсталляций (или не контролируют их вообще).
Если к этому добавить необходимость использования в СКС единой системы для всех видов коммуникаций, которые должны эксплуатироваться одной службой, по единым методикам и нормам, то создание серьезной сети является совсем не простой задачей. Системные интеграторы все же не зря едят свой хлеб.
Третий основной признак, избыточность, не слишком хорошо сказывается на стоимости. Но именно это позволяет строителями создавать системы прежде, чем станут известны требования пользователей, и обеспечить большой срок службы телекоммуникационной инфраструктуры здания.
В этом заложен достаточно глубокий экономический смысл. Классическая структурированная кабельная система монтируется на этапе строительства здания, или капитального ремонта. И должна служить без изменений до следующего капитального ремонта (обычно 10-15 лет).
Достигается это путем выполнения монтажа системы не из расчета на существующие потребности, а исходя из требований нормативов (реально с существенным запасом). Поэтому практически любые изменения организационной структуры заказчика не могут привести к необходимости модернизации СКС. Для этого должно быть достаточно переключений на распределительных панелях.
Если попробовать кратко сформулировать преимущества СКС над обычными кабельными системами, то получится следующий список:
для передачи данных, голоса и видеосигнала используется единая кабельная система, которую может обслуживать одно подразделение (экономия на количестве специалистов);
использование универсальных розеток на рабочих местах позволяет подключать к ним различные виды оборудования, и легко менять его месторасположение;
оправдывают капиталовложения за счет длительной эксплуатации сети без модернизации (снижение полной стоимости владения);
возможностями внесения изменений и наращивания мощности без изменения существующей сети (путем замены активного оборудования);
возможно одновременное использование нескольких различных сетевых протоколов;
не зависят от изменений технологий и поставщика оборудования, используют стандартные компоненты и материалы;
позволяют комбинировать в одной сети волоконно-оптический и медный кабель.
Проблемы внедрения СКС в небольших сетяхСчитается, что СКС приспособлена для зданий с офисной площадью до 1,000,000 м2, и числом пользователей от 50 до 50000 человек, и расстояниями между зданиями до 3 км. Даже при самом поверхностном взгляде на суть вопроса можно заметить, что указанный диапазон возможностей слишком велик. Можно предположить, что для крайних значений, сети будут оптимизированы не лучшим образом.
Действительно, стандарты разрабатывались достаточно давно, и для американского рынка. Наиболее удобны они, соответственно, для средней американской фирмы, владеющей несколькими зданиями, с общей численностью персонала в 500-5000 человек. Для экономических расчетов так же принимались вполне американские зарплаты специалистов, рабочих и служащих.
Не умаляя огромного достоинства методологии СКС для упрощения работы инсталляторов, с точки зрения потребителя можно выделить три основных недостатка.
Высокая стоимость строительства, которая является неизбежным следствием избыточности и универсальности.
Подмена понятий качества среды передачи данных в сети удобством обслуживания и хорошим внешним видом.
Высокая скорость смены технологий, делающая бессмысленным расточительством долгосрочные гарантии работоспособности.
Рассмотрим эти проблемные вопросы более подробно.
Сеть сама по себе сеть передачи данных мало кому нужна. Потребителю необходима выгода (экономия), которую с ее помощью можно получить. А для экономиста (и/или владельца) строительство локальной сети - не более, чем инвестиция. Поэтому более чем уместно задать вопрос о ее окупаемости.
Увы, диспропорция этого аспекта структурированных кабельных систем в России более чем заметна. Конструктивные элементы покупаются за доллары, а экономия затрат от использования сети получается в рублях. Как правило, для больших фирм потребность в высоком качестве и низкие затратах на длительную эксплуатацию в собственном комплексе зданий перекрывают высокие первоначальные вложения.
Но в небольших сетях ситуация совершенно другая. Нужна ли дорогостоящая СКС фирме, где работает менее 50 человек, которая занимает 10-15 комнат в арендованном здании, на 1-2 этажах? А если простой в течении нескольких часов не нанесет заметных убытков? При таком варианте ответ совсем не однозначен, и зависит от многих дополнительных факторов.
Разумеется, дешевая не структурированная сеть - это совсем не значит свалить все активное оборудование в кучу под стол, разбросать кабеля по полу, обжать разъемы отверткой. Недорогие стойки, короба, шкафы, кабеля от проверенных производителей, хорошая маркировка... Такой подход позволяет сильно экономит средства, и дает вполне достойные результаты для бизнеса.
Но, не смотря на большое количество подобных заказчиков, подобный подход часто не находит предложения. Преобладают крайности - или СКС с полной обвязкой (и за полную стоимость), или "кабель по плинтусу, а хаб - под стол".
Причина во многом идет от отсутствия внятной количественной оценки. Нет ни методик, ни рекомендаций, которые могли пояснять зависимость качества сети от ее стоимости. Существующие стандарты не более, чем удобный структурированный сборник технических рекомендаций, и для этого просто не предназначены. В недорогих решениях их используют подобно описанию к детскому конструктору, не более того.
Широкому распространению СКС в большой мере способствовало стабильность требований протоколов передачи данных последних 5-10 лет. Действительно, простой кабель (и разъемы) категории 5 (до 100 МГц) можно было использовать сначала для 10baseT, потом 100baseT, и даже с некоторыми оговорками, для 1000baseT. Из-за этого существенно замедлился процесс принятия стандартов на системы категории 6, и 7, обеспечивающие более широкую полосу пропускания (до 250-500 МГц).
Воодушевленные ситуацией, производители СКС начали давать 15-ти, 20-ти 25-летние и даже пожизненные гарантии. С точки зрения сохранение работоспособности это верно. Но по вероятному сроку службы это скорее иллюзии, которые питают и производители (это выгодно), и заказчики (так спокойнее).
Среда передачи данных МедьНаиболее популярным материалом для построения современных компьютерных сетей является витая пара. На сегодня это недорогой и универсальный кабель для создания локальных коммуникаций практически любого уровня сложности. Постараемся объяснить, почему она получила такое широкое распространение.
Общее понятие о витой паре
Витая пара - это изолированные проводники, попарно свитые между собой некоторое число раз на определенном отрезке длины, что требуется для уменьшения перекрестных наводок между проводниками. Такие линии как нельзя лучше подходят для создания симметричных цепей, в которых используется балансный принцип передачи информации.
Рис. 2.1.1 Симметричная цепь
Приемник и передатчик гальванически развязаны друг от друга согласующими трансформаторами. При этом во вторичные обмотки (сетевые адаптеры) подается только разность потенциалов первичной обмотки (непосредственно протяженной линии). Из-за этого необходимо отметить два важных момента.
Токи в любой точке идеальной витой пары равны по значению, и противоположны по направлению. Под идеальной витой парой понимается линия, в которой проводники бесконечно плотно прилегают друг к другу, имеют бесконечно малый диаметр, и ток, протекающий через них, стремится к нулю.
Метод накладывает некоторые ограничения на протокол передачи (невозможность передачи постоянной составляющей), но значительно более устойчиво к внешним влияниям.
Разновидности витопарных кабелей
Витая пара не была новым изобретением. До этого она уже многие десятки лет успешно использовалась в телефонии, и остается только удивляться, почему ее перенос на почву Ethernet прошел только сентябре 1990 года, когда был официально принят стандарт 10baseT. Вполне естественно, что это была витая пара 3 категории, с очень большим, в десятки сантиметров, шагом скрутки проводов в паре, и небольшой, до 20 МГц, полосой пропускания (т.е. были взяты прямо из телефонной проводки). Компьютерные кабеля отличало только оформление - 4 пары под одной оболочкой.
Немного позже, одновременно с появлением Fast Ethernet в 1995 году, был введен новый стандарт на кабель Категории 5 (Level 5), с шагом скрутки, меняющемся для разных пар от 12 до 32 мм (например, ряд от Lucent - 15, 13, 20, 24 мм). Делается это для уменьшения перекрестных наводок, о которых будет рассказано ниже. Такой кабель обеспечивает передачу сигналов с частотой до 100 Мбит. Далее, несколько лет назад, появилась Категория 5е (до 125 МГц), в разработке Категоря 6 (до 200 МГц) и Категория 7 (до 600 МГц).
Рис. 2.1.2 Конструкция витой пары
Как правило, кабель имеет 4 пары в одной оболочке. Немного реже встречаются 2-х парные варианты, которые можно применять с ограниченным числом сетевых протоколов.
Проводники изготовлены из монолитной медной проволоки толщиной 0,5 - 0,65 мм. Толщина изоляции - около 0,2 мм, материал обычно поливинилхлорид, для более качественных образцов 5 категории - полипропилен, полиэтилен. Особенно высококлассные кабеля имеют изоляцию из вспененного (ячеистого) полиэтилена, которые обеспечивают низкие диэлектрические потери, или тефлона, который обеспечивающий уникальный рабочий диапазон температур.
Разрывная нить (обычно капрон) используется для облегчения разделки внешней оболочки - при вытягивании она делает на оболочке продольный разрез, которы открывает доступ к кабельному сердечнику, гарантированно не повреждая изоляцию проводников.
Внешняя оболочка имеет толщину 0,5-0,6 мм, и обычно изготавливается из привычного поливинилхлорида с добавлением мела, который повышает хрупкость. Это необходимо для точного облома по месту надреза лезвием отрезного инструмента. Кроме этого, начинают применяться так называемые "молодые полимеры", которые не поддерживают горения, и не выделяют при нагреве галогенов. Их широкому внедрению пока мешает только более высокая (на 20-30%) цена.
Самый распространенный цвет оболочки - серый. Оранжевая окраска, как правило, указывает на негорючий материал оболочки, который позволяет прокладывать линии в закрытых областях. В общем случае, цвета не обозначают особых свойств, но их применение позволяет легко отличать коммуникации c разным функциональным назначением, как при монтаже, так и обслуживании.
Отдельно нужно отметить маркировку. Кроме данных о производителе и типе кабеля, она обязательно включает в себя метровые или футовые метки.
ОптоволокноПринцип работы оптоволоконной линии не сложен. Источником распространяемого по оптическим кабелям света является светодиод (или полупроводниковый лазер), а кодирование информации осуществляется двухуровневым изменением интенсивности света (0-1). На другом конце кабеля принимающий детектор преобразует световые сигналы в электрические.
Для передачи информации мало создать световую волну, надо ее сохранить и направить в нужном направлении. В однородной среде свет (электромагнитная волна) распространяется прямолинейно, но на границе изменения плотности среды по оптическим законам происходит изменение направления (отражение), или преломление.
В используемых в настоящее время схемах луч от светодиода или лазера впускают в более плотную среду, ограниченную менее плотной. При правильном подборе материалов, происходит эффект полного отражения (преломление отсутствует). Таким образом, транспортируемый сигнал "идет" внутри замкнутой среды, проделывая пут
Остальные элементы кабеля - лишь способ предохранить хрупкое волокно от повреждений внешней средой различной агрессивности.
Рис. 2.2.1 Конструкция оптического волокна
Сложность конструкции скорее кажущаяся, чем реальная. Основные элементы показаны на рисунке. Внешний диаметр отражающей оболочки унифицирован для всех типов кабелей и составляет 125±2 мкм. В этот размер входит и 2-3 мкм. слой лака, который служит защитой от влаги и связанной с ней коррозии.
Первичную механическую прочность и гибкость рассматриваемой конструкции придает защитное покрытие из эпоксиакриолата, часто называемое буфером. Как правило, для удобства монтажа его окрашивают в разные цвета. Толщина покрытия составляет 250±15 мкм. Кроме этого, для лучшей защиты волокна и более удобного монтажа разъемов часто применяются конструкции с вторичным буфером диаметром 900 мкм, который без зазора уложен на первичный.
ЭфирЕсли вспомнить историю, то Ethernet идеологически начинался именно как "эфирная" радиосеть. Поэтому возвращение к истокам (хоть и в совершенно новом качестве) должно было когда-нибудь произойти. И показательно, что сегодня радиомодуль беспроводной связи становится такой же обычной принадлежностью компьютеров как, например, встроенный модем или сетевая карта.
Но если по логике работы беспроводные сети весьма похожи на Ethernet (по крайней мере в наиболее распространенных стандартах), то на физическом уровне отличия более чем заметны. Да это и понятно - свойства "воздушной" среды очень далеки от "медного" кабеля.
Для использования широкой полосы частот было разработано две принципиально различающихся между собой технологии. Это метод прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum - DSSS) и метод частотных скачков (Frequency Hopping Spread Spectrum - FHSS).
В режиме FHSS весь диапазон 2,4 ГГц используется как одна широкая полоса (с 79 подканалами). В режиме DSSS этот же диапазон разбит на несколько широких DSSS-каналов, так что до трех таких каналов может использоваться независимо и одновременно на одной территории. Номинальная скорость каждого канала 2 Мбит/с.
Метод DSSS позволяет достигать значительно большей производительности (2 Мбит/с на один канал, 6 Мбит/с на весь диапазон 2,4 ГГц), а кроме того, обеспечивают большую устойчивость к узкополосным помехам (выбором поддиапазона для передачи можно отстроиться от помех), и большую дальность связи.
FHSS выпускается значительно большим количеством компаний, она проще и дешевле, однако и пропускная способность ее ниже. Однако, достоинство FHSS-устройств состоит в том, что они, в отличие от DSSS, могут сохранять работоспособность в условиях широкополосных помех - например, создаваемых DSSS-передатчиками. Недостаток - сами они при этом мешают обычным узкополосным устройствам.
3.Активное сетевое оборудованиеАктивные устройства осуществляют формирование, преобразование, коммутацию, а так же прием сигнала с использованием внешнего (не передающегося в составе сигнала) источника энергии. Соответственно, они является неотъемлемым компонентами любой сети передачи данных.
Вопрос правильного выбора оборудования далеко не второстепенен. Даже в недорогих офисных сетях от этого зависит качество и скорость работы сети. Что уж говорить про условия домашних сетей, с их жесткой внешней средой и критическими нагрузками. В этом случае важны даже мелочи, приходится ориентироваться не только на тип и параметры устройства, но на опыт реальной эксплуатации разных моделей.
Активные устройства можно, с некоторой долей условности, разделить на рабочие станции, повторители (концентраторы), коммутаторы, мосты и маршрутизаторы.
3.1 Повторители и концентраторы.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 свое ограничение - рано или поздно мощность сигнала падает, и прием становится невозможным. При этом не имеет значения абсолютное значение амплитуды - для распознавания важно соотношение сигнал/шум.
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 точное подобие. 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 протяженных 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 пришел сигнал.
Рис. 3.1.1. Схематическое изображение активных устройств
С появлением протокола 10baseT (витой пары) для избежания терминологической путаницы многопортовые повторители для витой пары стали называться хабами (hub), а коаксиальные - репитерами (по крайней мере в русскоязычной литературе). Эти названия хорошо прижились, и используется в настоящее время очень широко.
3.2 Мосты.В предыдущей главе было показано, что для соединения двух соседних сегментов Ethernet можно применять повторители или концентраторы. Но что делать, если две (или более) сети уже слишком велики для объединения в один коллизионный домен, или, вдобавок, территориально удаленны друг от друга?
Для решения этой задачи применяют мосты (Bridge). Как и повторители, они принимают данные на входящий порт, и передают на исходящий с восстановленными уровнем и формой сигнала. Но на этом сходство заканчивается, и начинаются различия.
Рис. 3.2.1 Схема типичного варианта применения моста
Мост принимает входящий кадр в свой буфер, определяет его целостность и адрес (МАС) назначения. При этом каждая половина моста, анализируя поле адреса отправителя, ведет таблицу Ethernet-адресов узлов, находящихся на своей стороне. На другую сторону моста передаются только кадры широковещательной рассылки (Broadcast), и кадры, не имеющие получателя на своей стороне. Таким образом, коллизии не транслируются (как это происходит в повторителях).
Буферизация данных перед их отправкой (store-and-forward) приводит к возникновению большей по сравнению с концентраторами задержки, что несколько снижает скорость работы сети. С другой стороны, количество устройств, которые разделяю между собой физическую среду, снижается. В результате обычно реальная скорость передачи данных возрастает.
Первые мосты были, подобно повторителям, двухпортовыми. Но распространение получила технология 10baseT, построенная на многопортовых хабах, и следовательно, популярность получили многопортовые мосты. Последние приобрели специальное название - коммутатор (switch), которое полностью вытеснило старый термин.
Тем не менее, совсем из сетевого лексикона мосты не исчезли. Так часто стали называть устройства, предназначенные для связи ЛВС по отличной от Ethernet физической среде.
В свете такого использования, надо отметить следующий момент. Мосты не могут выполнять фрагментацию и повторную сборку пакетов более высокого (сетевого) уровня. Это свойство вызывает важное, но не заметное на первый взгляд следствие. Многие модели мостов имеют ограничение по размеру передаваемого кадра, слишком большой может быть отброшен как поврежденный.
3.3Маршрутизаторы.Можно сказать, что маршрутизаторы (роутеры, routегs) - это следующая ступень сетевой иерархии. Упрощенного говоря, их задача - выбор маршрута передачи данных (иначе говоря, объединение разнородных сетей). Соответственно, если мосты для передачи кадров используют адреса физического уровня (МАС), то маршрутизаторы (роутеры) обычно используют IP адреса глобальной сети Интернет.
Для этого им, как минимум, нужно развернуть кадр Ethernet, извлечь из его поля данных дейтаграмму IP, и по ее заголовку направить пакет (возможно, опять упаковав дейтаграмму в кадр Ethernet). Однако, большинство маршрутизаторов работает по еще более сложному алгоритму, используя для передачи данных протоколы следующих уровней модели OSI .
Рис. 3.3.1 Применение маршрутизатора в корпоративно сети
Подобно повторителям, маршрутизаторы восстанавливают уровень и форму предаваемого сигнала. Так же, как и мосты, они не передают адресату коллизии или поврежденные кадры, и из-за буферизации имеют задержку при передаче. Но в отличие от повторителей, мостов и коммутаторов, маршрутизаторы изменяют все передаваемые кадры Ethernet (вернее сказать, они их разбирают, и формируют заново по определенным правилам).
Но даже на этом функциональные возможности роутеров не заканчиваются. В зависимости от типа, программного обеспечения, они могут поддерживать очень сложные и не типовые функции. Например, подсчет трафика, авторизацию пользователей, ведение статистики, и т.п.
Так же очень сильно они могут отличаться по мощности. Наиболее простой и недорогой вариант - персональный компьютер с несколькими (или даже одной) сетевыми адаптерами. Программное обеспечение может быть любым, но наиболее распространены клоны unix - linux или FreeBSD, которым обычно достаточно даже устаревших "486" процессорных блоков.
Несмотря на большие функциональные возможности, и сравнительно не большую скорость, маршрутизаторы практически не применяются в локальных сетях. В них просто нет надобности, а большие потенциальные возможности обычно оборачиваются малой надежностью и сложностью в эксплуатации. Поэтому применять маршрутизацию желательно как можно реже, только в случаях, когда от нее невозможно отказаться.
Классический пример их использования в простых провайдинговых схемах - граница между локальной сетью и Интернет. Вот незаменимые преимущества маршрутизаторов в этой технологической нише:
обеспечивает более высокий уровень локализации трафика, чем мост, так как позволяет фильтровать широковещательные кадры, не имеющие корректных адресов назначения (нет угрозы бродкастовых штормов);
развитые возможности защиты от несанкционированного доступа из-за возможности использования фильтрации трафика на более высоких уровнях модели OSI (сетевом и транспортном);
сеть, части которой соединены через маршрутизаторы, не имеют ограничений на число узлов;
обеспечивают возможность настройки параметров качества (Quality of Service, QoS), настройку системы приоритетов, ширины полосы пропускания для каждого типа трафика;
поддерживают основные протоколы динамической маршрутизации, такие как RIP, OSPF, BGP-4, IPX RIP/SAP, могут связывать несколько IP сетей одновременно;
Последняя возможность очень важна для построения действительно больших телекоммуникационных сетей со сложной, и часто многосвязной топологией. При этом задача максимально эффективной и быстрой доставки отправленного пакета решается совсем не просто. Распространены два основных алгоритма выбора наиболее выгодного пути и способа: RIP и OSPF.
При использовании протокола RIР, основным критерием выбора является минимальное число сетевых устройств между устройством-отправителем и получателем. Технически это просто реализуется, не требует существенных вычислительных ресурсов, и достаточно часто применяется в простых сетях.
Однако, понятно, что лучше 10 ретрансляторов на оптоволокне, чем одно модемное соединение. Поэтому при использовании RIP на практике появляется много дополнительных ограничений, серьезно затрудняющих управление.
OSPF лишен этих недостатков, поскольку который кроме числа "хопов" учитывает производительности сети, задержки при передаче пакета и т.п. критерии. Оборотной стороной, как обычно, является относительно высокая сложность управления, и требовательность к аппаратным ресурсам.
Производительность маршрутизаторов принято измерять в PPS (Packets Per Second), т.е. количество маршрутизируемых пакетов в секунду.
3.4 Пассивное оборудованиеК пассивному сетевому оборудованию относится: кабели, патч-корды, различные розетки, кросс-панели, соединительные шнуры, кабельные разъёмы, модульные гнёза информационные розетки, а также монтажные шкафы используемые для размещения и защиты телекоммуникационного оборудования, коммутационных панелей и соединительных кабелей.
4. "Локальные" виртуальные соединения.Рассмотрим подробнее "локальный" метод. По сути, он сводится к организации виртуальных сетей (иначе говоря, Virtual LAN, VLAN) "поверх" общего Ethernet'а при помощи специального активного оборудования ЛВС .
Существует несколько способов построения виртуальных сетей. Ниже приведены три наиболее распространенных:
Группировка портов. Трафик каждого порта можно отнести к той, или иной виртуальной сети. Так же можно назначить на один порт несколько виртуальных сетей. При этом информация о таком VLAN содержится только непосредственно на коммутаторе, и по сети не передается.
Группировка МАС-адресов. В этом случае кадр относится к какой-либо Vlan на основании МАС-адреса (по специальной таблице, заполняемой администратором сети).
Использование дополнительных меток (тегов) в поле данных кадра Ethernet. При этом к кадру Ethernet добавляются два байта, которые содержат информацию по его принадлежности к Vlan, и о его приоритете (тремя битами кодируется до восьми уровней приоритета, 12 бит позволяют различать до 4096 Vlan, а один бит зарезервирован для обозначения кадров сетей других типов).
При одинаковом названии и области применения способы создания виртуальных сетей отличаются друг от друга кардинально, и требует рассмотрения в отдельных параграфах.
4.1 Организация VLAN с помощью тэгов.Наиболее очевидным (но далеко не самым простым технически) способом разделения сетей будет присваивать каждому кадру Ethernet специальной метки (тэги), в соответствии с которым свитчи будут коммутировать их путь по сети. Для этого было придумано не мало корпоративных решений (ISL Cisco, VLT 3com), но в конце концов появился единый стандарт IEEE 802.1q, который в настоящее время можно считать общепринятым.
Тегированные кадры позволяют построить виртуальную сеть для каждого пользователя (или их группы). Связь между различными виртуальными сетями должна осуществляться на сервере (или коммутаторе 3-го уровня) посредством IP маршрутизации на 3-ем (сетевом) уровне модели OSI,
При этом создается полное ощущение, что каждый пользователь имеет свой свою выделенную линию (с негарантированной скоростью) до центрального узла, и подключен к отдельному сетевому адаптеру маршрутизатора.
Технически подобная схема выглядит следующим образом:
Каждый пользователь находится в своей, виртуальной сети (VLAN). Кадр, попадая от него в коммутатор, получает 2-х байтовую метку (тэг), которая назначена на данный порт. Он размещается в поле данных кадра Ethernet, из-за чего его длина увеличивается (и может быть неправильно обработана какими-либо устройствами). Далее кадр может пройти несколько свитчей, которые будут направлять его в соответствии с установленными правилами. В случае, если коммутатор не имеет функции распознавания тэгов, кадр будет обработан в соответствии с общими правилами коммутируемого Ethernet.
Можно выделить три типа порта. Входной, на котором тэги устанавливаются, выходной, на котором они убираются, и транковый, через который они передаются между активными устройствами (в одном физическом канале несколько виртуальных сетей). Таким образом может быть построена защищенная сеть очень больших размеров.
Нужно специально отметить, что имеется в виду именно транк (объединение) на уровне протокола. Дело в том, что такой термин может означать нечто совсем иное - а именно объединение портов в группу, для увеличения скорости передачи данных между двумя коммутаторами (или коммутатором и многопортовой сетевой картой). Такая линия с точки зрения пользователя выглядит как один более скоростной порт. Получается передача со скоростью 200, 300, 400... до 800 Мбит, соответственно, при объединении 2,3,4...8 портов.
Рис. 4.1.1 Виртуальные сети на основе тэгов
Что нужно для работы по такой привлекательной схеме? Всего-то поддержку устройствами стандарта IEEE 802.1q, или собственного корпоративного аналога. При этом двух байт, добавленных в кадр Ethernet, вполне хватает для распознавания "своих" данных (и не только для этого).
Следует отметить, что VLAN может быть настроен как вручную, так и фирменными средствами производителя оборудования. Например, Cisco использует протокол VTP, который служит для распространения информацией о виртуальных сетях. Он позволяет вести их базу централизовано, и распространять ее по технологии клиент-сервер.
4.2 VLAN'ы, использующие группировку портов.Очевидно, что стоимость коммутатора в немалой части состоит из цены использованного программного обеспечения. При разработке устройства VLAN (как многие сложные протоколы работы) требуют высоких затрат. Можно на них идти (что неизбежно скажется на итоговой цене конечного продукта), можно обойтись меньшим, выпустив на рынок промежуточный вариант.
Пока вся сеть состоит только из одного такого устройства, механизм прекрасно работает. Имеет смысл даже представить большой коммутатор в виде нескольких более маленьких. А если нужно маршрутизировать разные сети через сервер - в него можно установить несколько реальных (физических) сетевых карт, соединить их реальными кабелями с реальными портами, прописать нужные Vlan. Только таким способом можно получить полностью изолированные "виртуальные" сети.
Рис. 4.2.1 Vlan, использующий группировку портов устройства.
Такое "экстравагантное" решение имеет вполне осмысленное экономическое обоснование - мощное управляемое устройство намного удобнее, и обычно дешевле, чем несколько более слабых. Да и пользователей в группы можно помещать удаленно, не производя физических переключений. Так что для небольшой офисной ЛВС такой инструмент может оказаться даже более удобным, чем Vlan на основе протоколов. Просто, надежно, достаточно безопасно и не дорого.
Однако для сети передачи данных (или даже крупной ЛВС), обеспечить работу пользователей в отдельных виртуальных сетях не удастся полностью. Но разумный компромисс возможен, особенно для сетей, имеющих явно выраженную "древовидную" структуру доступа к данным.
Рис. 6.3. Подключение пользователей через серверный порт.
Логика работы (но не алгоритм) при этом относительно запутанная, и часто зависит от производителя. В большинстве случаев все исходящие кадры (2-го сетевого уровня по модели OSI) пересылаются на единственный серверный порт, и оттуда уходят в сеть передачи данных.
Очевидно, что полной защиты пользователей друг от друга такая сеть не имеет. Тем не менее, с некоторыми допущениями можно сказать, что с помощью VLAN на основе группировки портов можно построить сеть, в которой абоненты не смогут обмениваться трафиком иначе, чем через сервер (шлюз).
При этом важным становится правильный дизайн сети. Если она сделана как "дерево" из коммутаторов, поддерживающих VLAN на основе группировки портов, то разделение на виртуальные сети хоть и с оговорками, но будет работать. Но если "серверные" порты коммутаторов будут связаны через обычный неуправляемый коммутатор, или хаб - система рушится. То же самое произойдет при неправильной настройке сервера (шлюза).
ЗаключениеВ данной работе были рассмотрены основы СКС и среды передачи данных, активное и пассивное сетевое оборудовние, а также виртуальные сети. СКС позволяют интегрировать вычислительные, телефонные и другие коммуникационные сети, а также все элементы системы пожарной и охранной сигнализации в единое кабельное пространство, что позволяет сэкономить значительные средства при перепланировках рабочих мест. Для изменения конфигурации СКС системному администратору достаточно переключить кабель на патч-панели с одного гнезда на другое. .
Источникиhttp://www.sip-telecom.ru/connectorb.htm
http://network.xsp.ru/ckc.php
Э. Таненбаум «Компьютерные сети», 4-ое издание, ПИТЕР 2003
В Интернет через Ethernet От соединения двух компьютеров до сети микрорайона — http://www.nag.ru/goodies/book/