Сетевое оборудование
Сетевые кабели
Для построения сети обычно используют один из трех проводников: витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель.
Витая пара
В настоящее время это наиболее распространённый сетевой проводник, состоящий из 8 медных проводников, перевитых друг с другом для уменьшения электромагнитных помех. Длина сегмента из такого провода – до 100 метров (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Витая пара
Средняя скорость информации в витой паре - 100 мегабит /сек, волновое сопротивление - 100 ом. На более высоких скоростях передачи информации резко возрастает затухание сигнала (чем больше скорость, тем больше затухание). Так, на скорости 100 мбит/сек (100 мгц) амплитуда падает в 1000 раз, что эквивалентно затуханию сигнала в 67 дб. Задержка сигнала на метр кабеля обычно 4-5 наносек. Сравнивая витую пару с другими кабелями, можно отметить, что он отличается простым монтажом, но подвержен помехам. Кабель относительно дешевый, но с низкой секретностью информации. Передача в нем по методу точка-точка (один приемник и один передатчик), для монтажа витой пары обычно используется топология звезда. Витая пара выпускается в нескольких категориях. 1 категория – телефонный кабель (лапша). Применяют для передачи речи. 2 категория имеет скорость до 1 мгц (1 мегабит сек). В кабеле категории 3 – 9 витков на метр, затухание до 40 дб и скорость информации до 10 мегабит сек. Кабель 4-й категории пропускает сигнал до 20 мгц. 5 категория самая ходовая. В ней скорость информации до 100 Мгб сек и используется скрутка в 27 витков на метр. Категория
6 может передавать сигнал частотой до 500 мгц. Кабель 7 категории очень дорогой – в нем применяется экран как для отдельных проводников, так и общий. Что касается изоляции кабеля, то чаще всего используется ПВХ (non-plenum) изоляция серого цвета. Она дешева, но горит с выделением ядовитого газа. С сетевой картой кабель соединяется разъемом 8P8C (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Разъем 8P8C
Коаксиальный кабель
Провод содержит в себе центральный проводник из меди, слой изолятора в медной или алюминиевой оплетке (это экран от электромагнитных помех) и внешнюю ПВХ изоляцию. Максимальная скорость передачи данных - 10 Мбит/сек. Длина сегмента тонкого коаксиала до 185 метров (рис. 1.3). Такой провод имеет диаметр около 5 мм.
Рис. 1.3. Коаксиальный кабель
С сетевой картой кабель соединяется через BNC (БИ ЭН СИ) разъем байонетного типа с поворотом (рис. 1.4).
Рис. 1.4. Разъем BNC
В сравнении с витой парой коаксиал дороже, его ремонт сложнее, гибкость хуже (особенно, у толстого кабеля). Но у него есть преимущество - оплетка кабеля (медная или из алюминиевой фольги) уничтожает помехи, искажающие сигнал. Применяют коаксиальный кабель, обычно, в топологии шина, при этом используется многоточечная передача сигнала (много приемников и много передатчиков).
Оптоволоконный кабель
Кабель содержит несколько стеклянных световодов, защищенных изоляцией. Он обладает скоростью передачи данных в несколько Гбит в сек, не подвержен электропомехам. Передача сигналов без затухания идет на расстояние, измеряемое километрами – рис. 1.5. В многомодовом кабеле сегмент имеет длину до 2 км, а в одномодовом – до 40 км.
Рис. 1.5. Многомодовый оптоволоконный кабель
Биты информации кодируются такими сущностями, как сильный свет, слабый свет, нет света. Источниками сигнала в кабеле служит инфракрасный светодиод или лазер. Оптический провод самый негибкий из всех кабельных сред передачи сигнала, зато он самый помехоустойчивый, с высокой секретностью информации. Монтаж такого кабеля сложный и дорогой, обычно, сваркой на специальном оборудовании. Кабель иногда бронируют, т.е. защищают металлической оболочкой (для прочности). Оптический кабель бывает одномодовый и многомодовый. В одномодовом кабеле сигнал передает инфракрасный лазер с одной волной 1,3 мкм, что годится для очень дальней передачи сигнала. Помимо того, что мощный лазер дорог, он также и недолговечен. Многомодовый оптический кабель чаще применим на практике. В нем используется много волн длиной 0,85 мкм и инфракрасный диод. Поскольку у каждой волны свое затухание и преломление, то происходит частичное искажение формы сигнала и такой кабель используют на меньших расстояниях, чем одномодовый. Среди других особенностей оптического кабеля можно отметить, что стекло может треснуть от механических воздействий и мутнеет от радиации, что, в свою очередь, ведет к росту затухания сигнала в кабеле. Для изоляции оптоволокна обычно применяют тефлон (пленум). Это дорогая (в сравнении с ПВХ) изоляция оранжевого цвета, но она практически не горит в огне. Разъем кабеля обычно байонетного типа (рис. 1.6). На рисунке показан оптический коннектор типа ST, который соединяется с кабелем клеевым способом, т. е. путем вклейки оптического волокна в наконечник с последующей сушкой и шлифовкой. Коннекторы для монтажных и соединительных шнуров различаются диаметром хвостовика (соответственно 0,9 и 3,0 мм) и отсутствием у первых элементов крепления кабеля. Одномодовые и многомодовые коннекторы различаются требованиями к допускам на параметры капилляра керамического наконечника.
Рис. 1.6. Разъём оптический MM ST/PC для многомодового оптоволокна
Для преобразования светового сигнала в электрический используют оптоволоконный трансивер (приемо-передатчик), он довольно дорогой. На рис. 1.7 показан трансивер Trycom TRP-C39 для многомодового кабеля.
Рис. 1.7. Трансивер Trycom TRP-C39 для многомодового кабеля
Трансивер TRP-C39 осуществляет двунаправленное преобразование сигналов RS-232/422/485 в световые импульсы для передачи по оптическому волокну. Особенности:
· Автоматическое определение скорости передачи данных (от 300 до 115200 бит/с)
· Гальваническая развязка с напряжением пробоя изоляции 3000V пост.тока
· Светодиодные индикаторы Питание/Передача/Прием (Power/TX/RX)
· Допустимая протяженность оптоволоконной линии до 2км
· Крепление на стену / на DIN-рейку
· Интерфейсы: RS-232/422/485 в многомодовое (Multi-mode) оптоволокно
· Длина волны: 850 нм
· Скорости передачи данных: от 300bps до 115.2kbps
· Поддержка ОС: Windows/Linux/Unix/MAC
Сетевое оборудование
Ниже мы вкратце познакомимся с основным сетевым оборудованием для локальной сети.
Сетевая карта
Сетевые карты отвечают за передачу информации между ПК в сети. Каждая карта имеет свой индивидуальный Mac - адрес.
MAC - адрес сетевой карты - это уникальный идентификатор, предоставленный ей изготовителем. В сетях Ethernet он позволяет идентифицировать каждый узел сети и доставлять данные только этому узлу.
Основные характеристики:
· установленная микросхема контроллера (микрочип);
· разрядность – имеются 32- и 64-битные сетевые карты (определяется микрочипом);
· скорость передачи – от 10 до 1000 Мбит/с;
· разъем под тип подключаемого кабеля (коаксиальный, витая пара, волоконно-оптический кабель) – рис. 1.8.
Рис. 1.8. Сетевые карты на коаксиал и витую пару
Концентратор (хаб) и коммутатор (свитч)
Концентратор (хаб) используется, если в сети участвует больше 2 компьютеров. К нему сходятся все сетевые кабели витой пары в топологии звезда. Сигнал хаба получают все ПК сети, а не только та сетевая карта, которой адресован пакет данных. В настоящее время концентраторы сняты с производства и встречаются редко. Внешне свитч или коммутатор (Switch) практически не отличается от Hub, но коммутатор (Switch) - более интеллектуальное устройство, где есть свой процессор, внутренняя шина и буферная память. Если концентратор просто передает пакеты от одного порта ко всем остальным, то 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 – рис. 1.9.
Рис. 1.9. Свитч D-Link DES-1008D 8-port 10/100Mbps
Итак, концентратор обозначается значком 
и его основная функция - это повторение сигналов, поступающих на один из его портов, на всех остальных портах (Ethernet).
Сетевой коммутатор, или свитч, обозначается значком 
и в отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передает данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.
Давайте рассмотрим принцип работы коммутатора более детально. Коммутатор хранит в памяти таблицу, в которой указывается соответствие MAC -адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует кадры и, определив MAC - адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC - адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC - адрес хоста-получателя еще не известен, то кадр будет продублирован на все интерфейсы. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется.
Маршрутизатор (роутер)
Маршрутизатор - сетевое устройство, которое на основании информации о топологии сети и определённых правил принимает решения о пересылке пакетов между различными сегментами сети. Обозначается значком 
- рис. 1.10.
Рис. 1.10. Беспроводной маршрутизатор D-Link 300Мбит/с (DIR-615/E4B)
Принцип работы маршрутизатора таков: он использует адрес получателя, указанный в пакетах данных, и определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные. Маршрутизатор может выбрать один из нескольких маршрутов доставки пакета адресату.
Маршрут - последовательность прохождения пакетом информации узлов сети.
В отличии от коммутатора, маршрутизатор видит все связи подсетей друг с другом, поэтому он может выбрать наилучший маршрут и при наличии нескольких альтернативных маршрутов. Решение о выборе маршрута принимается каждым маршрутизатором, через который проходит сообщение. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается.