Витая пара и дуплексный режим рабты. Реализации сети Ethernet

• Tutorial

• Что такое домен коллизий?
• Сколько пар используется для Ethernet и почему?
• По каким парам идет прием, а по каким передача?
• Что ограничивает длину сегмента сети?
• Почему кадр не может быть меньше определенной величины?

Если не знаешь ответов на эти вопросы, а читать стандарты и серьезную литературу по теме лень - прошу под кат.

Кто-то считает, что это очевидные вещи, другие скажут, что скучная и ненужная теория. Тем не менее на собеседованиях периодически можно услышать подобные вопросы. Мое мнение: о том, о чем ниже пойдет речь, нужно знать всем, кому приходится брать в руки «обжимку» 8P8C (этот разъем обычно ошибочно называют RJ-45). На академическую глубину не претендую, воздержусь от формул и таблиц, так же за бортом оставим линейное кодирование. Речь пойдет в основном о медных проводах, не об оптике, т.к. они шире распространены в быту.

Технология Ethernet описывает сразу два нижних уровня модели OSI . Физический и канальный. Дальше будем говорить только о физическом, т.е. о том, как передаются биты между двумя соседними устройствами.

Технология Ethernet - часть богатого наследия исследовательского центра Xerox PARC . Ранние версии Ethernet использовали в качестве среды передачи коаксиальный кабель, но со временем он был полностью вытеснен оптоволокном и витой парой. Однако важно понимать, что применение коаксиального кабеля во многом определило принципы работы Ethernet. Дело в том, что коаксиальный кабель - разделяемая среда передачи. Важная особенность разделяемой среды: ее могут использовать одновременно несколько интерфейсов, но передавать в каждый момент времени должен только один. С помощью коаксиального кабеля можно соединит не только 2 компьютера между собой, но и более двух, без применения активного оборудования. Такая топология называется шина . Однако если хотябы два узла на одной шине начнут одновременно передавать информацию, то их сигналы наложатся друг на друга и приемники других узлов ничего не разберут. Такая ситуация называется коллизией , а часть сети, узлы в которой конкурируют за общую среду передачи - доменом коллизий . Для того чтоб распознать коллизию, передающий узел постоянно наблюдает за сигналов в среде и если собственный передаваемый сигнал отличается от наблюдаемого - фиксируется коллизия. В этом случае все узлы перестают передавать и возобновляют передачу через случайный промежуток времени.

Диаметр коллизионного домена и минимальный размер кадра

Теперь давайте представим, что будет, если в сети, изображенной на рисунке, узлы A и С одновременно начнут передачу, но успеют ее закончить раньше, чем примут сигнал друг друга. Это возможно, при достаточно коротком передаваемом сообщении и достаточно длинном кабеле, ведь как нам известно из школьной программы, скорость распространения любых сигналов в лучшем случае составляет C=3*10 8 м/с. Т.к. каждый из передающих узлов примет встречный сигнал только после того, как уже закончит передавать свое сообщение - факт того, что произошла коллизия не будет установлен ни одним из них, а значит повторной передачи кадров не будет. Зато узел B на входе получит сумму сигналов и не сможет корректно принять ни один из них. Для того, чтоб такой ситуации не произошло необходимо ограничить размер домена коллизий и минимальный размер кадра. Не трудно догадаться, что эти величины прямо пропорциональны друг другу. В случае же если объем передаваемой информации не дотягивает до минимального кадра, то его увеличивают за счет специального поля pad, название которого можно перевести как заполнитель.

Таким образом чем больше потенциальный размер сегмента сети, тем больше накладных расходов уходит на передачу порций данных маленького размера. Разработчикам технологии Ethernet пришлось искать золотую середину между двумя этими параметрами, и минимальным размером кадра была установлена величина 64 байта.

Витая пара и дуплексный режим рабты

Витая пара в качестве среды передачи отличается от коаксиального кабеля тем, что может соединять только два узла и использует разделенные среды для передачи информации в разных направлениях. Одна пара используется для передачи (1,2 контакты, как правило оранжевый и бело-оранжевый провода) и одна пара для приема (3,6 контакты, как правило зеленый и бело-зеленый провода). На активном сетевом оборудовании наоборот. Не трудно заметить, что пропущена центральная пара контактов: 4, 5. Эту пару специально оставили свободной, если в ту же розетку вставить RJ11, то он займет как раз свободные контакты. Таким образом можно использовать один кабели и одну розетку, для LAN и, например, телефона. Пары в кабеле выбраны таким образом, чтоб свести к минимуму взаимное влияние сигналов друг на друга и улучшить качество связи. Провода одной пару свиты между собой для того, чтоб влияние внешних помех на оба провода в паре было примерно одинаковым.
Для соединения двух однотипных устройств, к примеру двух компьютеров, используется так называемый кроссовер-кабель(crossover) , в котором одна пара соединяет контакты 1,2 одной стороны и 3,6 другой, а вторая наоборот: 3,6 контакты одной стороны и 1,2 другой. Это нужно для того, чтоб соединить приемник с передатчиком, если использовать прямой кабель, то получится приемник-приемник, передатчик-передатчик. Хотя сейчас это имеет значение только если работать с каким-то архаичным оборудованием, т.к. почти всё современное оборудование поддерживает Auto-MDIX - технология позволяющая интерфейсу автоматически определять на какой паре прием, а на какой передача.

Возникает вопрос: откуда берется ограничение на длину сегмента у Ethernet по витой паре, если нет разделяемой среды? Всё дело в том, первые сети построенные на витой паре использовали концентраторы. Концентратор (иначе говоря многовходовый повторитель) - устройство имеющее несколько портов Ethernet и транслирующее полученный пакет во все порты кроме того, с которого этот пакет пришел. Таким образом если концентратор начинал принимать сигналы сразу с двух портов, то он не знал, что транслировать в остальные порты, это была коллизия. То же касалось и первых Ethernet-сетей использующих оптику (10Base-FL).

Зачем же тогда использовать 4х-парный кабель, если из 4х пар используются только две? Резонный вопрос, и вот несколько причин для того, чтобы делать это:

• 4х-парный кабель механически более надежен чем 2х-парный.
• 4х-парный кабель не придется менять при переходе на Gigabit Ethernet или 100BaseT4, использующие уже все 4 пары
• Если перебита одна пара, можно вместо нее использовать свободную и не перекладывать кабель
• Возможность использовать технологию Power over ethernet

Не смотря на это на практике часто используют 2х-парный кабель, подключают сразу 2 компьютера по одному 4х-парному, либо используют свободные пары для подключения телефона.

Gigabit Ethernet

В отличии от своих предшественников Gigabit Ethernet всегда использует для передачи одновременно все 4 пары. Причем сразу в двух направлениях. Кроме того информация кодируется не двумя уровнями как обычно (0 и 1), а четырьмя (00,01,10,11). Т.е. уровень напряжения в каждый конкретный момент кодирует не один, а сразу два бита. Это сделано для того, чтоб снизить частоту модуляции с 250 МГц до 125 МГц. Кроме того добавлен пятый уровень, для создания избыточности кода. Он делает возможной коррекцию ошибок на приеме. Такой вид кодирования называется пятиуровневым импульсно-амплитудным кодированием (PAM-5). Кроме того, для того, чтоб использовать все пары одновременно для приема и передачи сетевой адаптер вычитает из общего сигнала собственный переданный сигнал, чтоб получить сигнал переданный другой стороной. Таким образом реализуется полнодуплексный режим по одному каналу.

Дальше - больше

10 Gigabit Ethernet уже во всю используется провайдерами, но в SOHO сегменте не применяется, т.к. судя по всему там вполне хватает Gigabit Ethernet. 10GBE качестве среды распространения использует одно- и многомодовое волокно, с или без уплотнением по длине волны , медные кабели с разъемом InfiniBand а так же витую пару в стандарте 10GBASE-T или IEEE 802.3an-2006.

40-гигабитный Ethernet (или 40GbE ) и 100-гигабитный Ethernet (или 100GbE ). Разработка этих стандартов была закончена в июле 2010 года. В настоящий момент ведущие производители сетевого оборудования, такие как Cisco, Juniper Networks и Huawei уже заняты разработкой и выпуском первых маршрутизаторов поддерживающих эти технологии.

В заключении стоит упомянуть о перспективной технологии Terabit Ethernet . Боб Меткалф, создатель предположил, что технология будет разработана к 2015 году, и так же сказал:

Чтобы реализовать Ethernet 1 ТБит/с, необходимо преодолеть множество ограничений, включая 1550-нанометровые лазеры и модуляцию с частотой 15 ГГц. Для будущей сети нужны новые схемы модуляции, а также новое оптоволокно, новые лазеры, в общем, все новое

UPD : Спасибо хабраюзеру Nickel3000 , что подсказал, про то что разъем, который я всю жизнь называл RJ45 на самом деле 8P8C .
UPD2: : Спасибо пользователю Wott , что объяснил, почему используются контакты 1,2,3 и 6.

Теги: Добавить метки

Он и его ассистент Дэвид Боггс (David Boggs) издали брошюру под названием «Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks» .

Преимущества использования витой пары по сравнению с коаксиальным кабелем:

Причиной перехода на оптический кабель была необходимость увеличить длину сегмента без повторителей.

Метод управления доступом (для сети на коаксиальном кабеле) - множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт , описаны методы кодирования данных. Режим работы полудуплексный, то есть узел не может одновременно передавать и принимать информацию. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала - не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов, в основном по причине полудуплексного режима работы.

MAC-адреса

При проектировании стандарта Ethernet было предусмотрено, что каждая сетевая карта (равно как и встроенный сетевой интерфейс) должна иметь уникальный шестибайтный номер (MAC-адрес), прошитый в ней при изготовлении. Этот номер используется для идентификации отправителя и получателя кадра, и предполагается, что при появлении в сети нового компьютера (или другого устройства, способного работать в сети) сетевому администратору не придётся настраивать MAC-адрес.

Уникальность MAC-адресов достигается тем, что каждый производитель получает в координирующем комитете IEEE Registration Authority диапазон из шестнадцати миллионов (2^24) адресов, и по мере исчерпания выделенных адресов может запросить новый диапазон. Поэтому по трём старшим байтам MAC-адреса можно определить производителя. Существуют таблицы, позволяющие определить производителя по MAC-адресу; в частности, они включены в программы типа arpalert.

Мак адрес считывается один раз из ПЗУ при инициализации сетевой карты, в дальнейшем все пакеты генерируются операционной системой. Все современные операционные системы позволяют поменять его. Для Windows начиная как минимум с Windows 98 он менялся в реестре. Некоторые драйвера сетевых карт давали возможность изменить его в настройках, но смена работает абсолютно для любых карт.

Некоторое время назад, когда драйверы сетевых карт не давали возможность изменить свой MAC-адрес, а альтернативные возможности не были слишком известны, некоторые провайдеры Internet использовали его для идентификации машины в сети при учёте трафика. Программы из Microsoft Office, начиная с версии Office 97, записывали MAC-адрес сетевой платы в редактируемый документ в качестве составляющей уникального GUID-идентификатора. . MAC адрес роутера передавался Mail.Ru агентом на свой сервер открытым текстом при логине.

Разновидности Ethernet

В зависимости от скорости передачи данных, и передающей среды существует несколько вариантов технологии. Независимо от способа передачи стек сетевого протокола и программы работают одинаково практически во всех нижеперечисленных вариантах.

В этом разделе дано краткое описание всех официально существующих разновидностей. По некоторым причинам, в дополнение к основному стандарту многие производители рекомендуют пользоваться другими запатентованными носителями - например, для увеличения расстояния между точками сети используется волоконно-оптический кабель .

Большинство Ethernet-карт и других устройств имеет поддержку нескольких скоростей передачи данных, используя автоопределение (autonegotiation) скорости и дуплексности, для достижения наилучшего соединения между двумя устройствами. Если автоопределение не срабатывает, скорость подстраивается под партнёра, и включается режим полудуплексной передачи. Например, наличие в устройстве порта Ethernet 10/100 говорит о том, что через него можно работать по технологиям 10BASE-T и 100BASE-TX, а порт Ethernet 10/100/1000 - поддерживает стандарты 10BASE-T, 100BASE-TX и 1000BASE-T.

Ранние модификации Ethernet

• Xerox Ethernet - оригинальная технология, скорость 3 Мбит/с, существовала в двух вариантах Version 1 и Version 2, формат кадра последней версии до сих пор имеет широкое применение.
• 1BROAD36 - широкого распространения не получил. Один из первых стандартов, позволяющий работать на больших расстояниях. Использовал технологию широкополосной модуляции , похожей на ту, что используется в кабельных модемах . В качестве среды передачи данных использовался коаксиальный кабель.
• 1BASE5 - также известный, как StarLAN , стал первой модификацией Ethernet-технологии, использующей витую пару. Работал на скорости 1 Мбит/с, но не нашёл коммерческого применения.

10 Мбит/с Ethernet

• 10BASE5 , IEEE 802.3 (называемый также «Толстый Ethernet») - первоначальная разработка технологии со скоростью передачи данных 10 Мбит/с. Следуя раннему стандарту IEEE использует коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом (RG-8), с максимальной длиной сегмента 500 метров .
• 10BASE2 , IEEE 802.3a (называемый «Тонкий Ethernet») - используется кабель RG-58, с максимальной длиной сегмента 185 метров , компьютеры присоединялись один к другому, для подключения кабеля к сетевой карте нужен T-коннектор , а на кабеле должен быть BNC-коннектор . Требуется наличие терминаторов на каждом конце. Многие годы этот стандарт был основным для технологии Ethernet.
• StarLAN 10 - Первая разработка, использующая витую пару для передачи данных на скорости 10 Мбит/с. В дальнейшем эволюционировал в стандарт 10BASE-T .

Несмотря на то, что теоретически возможно подключение к одному кабелю (сегменту) витой пары более чем двух устройств, работающих в симплексном режиме, такая схема никогда не применяется для Ethernet, в отличие от работы с коаксиальным кабелем. Поэтому все сети на витой паре используют топологию «звезда», в то время как сети на коаксиальном кабеле построены на топологии «шина». Терминаторы для работы по витой паре встроены в каждое устройство, и применять дополнительные внешние терминаторы в линии не нужно.

• 10BASE-T , IEEE 802.3i - для передачи данных используется 4 провода кабеля витой пары (две скрученные пары) категории-3 или категории-5 . Максимальная длина сегмента 100 метров.
• FOIRL - (акроним от англ. Fiber-optic inter-repeater link ). Базовый стандарт для технологии Ethernet, использующий для передачи данных оптический кабель. Максимальное расстояние передачи данных без повторителя 1 км.
• 10BASE-F , IEEE 802.3j - Основной термин для обозначения семейства 10 Мбит/с ethernet-стандартов, использующих оптический кабель на расстоянии до 2 километров: 10BASE-FL, 10BASE-FB и 10BASE-FP. Из перечисленного только 10BASE-FL получил широкое распространение.
• 10BASE-FL (Fiber Link) - Улучшенная версия стандарта FOIRL. Улучшение коснулось увеличения длины сегмента до 2 км.
• 10BASE-FB (Fiber Backbone) - Сейчас неиспользуемый стандарт, предназначался для объединения повторителей в магистраль.
• 10BASE-FP (Fiber Passive) - Топология «пассивная звезда», в которой не нужны повторители - никогда не применялся.

Быстрый Ethernet (Fast Ethernet , 100 Мбит/с)

• 100BASE-T - общий термин для обозначения стандартов, использующих в качестве среды передачи данных витую пару. Длина сегмента до 100 метров. Включает в себя стандарты 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2.
• 100BASE-TX , IEEE 802.3u - развитие стандарта 10BASE-T для использования в сетях топологии «звезда». Задействована витая пара категории 5, фактически используются только две неэкранированные пары проводников, поддерживается дуплексная передача данных, расстояние до 100 м.
• 100BASE-T4 - стандарт, использующий витую пару категории 3. Задействованы все четыре пары проводников, передача данных идёт в полудуплексе. Практически не используется.
• 100BASE-T2 - стандарт, использующий витую пару категории 3. Задействованы только две пары проводников. Поддерживается полный дуплекс, когда сигналы распространяются в противоположных направлениях по каждой паре. Скорость передачи в одном направлении - 50 Мбит/с. Практически не используется.
• 100BASE-FX - стандарт, использующий одномодовое волокно. Максимальная длина сегмента 400 метров в полудуплексе (для гарантированного обнаружения коллизий) или 2 километра в полном дуплексе.
• 100BASE-SX - стандарт, использующий многомодовое волокно. Максимальная длина ограничена только величиной затухания в оптическом кабеле и мощностью передатчиков, по разным материалам от 2х до 10 километров.
• 100BASE-FX WDM - стандарт, использующий одномодовое волокно. Максимальная длина ограничена только величиной затухания в волоконно-оптическом кабеле и мощностью передатчиков. Интерфейсы бывают двух видов, отличаются длиной волны передатчика и маркируются либо цифрами (длина волны) либо одной латинской буквой A(1310) или B(1550). В паре могут работать только парные интерфейсы: с одной стороны передатчик на 1310 нм, а с другой - на 1550 нм.

Гигабитный Ethernet (Gigabit Ethernet, 1 Гбит/с)

10-гигабитный Ethernet (Ethernet 10G, 10 Гбит/с)

Новый стандарт 10-гигабитного Ethernet включает в себя семь стандартов физической среды для LAN , MAN и WAN . В настоящее время он описывается поправкой IEEE 802.3ae и должен войти в следующую ревизию стандарта IEEE 802.3 .

• 10GBASE-CX4 - Технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний (до 15 метров), используется медный кабель CX4 и коннекторы InfiniBand .
• 10GBASE-SR - Технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний (до 26 или 82 метров , в зависимости от типа кабеля), используется многомодовое волокно. Он также поддерживает расстояния до 300 метров с использованием нового многомодового волокна (2000 МГц/км).
• 10GBASE-LX4 - использует уплотнение по длине волны для поддержки расстояний от 240 до 300 метров по многомодовому волокну. Также поддерживает расстояния до 10 километров при использовании одномодового волокна.
• 10GBASE-LR и 10GBASE-ER - эти стандарты поддерживают расстояния до 10 и 40 километров соответственно.
• 10GBASE-SW , 10GBASE-LW и 10GBASE-EW - Эти стандарты используют физический интерфейс, совместимый по скорости и формату данных с интерфейсом OC-192 / STM-64 SONET /SDH . Они подобны стандартам 10GBASE-SR, 10GBASE-LR и 10GBASE-ER соответственно, так как используют те же самые типы кабелей и расстояния передачи.
• 10GBASE-T , IEEE 802.3an-2006 - принят в июне 2006 года после 4 лет разработки. Использует экранированную витую пару. Расстояния - до 100 метров.
• 10GBASE-KR

Компания Harting заявила о создании первого в мире 10-гигабитного соединителя RJ-45, не требующего инструментов для монтажа - HARTING RJ Industrial 10G .

40-гигабитный и 100-гигабитный Ethernet

Согласно наблюдениям Группы 802.3ba , требования к полосе пропускания для вычислительных задач и приложений ядра сети растут с разными скоростями, что определяет необходимость двух соответствующих стандартов для следующих поколений Ethernet - 40 Gigabit Ethernet (или 40GbE) и 100 Gigabit Ethernet (или 100GbE). В настоящее время серверы , высокопроизводительные вычислительные кластеры , блэйд-системы , SAN и NAS используют технологии 1GbE и 10GbE, при этом в 2007 и 2008 гг. был отмечен значительный рост последней.

Перспективы

О Terabit Ethernet (так упрощенно называют технологию Ethernet со скоростью передачи 1 ТБит/с) стало известно в 2008 году из заявления создателя Ethernet Боба Меткалфа на конференции OFC который предположил, что технология будет разработана к 2015 году , правда, не выразив при этом какой-либо уверенности, ведь для этого придется решить немало проблем. Однако, по его мнению, ключевой технологией, которая может обслужить дальнейший рост трафика, станет одна из разработанных в предыдущем десятилетии - DWDM .

«Чтобы реализовать Ethernet 1 ТБит/с, необходимо преодолеть множество ограничений, включая 1550-нанометровые лазеры и модуляцию с частотой 15 ГГц. Для будущей сети нужны новые схемы модуляции, а также новое оптоволокно, новые лазеры, в общем, все новое, - сказал Меткалф. - Неясно также, какая сетевая архитектура потребуется для её поддержки. Возможно, оптические сети будущего должны будут использовать волокно с вакуумной сердцевиной или углеродные волокна вместо кварцевых. Операторы должны будут внедрять больше полностью оптических устройств и оптику в свободном пространстве (безволоконную). Боб Меткалф» .

См. также

Примечания

Ссылки

• Стандарт IEEE 802.3 2008 (англ.)
• Стандарт IEEE 802.3 2002 (англ.)

Ethernet -семейство технологий локальных сетей
Скорости	10 Mbits/sec: (10BASE-5 , 10BASE-2 , 10BASE-T) · Fast Ethernet · Гигабитный Ethernet · 10-гигабитный Ethernet · 100-гигабитный Ethernet · Терабитный Ethernet
General	IEEE 802.3 · Ethernet physical layer · Autonegotiation · Industrial Ethernet · Power over Ethernet · EtherType · Ethernet Alliance · Ethernet in the first mile
Исторические	CSMA/CD · StarLAN · 10BROAD36 · 10BASE-FB · 10BASE-FL · 100BaseVG · LattisNet · Long Reach Ethernet
Оборудование	Medium Dependent Interface · MII · GMII · 10 Gigabit Media Independent Interface · XAUI ·

Днем рождения Ethernet можно считать 22 мая 1973 г., когда Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) и Дэвид Боггс (David Boggs) опубликовали докладную записку, в которой описывалась экспериментальная сеть, построенная ими в Исследовательском центре фирмы Xerox в Пало-Альто. При рождении сеть получила имя Ethernet, базировалась на толстом коаксиальном кабеле и обеспечивала скорость передачи данных 2,94 Мбит/с. В декабре того же года Меткалф опубликовал докторскую работу "Packet Communication" ("Пакетная связь"), а в июле 1976 г. Меткалф и Боггс выпустили совместный труд "Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer Networks" ("Ethernet: распределенная пакетная коммутация для локальных компьютерных сетей"). Таким образом, была создана теоретическая база для дальнейшего развития технологии. Ключевой фигурой в судьбе Ethernet становится Роберт Меткалф, который в 1979 г. для воплощения своих идей в жизнь создает собственную компанию 3Com, одновременно начиная работать консультантом в Digital Equipment Corporation (DEC). В DEC Меткалф получает задание на разработку сети, спецификации на которую не затрагивали бы патентов Xerox. Создается совместный проект Digital, Intel и Xerox, известный под названием DIX. Задачей консорциума DIX был перевод Ethernet из лабораторно-экспериментального состояния в технологию для построения новых систем, работающих с немалой на то время скоростью передачи данных 10 Мбит/с. Таким образом, Ethernet превращался из разработки Xerox в открытую и доступную всем технологию, что оказалось решающим в становлении его как мирового сетевого стандарта. В феврале 1980 г. результаты деятельности DIX были представлены в IEEE, где вскоре была сформирована группа 802 для работы над проектом. Ethernet закреплял свои позиции в качестве стандарта. Для успешного внедрения технологии важное значение сыграли дальнейшие шаги "родителей" Ethernet по взаимодействию с другими производителями чипов и аппаратного обеспечения - так, например, группа разработчиков Digital представила чип Ethernet и исходные тексты его программного обеспечения компаниям Advanced Micro Devices (AMD) и Mostek. В результате возможность производить совместимые чипсеты Ethernet получили и другие компании, что сказалось на качестве железа и снижении его стоимости. В марте 1981 г. 3Com представила 10 Мбит/с Ethernet-трансивер, а в сентябре 1982 г. - первый Ethernet-адаптер для ПК. После выхода первых изделий, в июне 1983 г. IEEE утвердил стандарты Ethernet 802.3 и Ethernet 10Base5. В качестве среды передачи предусматривался "толстый" коаксиальный кабель, а каждый узел сети подключался с помощью отдельного трансивера. Такая реализация оказалась дорогостоящей. Дешевой альтернативой с применением менее дорогого и более тонкого коаксиального кабеля, стал 10Base2 или ThinNet. Станции уже не требовали отдельных трансиверов для подключения к кабелю. В такой конфигурации Ehternet начал победное шествие по просторам экс-СССР. Главными его преимуществами была простота развертывания и минимальное количество активного сетевого оборудования. Сразу же определились и недостатки. На время подключения новых станций приходилось останавливать работу всей сети. Для выхода сети из строя достаточно было обрыва кабеля в одном месте, поэтому эксплуатация кабельной системы требовала от технического персонала проявлений прикладного героизма. Следующим шагом развития Ethernet стала разработка стандарта 10Base-T, предусматривавшего в качестве среды передачи неэкранированную витую пару (Unshielded Twisted Pair - UTP). В основу этого стандарта легли разработки SynOptics Communications под общим названием LattisNet, которые относятся к 1985 г. В 10Base-T использовалась топологии "звезда", в которой каждая станция соединялась с центральным концентратором (hub). Такой вариант реализации устранял необходимость прерывания работы сети на время подключения новых станций и позволял локализовать поиск обрывов проводки до одной линии концентратор-станция. Производители получили возможность встраивать в концентраторы средства мониторинга и управления сетью. В сентябре 1990 г. IEEE утверждает стандарт 10Base-T.

Здесь вам не Англия - копать надо глубже!
Военная мудрость

Ethernet 10Base5

Спецификация Ethernet 10Base5 предусматривает выполнение следующих условий:

• Среда передачи - "толстый" около 12 мм в диаметре коаксиальный кабель (RG-8 или RG-11) с волновым сопротивлением 50 Ом.
• Длина кабеля между соседними станциями не менее 2,5 м.
• Максимальная длина сегмента сети не более 500 метров.
• Общая длина всех кабелей в сегментах не более 2,500 метров.
• Общее число узлов на один сегмент сети не более 100.
• Сегмент оканчивается терминаторами, один из которых должен быть заземлен.
• Ответвительные кабели могут быть сколь угодно короткими, но расстояние от трансивера до адаптера не более 50 метров.
• В идеальном случае расстояние между соседними станциями должно быть кратно 2,5 м. Некоторые кабели имеют соответствующую маркировку через каждые 2,5 м для облегчения соблюдения этого условия.

Наибольшее распространение получило подключение трансивера к кабелю при помощи разъемов, имеющих веселенькое название "вампиры" (это из-за того, что при подключении разъем прокалывает кабель до центральной жилы). Подключение производится без остановки работы сети, в отличие от подключения через N-коннектор. Кабели в сегменте должны браться с одной катушки кабеля, что обеспечивает одинаковые электрические параметры всех подключаемых отрезков.

В трансивере находится активный приемо-передатчик с детектором коллизий и высоковольтным (1-5 кВ) разделительным трансформатором, питание обеспечивается от AUI-порта адаптера.

Основные преимущества 10Base5: большая длина сегмента, хорошая помехозащищенность кабеля и высокое напряжение изоляции трансивера. Благодаря этим качествам "толстый" Ethernet чаще всего применялся для прокладки базовых сегментов (Backbone). Сейчас этот стандарт практически полностью вытеснен более дешевыми и производительными реализациями Ethernet.

10Base2

Ограничения по спецификации Ethernet 10Base2:

• Среда передачи - "тонкий" (около 6 мм в диаметре) коаксиальный кабель (RG-58 различных модификаций) с волновым сопротивлением 50 Ом.
• Длина кабеля между соседними станциями не менее 0,5 м.
• Максимальная длина сегмента сети не более 185 метров.
• Общая длина всех кабелей в сегментах (соединенных через повторители) не более 925 метров.
• Общее число узлов на один сегмент сети не более 30 (включая повторители).
• Сегмент оканчивается терминаторами, один из которых заземляется.
• Ответвления от сегмента недопустимы.

Сеть Ethernet 10Base2 часто называют "тонкой Ethernet" или Thinnet из-за применяемого кабеля. Это одна из самых простых в установке и дешевых типов сетей. Топология сети - общая шина. Кабель прокладывается вдоль маршрута, где размещены рабочие станции, которые подключаются к сегменту при помощи Т-коннекторов. Отрезки сети, соединяющие соседние станции, подключаются к T-коннекторам при помощи BNC-разъемов. Для соединения двух отрезков кабеля применяются I-коннекторы. В сети не более 1024 станций. Сейчас 10base2 применяется в "домашних" сетях.

Правила построения сетей, использующих физическую топологию "общая шина".

В этом случае действует правило 5-4-3, т.е.:

• не более чем 5 сегментов сети
• могут быть объединены не более чем 4-мя повторителями
• при этом станции могут быть подключены не более чем к 3-м сегментам, остальные 2 могут быть использованы для увеличения общей длины сети.

10Base-T

Соответствует стандарту IEEE 802.3i, принятому в 1991 г.
Ограничения спецификации Ethernet 10Base-T:

• Среда передачи - неэкранированный кабель на основе витой пары (UTP - Unshielded Twisted Pair) категории 3 и выше. При этом задействуются 2 пары - одна на прием, вторая на передачу.
• Физическая топология "звезда".
• Длина кабеля между станцией и концентратором не более 100 м.
• Максимальный диаметр сети не более 500 метров.
• Количество станций в сети не более 1024.

В сети 10Base-Т термин "сегмент" применяют к соединению станция-концентратор. Дополнительные расходы в 10Base2, связанные с необходимостью наличия концентратора и большим количеством кабеля, компенсируются большей надежностью и удобством эксплуатации. Индикаторы, присутствующие даже на самых простых концентраторах, позволяют быстро найти неисправный кабель. Управляемые модели концентраторов способны осуществлять мониторинг и управление сетью. Совместимость кабельной системы со стандартами Fast Ethernet увеличивает пропускную способность без изменения кабельных систем. Для оконцовки кабеля применяются восьмиконтактные разъемы и розетки RJ-45.

10Base-F

Среда передачи данных стандарта 10Base-F - оптоволокно. В стандарте повторяется топология и функциональные элементы 10Base-T: концентратор, к портам которого с помощью кабеля подключаются сетевые адаптеры станций. Для соединения адаптера с повторителем используется два оптоволокна - одно на прием, второе на передачу.

Существует несколько разновидностей 10Base-F. Первым стандартом для использования оптоволокна в сетях Ethernet был FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link). Ограничение длины оптоволоконных линий между повторителями 1 км при общей длине сети не более 2,5 км. Максимальное число повторителей - 4.

В стандарте 10Base-FL , предназначенном для соединения станций с концентратором, длина сегмента оптоволокна до 2 км при общей длине сети не более 2,5 км. Максимальное число повторителей также 4. Ограничения длин кабелей даны для многомодового кабеля. Применение одномодового кабеля позволяет прокладывать сегменты длиной до 20 км (!).

Существует также стандарт 10Base-FB , предназначенный для магистрального соединения повторителей. Ограничение на длину сегмента - 2 км при общей длине сети 2,74 км. Количество повторителей - до 5. Характерной особенностью 10Base-FB является способность повторителей обнаруживать отказы основных портов и переходить на резервные за счет обмена специальными сигналами, которые отличаются от сигналов передачи данных.

Стандарты 10Base-FL и 10Base-FB не совместимы между собой. Дешевизна оборудования 10Base-FL позволила ему обогнать по распространенности волоконно-оптические сети других стандартов.

Оконцовка оптоволоконных кабелей представляет собой существенно более сложную задачу, чем оконцовка медных кабелей. Необходимо точное совмещение осей светопроводящего материала - волокон и коннекторов. Типы коннекторов в основном отличаются друг от друга размером и формой направляющего ободка. Если в самых первых биконических коннекторах использовались конические ободки, то в настоящее время используются коннекторы типа SC (square cross-section), имеющие ободок квадратного сечения. Для надежного закрепления коннектора в гнезде в ранних типах коннекторов использовалась байонетная (ST) или резьбовая (SMA) фиксация. Сейчас в коннекторах SC используется технология "push-pull", предусматривающая закрепление коннектора в гнезде защелкиванием. Коннекторы типа SC применяются не только в локальных сетях, но также и в телекоммуникационных системах и в сетях кабельного телевидения.

Отдельная проблема - соединение оптических волокон. Надежное и долговечное соединение достигается сваркой волокон, что требует специального оборудования и навыков.

Область применения оптоволокна в сетях Ethernet - это магистральные каналы, соединения между зданиями, а также те случаи, когда применение медных кабелей невозможно из-за больших расстояний или сильных электромагнитных помех на участке прокладки кабеля. На сегодняшний день стандарт 10Base-F вытесняется более скоростными стандартами Ethernet на оптоволоконном кабеле.

Правила построения сетей, использующих физическую топологию "звезда"

Правило 5-4-3 можно интерпретировать в этом случае следующим образом:

• каскадно могут объединяться не более чем 4 концентратора;
• "дерево" каскадируемых концентраторов должно быть построено таким образом, чтобы между двумя любыми станциями в сети было не более чем 4 концентратора;

В смешанных сетях могут быть исключения из этого правила - например, если один из хабов поддерживает не только витую пару, но и оптоволоконный кабель, то допустимое число каскадируемых концентраторов увеличивается до 5.

Экзотика

10Broad36
Необычная технология в семействе Ethernet. Отличается способом передачи - широкополосная ("broadband") вместо узкополосной ("baseband"). В этом случае полоса пропускания кабеля разделяется на отдельные частотные диапазоны, которые назначаются каждой службе. В качестве среды передачи используется коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом (обычный телевизионный кабель). Причем 10Broad36 "уживается" в одном кабеле с кабельным телевидением.

Длина сегмента сети не более 1800 метров, а максимальное расстояние между любыми двумя станциями в сети - 3600 м. Скорость передачи 10 Mбит/с. Подключение станций производится с помощью трансиверов, подсоединяемых к кабелю. Длина AUI кабеля, соединяющего трансивер со станцией, не более 50 м. Сегменты сети 10Broad36 должны терминироваться т.н. "оконечным головным" устройством, которое располагается на конце единичного или в корне множественных сегментов. Соединение станций в сети осуществляется одним или двумя кабелями. В первом случае для приема и передачи сигналов выделяются различные каналы частот. Передача станции поступает только на "оконечное головное" устройство, которое преобразует частоту, после чего передача принимается другими станциями, подключенными к сети. Во втором случае один из кабелей используется для приема, второй - для передачи. Сигнал достигает "оконечного головного" устройства, после чего проходит на другой кабель без изменения частоты и принимается любой станцией в сети. Полнодуплексный режим не поддерживается. Технология 10Broad36 не получила широкого распространения, вероятно, из-за сложности реализации и высокой стоимости.

1Base5
Эта технология соответствует стандарту IEEE 802.3e, утвержденному в 1987 году. Также известна под именем StarLAN. Топология - "звезда", ограничение на длину сегмента - 400 м. Работает с витой парой категории 2 и выше. Скорость передачи - 1 Мбит/с. Упоминается, в основном, как часть не менее экзотической UltraNet или в порядке перечисления - "и такое, мол, бывает:-)". В настоящее время шансов на применение не имеет из-за малой пропускной способности.

Быстрее... еще быстрее...
После того, как стандарт 10Base-T стал преобладающим, определив среду передачи строящихся сетей - медную витую пару, развитие технологии пошло в направлении увеличения скорости передачи данных. Первой из технологий 100 Мбит/с для локальных сетей, была FDDI . При всех достоинствах эта технология была дорогостоящей. Для удешевления путем применения кабелей на медной витой паре фирмой Crescendo была разработана и запатентована схема кодирования и скремблирования, допускающая полнодуплексную передачу "точка-точка" по UTP для стандарта CDDI. Позднее именно эти спецификации легли в основу стандарта 100Base-T , преобладающего сегодня во вновь создаваемых сетях. 100Base-T соответствует стандарту IEEE 802.3u , утвержденному в 1995 году.

100Base-T имеет 2 разновидности реализации - 100Base-TX и 100Base-T4 . Различаются они количеством используемых пар и категорией применяемого кабеля. 100Base-TX использует 2 пары кабеля UTP категории 5, 100Base-T4 использует 4 пары кабеля категории 3 или выше. Наибольшее распространение получил стандарт 100Base-TX, 100Base-T4 применяется в основном в старых сетях, построенных на UTP класса 3. Максимально допустимое расстояние от станции до концентратора 100 м, как и в 10Base-T , но в связи с изменением скорости распространения сигналов диаметр сети стандарта 100Base-T ограничен 200 м.

100 Base-FX - реализация Fast Ethernet с использованием в качестве среды передачи многомодового оптоволоконного кабеля. Ограничение длины сегмента - 412 метров при использовании полудуплексного режима и 2 км - при использовании полнодуплексного.

...быстро, как только возможно
Прогресс - штука безостановочная. 100 Мбит/с - немалая скорость передачи данных, но для магистральных каналов ее может не хватить. В 1996 г. начались работы по стандартизации сетей Ethernet со скоростью передачи данных 1000 Мбит/с, которые называют Gigabit Ethernet . Был образован Gigabit Ethernet Alliance, в который вошли 11 компаний: 3Com, Bay Networks, Cisco, Compaq, Granite Systems, Intel, LSI Logic, Packet Engines, Sun, UB Networks и VLSI Technology. К началу 1998 года в Альянс входило уже более 100 компаний. В июне 1998 г. принимается стандарт IEEE 802.3z , использующий одномодовые и многомодовые оптоволоконные кабели, а также STP категории 5 на короткие расстояния (до 25 м). Столь малое допустимое расстояние в случае применения UTP обуславливало сомнительную возможность практического применения такого варианта. Положение изменилось с принятием в июне 1999 г. стандарта IEEE 802.3ab для передачи 1000 Мбит/с по неэкранированной витой паре на расстояния до 100 м.

Спецификации Gigabit Ethernet:

1000Base-LX: трансиверы на длинноволновом лазере, одномодовый и многомодовый оптоволоконный кабель, ограничения длины сегмента 550 м для многомодового и 3 км для одномодового кабеля. Некоторые фирмы предлагают оборудование, позволяющее строить сегменты с применением одномодового кабеля гораздо большей длины - десятки километров.

1000Base-SX: трансиверы на коротковолновом лазере и многомодовый оптический кабель. Ограничения длины сегмента 300 м для кабеля с диаметром оптического проводника 62.5 мкм и 550 м для кабеля с диаметром проводника 50 мкм.

1000Base-CX: экранированная витая пару. Ограничение длины сегмента - 25 м.

1000Base-T: неэкранированная витая пару. Ограничение длины сегмента - 100 м.

Поскольку стандарт на оптоволоконный Gigabit Ethernet вышел на год раньше, на рынке преобладает оборудование, рассчитанное на работу с оптическим физическим интерфейсом. Применять или не применять Gigabit Ethernet - вопрос, активно обсуждаемый в настоящее время. Сейчас немногие отечественные сети нуждаются в столь высокой пропускной способности. С учетом снижения цен, имеет смысл переходить на Gigabit Ethernet, когда все другие возможности действительно исчерпаны, во всяком случае, в существующих сетях. Но "держать в уме" возможность перехода на Gigabit Ethernet нужно, поэтому приобретение коммутаторов, позволяющих установку модулей с поддержкой этого стандарта представляется разумным.

Есть ли предел скорости у технологии Ethernet? В начале 2000 г. 3Com, Cisco Systems, Extreme Networks, Intel, Nortel Networks, Sun Microsystems и Worldwide Packets основали 10 Gigabit Alliance. Задача Альянса - способствовать работе комитета IEEE в разработке стандарта 802.3ae (10 Gigabit Ethernet), который планируется принять весной 2002 г. Рабочая группа IEEE уже опубликовала предварительную информацию об ограничениях на длину сегмента сети с пропускной способностью 10 Гбит/с: до 100 метров для используемого в настоящее время многомодового оптоволоконного кабеля и до 300 метров для нового усовершенствованного многомодового оптоволоконного кабеля. Существует несколько вариантов одномодового оптоволоконного кабеля: до 2 км для сети группы зданий и 10 или 40 км для региональной сети.

Модель OSI
При подробном рассмотрении функционирования сетей часто упоминается понятие уровней взаимодействия компонентов сети. В качестве "линейки" для определения уровней используется модель OSI (Open System Interconnect - взаимодействие открытых систем), разработанная как описание структуры идеальной сетевой архитектуры. В модели OSI семь уровней взаимодействия для рассмотрения процесса обмена информацией между устройствами в сети. Каждый из уровней сети относительно автономен и рассматривается отдельно. Модель OSI используется для определения функций каждого уровня.

1) Физический уровень определяет электротехнические, механические, процедурные и функциональные характеристики активации, поддержания и дезактивации физического канала между конечными системами. Спецификации физического уровня определяют уровни напряжений, синхронизацию изменения напряжений, скорость передачи физической информации, максимальные расстояния передачи информации, требования к среде передачи, физические соединители и другие аналогичные характеристики.

2) Канальный уровень (Data Link) обеспечивает надежный транзит данных через физический канал. Выполняя эту задачу, канальный уровень решает вопросы физической адресации, топологии сети, линейной дисциплины (каким образом конечной системе использовать сетевой канал), уведомления о неисправностях, упорядоченной доставки блоков данных и управления потоком информации. Обычно этот уровень разбивается на два подуровня: LLC (Logical Link Control) в верхней половине, осуществляющего проверку на ошибки, и MAC (Media Access Control) в нижней половине, отвечающего за физическую адресацию и прием/передачу пакетов на физическом уровне.

3) Сетевой уровень обеспечивает соединение и выбор маршрута между двумя конечными системами, подключенными к разным "подсетям", которые могут находиться в разных географических пунктах. Сетевой уровень отвечает за выбор оптимального маршрута между станциями, которые в могут быть разделены множеством соединенных между собой подсетей.

4) Транспортный - самый высокий из уровней, отвечающих за транспортировку данных. На этом уровне обеспечивается надежная транспортировка данных через объединенную сеть. Транспортный уровень обеспечивает механизмы для установки, поддержания и упорядоченного завершения действия виртуальных каналов, систем обнаружения и устранения неисправностей транспортировки и управления информационным потоком.

5) Сеансовый уровень устанавливает, управляет и завершает сеансы взаимодействия между прикладными задачами. Сеансы состоят из диалога между двумя или более объектами представления. Сеансовый уровень синхронизирует диалог между объектами представительного уровня и управляет обменом информации между ними. В дополнение к управлением сеансами этот уровень предоставляет средства для отправки информации, класса услуг и уведомления в исключительных ситуациях о проблемах сеансового и более высоких уровней.

6) Уровень представления отвечает за то, чтобы информация, посылаемая из прикладного уровня одной системы, была читаемой для прикладного уровня другой системы. При необходимости представительный уровень осуществляет трансляцию между множеством форматов представления информации путем использования общего формата представления информации. При необходимости трансформации подвергаются не только фактические данные, но и структуры данных, используемые программами. Типичным примером является преобразование окончаний строк UNIX (CR) в MS-DOS формат (CRLF).

7) Прикладной уровень отвечает за выполнение пользовательских задач. Он идентифицирует и устанавливает наличие предполагаемых партнеров для связи, синхронизирует совместно работающие прикладные программы, устанавливает соглашение по процедурам устранения ошибок и управления целостностью информации, а также определяет, достаточно ли ресурсов для предполагаемой связи.

Детские болезни Ethernet и борьба с ними

Ethernet использует "случайный" метод доступа к сети (CSMA/CD - carrier-sense multiple access/collision detection) - множественный доступ с обнаружением несущей. В нем отсутствует последовательность, в соответствии с которой станции могут получать доступ к среде для осуществления передачи. В этом смысле доступ к среде осуществляется случайным образом. Преимущество метода: алгоритмы случайного доступа реализуются значительно проще по сравнению с алгоритмами детерминированного доступа. Следовательно, аппаратные средства могут быть дешевле. Поэтому Ethernet более распространен по сравнению с другими технологиями для локальных сетей. При загрузке сети уже на уровне 30% становятся ощутимыми задержки при работе станций с сетевыми ресурсами, а дальнейшее увеличение нагрузки вызывает сообщения о недоступности сетевых ресурсов. Причиной этого являются коллизии, возникающие между станциями, начавшими передачу одновременно или почти одновременно. При возникновении коллизии, передаваемые данные не доходят до получателей, а передающим станциям приходится возобновлять передачу. В классическом Ethernet все станции в сети образовывали домен коллизий (collision domain). При этом одновременная передача любой пары станций приводила к возникновению коллизии.

Сегментация сети
Основной способ борьбы с перегрузкой сегментов во времена преобладания сетей стандарта 10Base2. Весь сегмент разбивался на части. При этом вопрос передачи информации между сегментами при необходимости решался с помощью маршрутизации. Аппаратные средства особой популярностью не пользовались. Обычно сервер с несколькими сетевыми адаптерами устанавливался приблизительно в центре сети и на нем настраивался программный маршрутизатор. Таким образом, кроме изоляции коллизий в отдельных сегментах, можно было увеличить общий размер сети до 185 + 185 = 370 м.

Коммутация пакетов
Используя топологию "звезда", стандарт 10Base-T на физическом уровне реализует "свернутую" или "коллапсированную" общую шину, поэтому проблема коллизий актуальна и для него. Впервые технология коммутации сегментов Ethernet была предложена фирмой Kalpana в 1990 году. Коммутирующие концентраторы, или просто коммутаторы (switch), позволили каждой станции использовать среду передачи без конкуренции с другими за счет буферизации входящих данных и передаче их станции-получателю только тогда, когда его порт открыт. Коммутация фактически преобразует Ethernet из широковещательной системы с конкурентной борьбой за полосу пропускания в систему адресной передачи данных. При этом пары портов отправитель-адресат динамически образуют независимые виртуальные каналы. Это увеличивает пропускную способность сети по сравнению с применением концентраторов. Довольно популярными являются решения, когда серверы подключаются к более скоростным портам коммутатора, станции - к менее скоростным. В этом случае в идеале каждая станция имеет доступ к серверу с максимальной скоростью, поддерживаемой адаптером.

Поскольку ограничения диаметра сети в классической технологии Ethernet связаны с необходимостью своевременного обнаружения коллизий, применение коммутаторов позволяет преодолеть эти ограничения, разбивая сеть на несколько доменов коллизий.

Передача пакетов от порта-источника в порт-получатель в коммутаторе происходит либо "на лету" (cut-though), либо с полной буферизацией пакетов (store-and-forward). При использовании передачи "на лету" передача порту-получателю начинается еще до окончания приема пакета с порта-источника, используя адрес получателя из заголовка пакета. Такой способ сокращает задержки передачи при небольшой загрузке сети, однако ему присущи и недостатки - в этом случае невозможна предварительная обработка пакетов, позволяющая отбрасывать плохие пакеты без передачи их получателю. При увеличении загрузки сети задержка при передаче "на лету" практически равняется задержке при передаче с буферизацией, это объясняется тем, что в этом случае выходной порт часто бывает занят приемом другого пакета, поэтому вновь поступивший пакет для данного порта все равно приходится буферизовать.

Во многих коммутаторах применяется адаптивная технология: режимы буферизации и передачи "на лету" применяются в зависимости от величины нагрузки сети.

Технология коммутации позволяет строить сети с большим количеством станций, при этом доля широковещательного (broadcast) трафика достигает существенных значений. При необходимости ограничить доступ станций к сетевым ресурсам, применяется технология виртуальных локальных сетей (VLAN). Виртуальную локальную сеть (ВЛС) образует группа узлов сети, трафик которой, в том числе и широковещательный, на канальном уровне полностью изолирован от узлов, входящих в другие ВЛС. Передача кадров между разными ВЛС на основании адреса канального уровня невозможна, независимо от типа адреса - уникального, группового или широковещательного.

Долгое время стандарт на ВЛС отсутствовал, вместе с тем существовало множество несовместимых друг с другом фирменных реализаций. Сейчас принят стандарт на ВЛС IEEE 802.1Q.

Для построения ВЛС до принятия стандарта IEEE 802.1Q обычно применялась группировка портов, либо группировка MAC-адресов. Решения на основе группировки портов проще в применении, но в случае соединения нескольких коммутаторов каждая ВЛС требует отдельного соединения между ними, что приводит к расточительному использованию портов и кабелей. Группировка на основе MAC адресов рациональнее использует порты и соединения, но трудоемка при эксплуатации. В качестве достоинства этих способов можно отметить использования стандартных кадров Ethernet. Стандарт IEEE 802.1Q предусматривает изменение структуры кадра Ethernet с введением в него дополнительных полей, в которые помещаются сведения о принадлежности узла к определенной ВЛС. Кроме того, добавляются поля, где храниться информация о приоритете кадра, используемая в стандарте IEEE 802.1p.

Для передачи информации между разными ВЛС необходимо привлечение сетевого уровня. Соответствующие средства могут представлять собой либо отдельный маршрутизатор, либо входить в состав аппаратно-программного обеспечения коммутатора. Коммутаторы, имеющие средства для работы на уровне сетевых протоколов, называются "маршрутизирующими коммутаторами", "коммутаторами третьего уровня". Для управления потоками информации в них применяется либо последовательная, либо потоковая маршрутизация пакетов. В первом случае реализуются классические функции маршрутизатора, и каждый пакет обрабатывается отдельно. Во втором случае используется нестандартный метод, применяемый для сокращения числа операций для определения маршрута пакетов. Первый пакет обрабатывается на третьем уровне и определяет порт назначения для остальных пакетов для того же адресата. Дальнейшая пересылка пакетов происходит на втором уровне, что ускоряет процесс передачи по сравнению с классической маршрутизацией. Для упрощения реализации в коммутаторах третьего уровня применяется маршрутизация только протоколов IP и IPX, как наиболее распространенных в локальных сетях.

Приоритезация трафика

Еще одно свойство Ethernet, рассматриваемое как недостаток при необходимости передачи по сети информации, чувствительной к задержкам, такой как голос и видео. Протоколы канального уровня Ethernet не поддерживают поле приоритета кадра, поэтому для решения этой проблемы производители сетевого оборудования начали встраивать в коммутаторы дополнительные технологические решения. Например, технология фирмы 3Com PACE (Priority Access Control Enabled - управление приоритетами доступа), позволяющая в одном канале выделить два логических подканала - с высоким и низким приоритетами. В этом случае приоритеты приписываются портам коммутатора и кадр помещается в очередь кадров соответствующего приоритета в зависимости от того, на какой порт он поступил. PACE использует стандартный формат кадров для использования в одной сети оборудования как с поддержкой PACE, так и без нее.

Положение изменилось с принятием стандарта IEEE 802.1p: появилась возможность определения восьми уровней приоритета кадра на основе использовании новых полей, определенных в стандарте IEEE 802.1Q. Таким образом, управление приоритетами организуется более гибко, без привязки к определенным портам.

Кроме приоритезации трафика, чувствительного к задержкам времени, существует необходимость повышения приоритета портов коммутатора по отношению к портам конечных станций для предотвращения потери пакетов. Для этого производители используют нестандартные параметры доступа к среде для портов коммутатора. "Агрессивное поведение" порта при захвате среды проявляется после окончания передачи очередного пакета или после обнаружения коллизии. В первом случае после окончания передачи коммутатор выдерживает паузу меньше положенной по стандарту и начинает передачу нового пакета. Станция, выдержав положенную паузу, при попытке передачи обнаруживает, что среда уже занята. Во втором случае после обнаружения коллизии порт коммутатора также делает паузу меньшую стандартной, захватывает среду и станции также не удается начать передачу. Коммутатор адаптивно изменяет степень агрессивности по мере необходимости.

Еще один прием, применяемый в коммутаторах, основан на передаче станции фиктивных пакетов станции в то время, когда в буфере коммутатора нет пакетов для передачи на порт станции. При этом среда передачи равновероятно захватывается попеременно портом коммутатора и станцией, и интенсивность передачи пакетов в коммутатор снижается в среднем вдвое. Такой метод называется методом обратного давления (backpressure). Он комбинируется с методом агрессивного захвата среды для большего подавления активности конечных станций.

– технология локальных сетей, отвечающая за передачу данных по кабелю, доступную для устройств компьютерных и промышленных сетей. Данная технология располагается на канальном (подуровни LLC и MAC) и физическом уровнях модели OSI.

Классификация Ethernet

По скорости передачи данных существуют такие технологии:

1. Ethernet – 10 Мб/с
2. Fast Ethernet – 100 Мб/с
3. Gigabit Ethernet – 1 Гб/с
4. 10G Ethernet – 10 Гб/с

Современное оборудование позволяет достигать скорости в 40 Гб/с и 100 Гб/с: такие технологии получили название 40GbE и 100GbE соответственно.

Также стоит выделить классический и коммутируемый Ethernet. Первый изначально использовал разделяемую среду в виде коаксиального кабеля, который позже был вытеснен концентраторами (hub). Основные недостатки – низкая безопасность и плохая масштабируемость (искажение данных при одновременной передаче 2-мя и более компьютерами, также известное как «коллизия»).

Коммутируемый Ethernet является более новой и усовершенствованной технологией, которая используется по сей день. Чтобы устранить недостатки предыдущей версии, разделяемую среду исключили и использовали соединение точка-точка. Это стало возможным благодаря новым устройствам под названием «коммутаторы» (switch).

Классическая технология Ethernet давно и успешно заменена новыми технологиями, но некоторые нюансы работы сохранились. Рассмотрим классическую версию.

Физический уровень включает в себя 3 варианта работы Ethernet, которые зависят от сред передачи данных. Это:

• коаксиальный кабель
• витая пара
• оптоволокно

Канальный, в свою очередь, включил методы доступа, а также протоколы, что ничем не отличаются для различных сред передачи данных. Подуровни LLC и MAC в классической технологии присутствуют вместе.

MAC-адреса позволяют идентифицировать устройства, подключенные к сети Ethernet, и идентичных при этом быть не должно, в противном случае из нескольких устройств с одинаковыми адресами будет работать только одно.

По типам MAC-адреса разделяются на:

• Индивидуальные (для отдельных компьютеров).
• Групповые (для нескольких компьютеров).
• Широковещательные (для всех компьютеров сети).

Адреса могут назначаться как производителем оборудования (централизованно), так и администратором сети (локально).

Технология Ethernet и формат кадра:

Также не стоит забывать о коллизиях. Если сигнал, который принят, отличается от переданного, это означает, что произошла коллизия.

Технология CSMA/CD разработана с учетом возникновения коллизий и предполагает их контроль. Модель CSMA/CD выглядит следующим образом:

Классический Ethernet плох тем, что становится неработоспособным при нагрузке более чем 30%.

Коммутируемый Ethernet

На сегодняшний день это наиболее оптимальная альтернатива, которая полностью исключает возможность появления коллизий и связанных с ними проблем.

Суть коммутируемого Ethernet в том, что вместо хаба используется свич (коммутатор) – устройство, которое работает на канальном уровне и обладает полносвязной топологией, что обеспечивает соединение всех портов друг с другом напрямую по технологии точка-точка.

Таблицы коммутации есть в каждом таком устройстве. Они описывают, какие компьютеры к какому порту свича подключены. Чтобы узнать MAC-адреса, используется алгоритм обратного обучения, а для передачи данных – алгоритм прозрачного моста.

Простейшая таблица коммутации:

Алгоритм обратного обучения работает таким образом: коммутатор принимает кадры, анализирует заголовок и извлекает из него адрес отправителя. Таким образом, к определенному порту подключен компьютер с конкретным MAC-адресом.

Прозрачный мост не требует настройки и так назван за счет того, что он не заметен для сетевых устройств (у него нет своего MAC-адреса). Коммутатор принимает кадр, анализирует заголовок, извлекает из него адрес получателя и сопоставляет его с таблицей коммутации, определяя порт, к которому подключено устройство. Таким образом, кадр передается на конкретный порт получателя, а не на все порты, как в случае с концентратором. Если же адрес не найден в таблице, коммутатор работает так же, как и хаб.

Итоги

Технология Ethernet претерпела немало изменений с момента своего появления. Сегодня она способна обеспечить высокоскоростное соединение, лишенное коллизий и не ограниченное небольшой нагрузкой сети, как это было в случае с классическим Ethernet.

В современных локальных сетях используются коммутаторы, которые по своей функциональности значительно эффективнее концентраторов. Больше нет разделяемой среды и связанных с ней коллизий, затрудняющих работу с сетью. Свичи анализируют заголовки и передают кадры только конечному получателю по принципу точка-точка. Способны «изучать» сеть благодаря таблице коммутации и алгоритму обратного обучения.

Плюсами коммутируемого Ethernet являются масштабируемость, высокая производительность и безопасность.

Локальная сеть Ethernet.

Ethernet – изначально коллизионная технология, основан­ная на общей шине, к которой компьютеры подключаются и «борются» между собой за право передачи пакета. Основной про­токол - CSMA/CD (множественный доступ с чувствительнос­тью несущей и обнаружению коллизий). Дело в том, что если две станции одновременно начнут передачу, то возникает ситу­ация коллизии, и сеть некоторое время «ждет», пока «улягутся» переходные процессы и опять наступит «тишина». Существует еще один метод доступа - CSMA/CA (Collision Avoidance) - то же, но с исключением коллизий. Этот метод применяется в беспроводной технологии Radio Ethernet или Apple Local Talk – перед отправкой любого пакета в сети пробегает анонс о том, что сейчас будет происходить передача, и станции уже не пыта­ются ее инициировать.

Ethernet бывает полудуплексный (Half Duplex), по всем сре­дам передачи; источник и приемник «говорит по очереди» (клас­сическая коллизионная технология) и полнодуплексный (Full Duplex), когда две пары приемника и передатчика на устрой­ствах говорят одновременно. Этот механизм работает только на витой паре (одна пара на передачу, одна пара на прием) и на оптоволокне (одна пара на передачу, одна пара на прием).

Ethernet различается по скоростям и методам кодирования для различной физической среды, а также по типу пакетов (Ethernet II, 802.3, RAW, 802.2 (LLC), SNAP).

Ethernet различается по скоростям: 10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1000 Мбит/с (1 Гбит/с) . Поскольку давно уже ратифицирован стан­дарт Gigabit Ethernet для витой пары категории 5е, можно сказать, что для любой сети Ethernet могут быть использованы витая пара, одномодовое (SMF) или многомодовое (MMF) оптоволокно. В зависимости от этого существуют различные спецификации:

· 10 Мбит/с Ethernet: 10Base-T, 10Base-FL (10Base-2 и 10Base-5 существуют для коаксиального кабеля и уже не применяются);

· 100 Мбит/с Ethernet: 100Base-TX, 100Base-FX, 100Base-T4, 100Base-T2;

· Gigabit Ethernet: 1000Base-LX, 1000Base-SX (по оптике) и 1000Base-TX (для витой пары).

Существуют два варианта реализации Ethernet на коаксиаль­ном кабеле, называемые «тонкий» и «толстый» Ethernet (Ethernet на тонком кабеле 0,2 дюйма и Ethernet на толстом кабеле 0,4 дюйма).

Тонкий Ethernet использует кабель типа RG-58A/V (диамет­ром 0,2 дюйма). Для маленькой сети используется кабель с со­противлением 50 Ом. Коаксиальный кабель прокладывается от компьютера к компьютеру. У каждого компьютера оставляют не­большой запас кабеля на случай возможности его перемещения. Длина сегмента 185 м, количество компьютеров, подключенных к шине, - до 30.

После присоединения всех отрезков кабеля с BNC-коннекторами (Bayonel-Neill-Concelnan) к Т-коннекторам (название обусловлено формой разъема, похожей на букву «Т») получится единый кабельный сегмент. На его обоих концах устанавлива­ются терминаторы («заглушки»). Терминатор конструктивно представляет собой BNC-коннектор (он также надевается на Т-коннектор) с впаянным сопротивлением. Значение этого со­противления должно соответствовать значению волнового со­противления кабеля, т.е. для Ethernet нужны терминаторы с со­противлением 50 Ом.

Толстый Ethernet – сеть на толстом коаксиальном кабеле, имеющем диаметр 0,4 дюйма и волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина кабельного сегмента - 500 м.

Прокладка самого кабеля почти одинакова для всех типов коаксиального кабеля.

Для подключения компьютера к толстому кабелю использу­ется дополнительное устройство, называемое трансивером . Трансивер подсоединен непосредственно к сетевому кабелю. От него к компьютеру идет специальный трансиверный кабель, мак­симальная длина которого 50 м. На обоих его концах находятся 15-контактные DIX-разъемы (Digital, Intel и Xerox). С помощью одного разъема осуществляется подключение к трансиверу, с по­мощью другого - к сетевой плате компьютера.

Трансиверы освобождают от необходимости подводить кабель к каждому компьютеру. Расстояние от компьютера до сетевого кабеля определяется длиной трансиверного кабеля.

Создание сети при помощи трансивера очень удобно. Он мо­жет в любом месте в буквальном смысле «пропускать» кабель. Эта простая процедура занимает мало времени, а получаемое со­единение оказывается очень надежным.

Кабель не режется на куски, его можно прокладывать, не за­ботясь о точном месторасположении компьютеров, а затем уста­навливать трансиверы в нужных местах. Крепятся трансиверы, как правило, на стенах, что предусмотрено их конструкцией.

При необходимости охватить локальной сетью площадь боль­шую, чем это позволяют рассматриваемые кабельные системы, применяется дополнительные устройства - репитеры (повтори­тели). Репитер имеет 2-портовое исполнение, т.е. он может объе­динить 2 сегмента no 185 м. Сегмент подключается к репитеру через Т-коннектор. К одному концу Т-коннектора подключает­ся сегмент, а на другом ставится терминатор.

В сети может быть не больше четырех репитеров. Это позво­ляет получить сеть максимальной протяженностью 925 м.

Существуют 4-портовые репитеры для подключения соответственно сразу 4 сегментов.

Длина сегмента для Ethernet на толстом кабеле составляет 500м, к одному сегменту можно подключить до 100 станций. При наличии трансиверных кабелей до 50м длиной, толстый Ethernet может одним сегментом охватить значительно большую площадь, чем тонкий. Эти репитеры имеют DIX-разъемы и мо­гут подключаться трансиверами, как к концу сегмента, так и в любом другом месте.

Очень удобны совмещенные репитеры, т.е. подходящие и для тонкого, и для толстого кабеля. Каждый порт имеет пару разъе­мов: DIX и BNC, но они не могут быть задействованы одновре­менно. Если необходимо объединять сегменты на разном кабе­ле, то тонкий сегмент подключается к BNC-разъему одного пор­та репитера, а толстый - к DIX-разъему другого порта.

Репитеры очень полезны, но злоупотреблять ими не стоит, так как они приводят к замедлению работы в сети.

Ethernet на витой паре. Витая пара - это два изолированных провода, скрученных между собой. Для Ethernet используется 8-жильный кабель, со­стоящий из четырех витых пар. Для защиты от воздействия окру­жающей среды кабель имеет внешнее изолирующее покрытие.

Основной узел на витой паре - hub (в переводе называется накопителем, концентратором или просто хаб). Каждый компьютер должен быть подключен к нему с помощью своего сегмен­та кабеля. Длина каждого сегмента не должна превышать 100 м. На концах кабельных сегментов устанавливаются разъемы RJ-45. Одним разъемом кабель подключается к хабу, другим - к сете­вой плате. Разъемы RJ-45 очень компактны, имеют пластмассо­вый корпус и восемь миниатюрных площадок.

Хаб - центральное устройство в сети на витой паре, от него зависит ее работоспособность. Располагать его надо в легкодос­тупном месте, чтобы можно было легко подключать кабель и следить за индикацией портов. Хабы выпускаются на разное количество портов- 8, 12, 16 или 24. Соответственно к нему можно подключить такое же ко­личество компьютеров.

Технология Fast Ethernet IEEE 802.3U. Технология Fast Ethernet была стандартизирована комитетом IEEE 802.3. Новый стандарт получил название IEEE 802.3U. Скорость передачи информации 100 Мбит/с. Fast Ethernet орга­низуется на витой паре или оптоволокне.

В сети Fast Ethernet организуются несколько доменов конф­ликтов, но с обязательным учетом класса повторителя, исполь­зуемого в доменах.

Репитеры Fast Ethernet (IEEE 802.3U) бывают двух классов и различаются по задержке в микросекундах. Соответственно в сегменте (ло­гическом) может быть до двух репитеров класса 2 и один репи­тер класса 1. Для Ethernet (IEEE 802.3) сеть подчиняется прави­лу 5-4-3-2-1.

Правило 5-4-3-2-1 гласит: между любыми двумя рабочим у станциями не должно быть более 5 физических сегментов, 4 ре­питеров (концентраторов), 3 «населенных» физических сегмен­тов, 2 «населенных» межрепитерных связей (IRL), и все это дол­жно представлять собой один коллизионный домен (25,6 мкс). Физически из концентратора выходит много проводов, но ло­гически это все один сегмент Ethernet и один коллизионный до­мен, в связи с ним любой сбой одной станции отражается на работе других. Поскольку все станции вынуждены «слушать» чу­жие пакеты, коллизия происходит в пределах всего концентра­тора (на самом деле на другие порты посылается сигнал Jam, но это не меняет сути дела). Поэтому, хотя концентратор - это самое дешевое устройство и, кажется, что оно решает все пробле­мы заказчика, не рекомендуется использовать эту методику, особенно в условиях постоянного роста требований к ресурсам сетей, и переходить на коммутируемые сети. Сеть их 20 ком­пьютеров, собранная на репитерах 100 Мбит/с, может работать медленнее, чем сеть из 20 компьютеров, включенных в комму­татор 10 Мбит/с. Если раньше считалось «нормальным» присут­ствие в сегменте до 30 компьютеров, то в нынешних сетях даже три рабочие станции могут загрузить весь сегмент.

Технология Gigabit Ethernet. Следующий шаг в развитии технологии Ethernet - разработ­ка стандарта IEEE-802.32. Данный стандарт предусмат­ривает скорость обмена информацией между станциями локаль­ной сети 1Гбит/с. Устройства Gigabit Ethernet объединяют сегменты сетей с Fast Ethernet со скоростями 100 Мбит/с. Используются сетевые карты со скоростью 1 Гбит/с, а также серия сетевых устройств, таких как коммута­торы и маршрутизаторы. В сети с Gigabit Ethernet используется управление трафиком, контроль перегрузок и обеспечение качества обслужива­ния (Quality Of Service- QOS). Стандарт Gigabit Ethernet - один из серьезных соперников развивающейся сегодня технологии ATM.

Технологии ATM.

Сеть ATM имеет звездообразную топологию. Сеть ATM стро­ится на основе одного или нескольких коммутаторов, являю­щихся неотъемлемой частью данной коммуникационной струк­туры.

Высокая скорость передачи и чрезвычайно низкая вероят­ность ошибок в волоконно-оптических системах выдвигают на перши план задачу создания высокопроизводительных систем коммутации на основе стандартов ATM.

Простейший пример такой сети - один коммутатор, обес­печивающий коммутацию пакетов, данных и несколько оконеч­ных устройств.

ATM - это метод передачи информации между устройства­ми в сети маленькими пакетами фиксированной длины, назван­ными ячейками (cells). Фиксация размеров ячейки имеет ряд су­щественных преимуществ по сравнению с пакетами перемен­ной длины:

Во-первых, ячейки фиксированной длины требуют мини­мальной обработки при операциях маршрутизации в комму­таторах. Это позволяет максимально упростить схемные ре­шения коммутаторов при высоких скоростях коммутации;

Во-вторых, все виды обработки ячеек по сравнению с обра­боткой пакетов переменной длины значительно проще, так как отпадает необходимость в вычислении длины ячейки;

В-третьих, в случае применения пакетов переменной длины передача длинного пакета данных могла бы вызвать задерж­ку выдачи в линию пакетов с речью или видео, что привело бы к их искажению. Модель ATM имеет четырехуровневую структуру. Различают несколько уровней:

Ø пользовательский (User Layer) - включает уровни, начиная с сетевого и выше (TPX/SPX или TCP/IP);

Ø адаптации (ATM Adaptation Layer - AAL);

Ø ATM (ATM Layer);

Ø физический (Physical Layer).

Пользовательский уровень обеспечивает создание сообще­ния, которое должно быть передано в сеть ATM и соответству­ющим образом преобразовано. Уровень адаптации (AAL) обеспечивает доступ пользователь­ских приложений к коммутирующим устройствам ATM. Данный уровень формирует стандартные ATM-ячейки и передает их на уровень ATM для последующей обработки.

Физический уровень обеспечивает передачу ячеек через разнообразные коммутационные среды. Данный уровень состо­ит из двух подуровней - подуровня преобразования передачи, реализующего различные протоколы передачи по физическим линиям, и подуровня адаптации к среде передачи.

Оконечные устройства ATM - сети, подключающиеся к ком­мутаторам через интерфейс, называемый UNI - интерфейс пользователя с сетью. UNI может быть интерфейсом между ра­бочей станцией, ПК, АТС, маршрутизатором или каким угодно «черным ящиком» и АТМ-коммутатором.

Сеть Internet

Всемирная паутина (World Wide Web - WWW), компьютер­ная сеть информационных ресурсов, через которую пользователь может двигаться, используя связи одного документа с другими. Информация по Всемирной паутине распространяется по компью­терам всего мира. Всемирная паутина часто упоминается просто как «Сеть» (Web).

Сеть стала очень популярным информационным ресурсом с тех пор, как впервые стало возможным представлять изображения и другие мультимедиа продукты в Internet, всемирной сети ком­пьютеров, в 1993 г. Сеть предлагает место, где компании, учреж­дения, и личности могут отображать информацию относительно их изделий, программ, исследований или их жизней. Сеть стала форумом для многих групп и рынком для многих компаний. Музеи, библиотеки, правительствен­ные агентства и школы считают Сеть ценнейшим изобретением, она также несет информацию в широком спектре форматов.

Подобно всем сетям ЭВМ, Web объединяет два типа компь­ютеров - клиентов и серверов - с использованием стандартного набора правил (протокола) для связи между компьютерами. Ком­пьютер-сервер содержит информационные ресурсы, которые со­держатся в Сети, и пользователи Сети, используют компьютеры-клиенты, чтобы обратиться к ресурсам. Компьютерная сеть может быть сетью общего пользования - типа всемирного Internet - или частной сетью, типа Intranet компании. Web - часть Internet. Internet также включает и другие средства межкомпьютерного обмена, типа Telnet, протокола передачи файлов, и Gopher, но Web быстро стала наиболее широко используемой частью Internet. Она отличается от других частей Internet правилами, которые компью­теры используют для общения друг с другом, и доступностью иной, чем текст, информация. Намного труднее иметь дело с изображениями или другими мультимедиа-файлами иными методами, чем применяемыми в Web.

Предоставление компьютером-клиентом возможности ото­бразить страницы сети с изображениями и другими медиа-средствами стало возможным после введения специального про­граммного продукта, называемого браузером (от англ. Browse - просматривать). Каждый документ Сети содержит кодированную информацию от­носительно того, что находится на странице, как страница должна просматриваться и с какими другими сайтами (информационными узла­ми) документ связан. Программа просмотра на компьютере пользователя читает эту информацию и использует ее, чтобы отобразить стра­ницу на экране пользователя. Почти каждая Страница сети или документ Сети включают связи, названные гиперссылками, с други­ми сайтами. Гиперссылки - определяющая особенность Сети - они позволяют пользователям путешествовать между документа­ми Сети без следования специальному порядку или иерархии.

Когда пользователи хотят обратиться к Сети, они использу­ют браузер Сети на их компьютере-клиенте, чтобы соединиться с компьютером-сервером Сети. Компьютеры-клиенты соединяются с Сетью одним из двух способов. Клиенты с разрешенным доступом подключаются либо прямо в Сеть посредством маршрутизатора (специального аппаратного средства, которое определяет наи­лучший способ соединения клиента и сервера), либо с помощью локальной сети, прямо подключенной к Сети. Клиенты с удаленным доступом соединяются с Сетью посредством модема, аппаратного устройства, которое транслирует информацию от компьютера в сигналы, которые могут передаваться по телефонным линиям. Не­которые модемы посылают сигналы по каналам кабельного теле­видения, или специальным телефонным линиям большой емкости типа цифровой сети интегрального обслуживания (ISDN -Integrated Services Digital Network), или по ASDL - Asymmetric Digital Subscriber Loop.

Серверы Сети содержат документы Сети и средства, свя­занные с ними. Они могут быть обыкновенными персональными компьютерами, мощными универсальными компьютерами или чем-то промежуточным между ними. Клиентом может быть любой тип компьютера. Web и все форматы Internet используют протокол, названный TCP/IP. Однако, каждая часть Internet - Web, системы Gopher или FTP - использует несколько различные системы для передачи файлов между клиентами и серверами.

Адрес документа Сети помогает компьютеру пользователя найти и соединяться с сервером, который содержит нужную стра­ницу. Адрес страницы сети называется URL (Uniform Resource Locator).

URL - составной код, который сообщает браузеру клиента три вещи:

Ø правила (протокол), которые пользователь должен использовать, чтобы получить доступ к сайту;

Ø адрес Internet, который уникально определяет сервер;

Ø расположение в пределах файловой системы сервера данного элемента.

Пример URL – http://encarta.msn.com.

Первая часть URL, http://, показывает, что сайт находится во Всемирной паутине. Большинство браузеров также способно к воспроизведению файлов с форматами других частей Internet, ти­па Gopher и FTP. Другие форматы Internet используют различные коды первой части их URL - например, система Gopher использует префикс gopher://, a FTP использует ftp://.

Следующая часть URL, encarta.msn.com, дает название или уникальный адрес в Internet сервера, на котором хранится сайт.

Некоторые URL определяют специфические каталоги, или файлы такие, как http://encarta.msn.com/explore/default.asp-explore является названием каталога, в котором находится файл default.asp.

Сеть содержит информацию во многих формах, включая текст, графические изображения и любой тип цифрового медиа-файла, включая видео- и звуковые файлы. Не­которые элементы страниц сети фактически являются небольшими программами с их собственными правами. Эти объекты, называемые апплетами (от небольшого приложения - другое название для компьютерной про­граммы), следуют определенному набору команд.

Апплеты позволяют пользователям запустить в Сети игры, поиск в базах данных, выполнять виртуальные научные экспери­менты и множество других действий.

Коды, которые сообщают браузеру на компьютере пользова­теля, как отобразить документ Сети, соответствуют своду правил, названному Языком разметки гипертекста (HTML – HyperText Markup Language).

Каждый документ Сети написан как открытый текст, и коман­ды, которые сообщают компьютеру пользователя, как представить документ, содержатся в самом документе непосредственно, зако­дированными с использованием специальных символов, назван­ные тэгами (tag) HTML. Браузер знает, как интерпретировать тэги HTML, так что документ появляется на пользовательском экра­не именно так, как имел в виду проектировщик документа (также называемый веб-дизайнером (web-designer)).

В дополнение к HTML, некоторые типы объектов в Сети ис­пользуют свое собственное кодирование. Апплеты, например, явля­ются мини-программами, которые написаны на языках программирования типа Visual Basic и Java.

Клиент-серверная связь, URL и HTML позволяют информа­ционным узлам (сайтам, хостам) включать гиперссылки, которые пользова­тели могут использовать, чтобы путешествовать «сквозь» Сеть. Гиперссылки - часто являются фразами в тексте документа Сети, которые связы­ваются с другим документом Сети, снабженным своим URL, когда пользователь щелкает своей мышью на этой фразе. Браузер поль­зователя обычно различает гиперссылки и обычный текст, по­мечая гиперссылки различным цветом или подчеркиванием. Гиперссылки позволяют пользователям переходить между разбросанны­ми на Сети страницами не в каком-то определенном порядке. Этот метод доступа к информации назван ассоциативным доступом, и ученые уверяют, что это подобие того, каким путем человеческий мозг получает доступ к хранящейся информации. Гиперссылки де­лают ссылочную информацию в Сети быстрее и проще, чем при ис­пользовании традиционных печатных документов.

Даже при том, что Всемирная паутина - только часть Internet, отчеты показали, что более чем 75% случаев использова­ния Internet приходится на Web. Эта доля, вероятно, вырастет в будущем.

Один из наиболее замечательных аспектов Всемирной пау­тины - ее пользователи. Они - поперечный разрез общества. Пользователи включают студентов, которые должны найти мате­риалы на заданную тему, врачей, которые нуждаются в информа­ции относительно самого последнего медицинского исследования, и абитуриентов колледжа, исследующих университетские городки или даже заполняющих заявки о финансовой помощи, формируе­мых интерактивно. Другие пользователи включают инвесторов, которые могут интересоваться деловой историей акционерной компании и оценить данные относительно различных общественных и откры­тых фондов. Вся эта информация с готовностью располагается в Сети. Пользователи могут часто находить финансовые диаграммы о деятельности компании, которые показывают информацию не­сколькими различными способами.

Путешественники, изучающие возможную поездку, могут со­вершать виртуальные туры, посмотреть расписания авиалиний и плату за проезд, и даже заказывать рейс с помощью Сети. Многие места назначения - включая парки, города, гостиницы - имеют их собственные сайты с руководствами и местными картами. Крупные компании – поставщики товаров также имеют информацион­ные узлы, на которых заказчики могут проследить процесс отгрузки, вы­яснить, где их товары находятся или когда они будут поставлены.

Правительственные агентства имеют информационные уз­лы, где они отправляют по почте инструкции, процедуры, инфор­мационные бюллетени и налоговые формы. Многие должностные лица имеют свои сайты, где они выражают свои взгля­ды, перечисляют собственные достижения и т.п. Сеть также содержит каталоги почтовых адресов, электрон­ной почты и номеров телефонов.

Пользователи Сети могут посетить сайты крупных книжных мага­зинов, одежды и других товаров. Многие центральные газеты имеют специальные электронные издания, которые выпускаются чаще, чем ежедневно. Электронные журналы почти в каждой отрасли науки – теперь в Сети. Большинство музеев предлагает пользователю виртуальный тур по их экспозициям и зданиям. Эти организации и учреждения обычно используют сайты, что­бы дополнить неэлектронные части деятельности. Некоторые получают дополнительные доходы от продажи места для публикации рекламных объявлений на своих сайтах.

Всемирная паутина была разработана британским физиком и компьютерным специалистом Тимоти Бернерсом-Ли как проект в рамках ис­следований для Европейского Центра Ядерной энергии (CERN, теперь Европейская Лаборатория Физики элементарных частиц) в Женеве, Швейцария. Бернес-Ли первым начал работать с гипер­текстом в начале 1980-ых гг. Созданная им Сеть стала функцио­нировать в CERN в 1989 году, и затем стала быстро распростра­няться по университетам в остальной части мира с помощью уче­ных-ядерщиков. Группы в Националь­ном Центре Прикладных программ Супервычислений в Универси­тете Штата Иллинойс также исследовали и разработали техноло­гию Сети. Они первыми разработали браузер, названный Мозаика (Mosaic) в 1993 г.

Для пользова­теля Сеть притягательна, потому что сформирован графический интерфейс пользователя (GUI – graphical user interface), метод отображения информации и управления изображениями. Методы хранения инфор­мации в Сети ассоциативны, восстановление документов с помо­щью связей гипертекста, и названы Web-сайтами с URL, обеспечи­вающими плавный переход к остальной части Internet. Это обеспе­чивает свободный доступ к информации между различными час­тями Сети.

Итак с конца 1960-х до начала 1990-х годов Internet был инстру­ментом связи и исследований, используемым почти исключитель­но для академических и военных целей. Это положение измени­лось радикально с введением Всемирной паутины (также назы­ваемой WWW, или W3) в 1989 г.

WWW - набор программ, стандартов и протоколов, с помо­щью которых мультимедиа файлы (документы, которые могут со­держать текст, фотографии, графику, видео и звук) создаются и отображаются в Internet.

Internet включает WWW, а также включает аппаратные сред­ства (компьютеры, супер-ЭВМ и связи) и не-WWW программное обеспечение и протоколы, на которых WWW выполняется. Разли­чие между Internet и WWW подобно различию между компьютером и программой мультимедиа, которая выполняется на компьютере. Всплеск популярности Internet в 1990-х наиболее вероятен из-за интенсивного применения графики во Всемирной паутине.

Чтобы обратиться к информации в Internet, пользователь должен сначала войти в сеть или соединиться с главным компью­тером сети пользователя. Как только подключение будет установлено, пользователь может запрашивать информацию от удаленного сервера. Если информация, требуемая пользователем, постоянно находится на одном из компьютеров сети ЛВС, эта информация быстро будет найдена и послана к пользовательскому терминалу.

Если информация, требуемая пользователем, находится на
сервере, который не принадлежит ЛВС, то сеть ЛВС соединяется с
другими сетями до тех пор, пока она не сделает подключение к
сети, содержащей требуемый сервер.

В процессе соединения с другими сетями, главный компью­тер ЛВС может быть будет должен обратиться к маршрутизатору – устройству, которое определяет лучший путь подключения между сетями и помогает сетям осуществлять соединения.

Как только компьютер пользователя подключится к серверу, содержащему требуемую информацию, сервер посылает инфор­мацию пользователю в форме файла. Специальная компьютерная программа вызывает браузер, который дает возможность пользо­вателю просмотреть файл. Примерами браузеров Internet являют­ся Mosaic, Mozilla, Netscape и Internet Explorer. Большинство файлов Internet - документы мультимедиа, то есть текст, графика, фото­графии, звуковые и видео материалы могут быть объединены в едином документе. Документы не относящиеся к мультимедиа не нуждаются в браузерах. Процесс поиска и передачи файла с удаленного сервера на пользовательский терминал называется загрузкой.

Одна из причин мощи Internet состоит в использовании концепции гипертекста. Термин гипертекст используется, чтобы описать свя­занную систему документов, в которых пользователь может пере­ходить от одного документа к другому нелинейным, ассоциатив­ным способом.

Мультимедийный файл в Internet называется гипермедийным документом.

Доступ к Internet может быть осуществлен посредством двух обширных категорий: пря­мой (выделенный) доступ и удаленный доступ (через модем). При выделенном доступе компьютер напрямую связан с Internet через маршрутизатор, или компьютер, являющийся частью сети, сопря­женной с Internet. При доступе с помощью модемной связи ком­пьютер подключается к Internet временным соединением, обычно по телефонной линии, использующей модем - устройство, кото­рое конвертирует электрические сигналы из компьютера в сигна­лы, которые могут быть переданы по традиционным телефонным линиям.

Все данные, передаваемые по Internet, разделены на не­большие блоки информации, называемые пакетами, каждый из которых помечен уникальным номером, указывающим его место в потоке данных между ЭВМ. Когда различные пакеты, которые со­ставляют набор данных, достигают их места назначения, они со­бираются вместе, используя уникальные метки. Если часть сети, по которой посланы пакеты, работает со сбоями или вышла из строя, специальное оборудование маршрутизации Internet автоматические направляет пакеты так, чтобы они передавались по функционирующей части сети. Другие особенности позволяют удостовериться, что все пакеты данных прибывают не­поврежденными, автоматически требуя переспроса поврежденных или неполных пакетов от источника. Эта система, названная па­кетной коммутацией, использует ряд протоколов или правил, из­вестных как TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol).

Чтобы быть клиентом Internet, компьютер должен иметь уни­кальный в соответствии с Протоколом Internet (IP) сетевой адрес так, чтобы сообщения могли быть правильно направлены к и от машины по Internet. Адреса Internet названы URL (Uniform Resource Locators). Некоторые URL - строка чисел (например 89.123.121.34), но т.к. такие длинные строки чисел неудобны для запоминания, используются и другие соглашения об адресовании. Пример этого соглашения: http://encarta.msn.com/downloads/pryearbk.asp. Http указывает про­токол - в данном образце, протокол передачи гипертекста - используемый обыкновенно при обращении к конкретному местопо­ложению в Internet. Название после двоеточия и двойной косой черты (encarta.msn.com) указывает имя хоста, которое является именем отдельной компьютерной системы, связанной с Internet. Остающиеся названия (имена) после имени хоста определяют различные файлы, на которые указывает конкретный URL. В при­мере URL, файл pryearbk расположен в директории downloads. Другие файлы, расположенные в том же самом каталоге, будет иметь подобный URL, единственная разница будет в названии файла или файлов в конце адреса. Конкретные имена серверов отображают номера IP в имена доменов (msn.com в вышеупомяну­том URL) и гарантируют, что правильный номер IP источника и места назначения будет обеспечен для всех пакетов.

Наиболее широко используемый инструмент в Internet – электронная почта или e-mail. Электронная почта используется, чтобы посылать письменные сообщения между отдельными лица­ми или группами лиц, часто географически разделенных большими расстояниями. Сообщения электронной почты обычно посылаются и принимаются почтовыми серверами - компьютерами, которые специализированы для обработки и отправления электронной поч­ты. Как только сервер получил сообщение, он направляет его на компьютер, которому данная почта адресована.

До введения World Wide Web, существовали различные стандарты и типы программного обеспечения для передачи дан­ных по Internet. Многие из них все еще используются. Среди наи­более популярных Telnet, FTP и Gopher.

Telnet позволяет пользователю Internet соединиться с уда­ленным компьютером и использовать его так, как будто он или она работает с ним напрямую (в режиме удаленного терминала).

FTP (File Transfer Protocol - протокол передачи файлов)- ме­тод перемещения файлов от одного компьютера до другого по Internet, даже если каждый компьютер имеет различную операци­онную систему или формат хранения данных.

Gopher - усовершенствование FTP, облегчающее возмож­ность ведения списка и удаленно восстанавливающая файлы.

В то время как эти протоколы передачи и программное обес­печение все еще используются, WWW намного более легка для применения и используется намного более часто, чем более ран­ние протоколы передачи.

Главная проблема, возникшая в процессе длительного роста Internet - трудность обеспечения достаточной ширины полосы передачи, чтобы поддерживать функционирование Сети. Поскольку приложения Internet стано­вятся все более сложными, и поскольку все большее количество людей во всем мире использует Internet, количество информации, передаваемой через Internet, будет требовать связи с очень боль­шой шириной полосы передачи. В то время как многие телекоммуникационные компании пытаются разрабатывать более производительные технологии, не известно, будут ли эти технологии способны удовлетворить растущий спрос.

Чтобы подстроиться к увеличивающемуся числу пользова­телей, некоммерческая организация Корпорации Университетов для развития Internet (University Corporation for Advanced Internet Development - UCAID) работает над созданием Internet 2.

Internet 2 добавит ширину полосы или доступные линии свя­зи к нынешнему сверхширокополосному тракту передачи инфор­мации, чтобы предоставить возможность передачи большего чис­ла пакетов данных. Члены UCAID включают представителей уни­верситетов, правительства и компьютерной промышленности.

Лекция № 6.

Информационные технологии формирования кадровой политики и управления предприятием. Создание базы данных персонального учета.

(см. мультимедиалекции)

Лекция № 7.

Информационные технологии в пожарной безопасности

Лекция № 8.

Проблемы защиты информации.

Работа с персоналом, владеющим конфиденциальной информацией.

Основные вопросы:

1. Компьютерные вирусы.

2. Антивирусные программы.

3. Защита от вирусов.

Чтобы избежать суровых последствий «вирусного», поражения нужно соблюдать ряд несложных правил, пренебрежение которыми может привести к весьма плачевным результатам.

Основная тактика защиты от вирусной «инфекции» состоит в использовании программного обеспечения из надежных источников (в идеале - только лицензионного), в регулярном контроле за состоянием наиболее важной информации в компьютере (по возможности - с созданием резервных копий на дискетах, ленте или сетевом диске). Необходима также обязательная проверка всех вновь поступающих на дисках или по сети программ каким-нибудь надежным антивирусом или их комплектом. Набор качественных антивирусных программ неизменно пополняется по мере расширения фронта вирусной атаки.

Популярными антивирусными пакетами являются комплект АО «ДиалогНаука», Norton Antivirus и Antiviral Toolkit Pro. Panda Antivirus Titanium.

В стандартную поставку антивирусного комплекта АО «ДиалогНаука» входят четыре программных продукта: еженедельно обновляемый полифаг Aidstest, ревизор диска ADinf, лечащий блок ADinf Cure Module и программа Doctor Web, отслеживающая и уничтожающая сложношифруемые и полиморфные вирусы. В расширенный вариант поставки комплекта входит аппаратный комплекс Sheriff, гарантированно предотвращающий на аппаратном уровне проникновение вирусов в систему.

Наиболее популярным средством против вирусов является, как известно, Aidstest, но, используя его, всегда надо помнить, что он предохраняет только от вирусов, с которыми он уже знаком. Для обеспечения большей безопасности использование Aidstest необходимо сочетать с повседневным использованием ревизора диска Adinf.

Ревизор ADinf позволяет обнаружить появление любого вируса, включая Stealth-вирусы, вирусы-мутанты и неизвестные на сегодняшний день вирусы. При установленной программе ADinf Cure Module (лечащий блок ревизора ADinf) можно немедленно удалить до 97% из них. ADinf берет под контроль все участки винчестера, куда возможно проникновение вируса. Такой способ проверок полностью исключает маскировку Stealth-вирусов и обеспечивает весьма высокую скорость проверки диска. Расширение ревизора ADinf - программа ADinf Cure Module (файл ADinfExt.exe) дополнительно поддерживает небольшую базу данных, описывающую файлы, хранящиеся на диске. В случае обнаружения вируса она позволяет немедленно и надежно вылечить машину.

Doctor Web борется с известными программе полиморфными вирусами. Кроме того, Doctor Web может проводить эвристический анализ файлов в целях выявления неизвестных вирусов, в том числе сложношифруемых и полиморфных вирусов. Успех такого анализа - в среднем 82%. Программа может распаковывать и проверять исполняемые файлы, обработанные архиваторами LZEXE, PKLite и Diet.

AVP Антивирусный набор, являющийся расширенной версией известного антивирусного комплекта «Доктор Касперский». Комплекс содержит программу-фаг, тестирующую и восстанавливающую файлы и загрузочные сектора дисков, поврежденные вирусами. В процессе работы программы производится тестирование на неизвестные вирусы. Также в комплект входит резидентная программа, отслеживающая подозрительные действия, совершаемые на компьютере, и дающая возможность просматривать карту памяти. Специальный набор утилит помогает обнаруживать новые вирусы и разбираться в них.

Norton Antivirus

Антивирусный пакет Norton Antivirus относится к средствам типа «установил и забыл». Все необходимые параметры конфигурации и плановые мероприятия (проверка диска, проверка новых и модифицированных программ, запуск Windows-утилиты Auto-Protect, проверка boot-сектора диска A: перед перезагрузкой) устанавливаются по умолчанию. Программа сканирования диска существует для DOS и Windows. В числе прочих Norton AntiVirus обнаруживает и уничтожает даже полиморфные вирусы, а также успешно реагирует на вирусоподобную активность и борется с неизвестными вирусами.