Локальная сеть от и до…

Локальная сеть от и до...

Компьютер в доме уже давно перестал быть экзотикой. С ним произошло то же, что и с видеомагнитофонами, импортными телевизорами, микроволновыми печами и другими электронными “чудесами”, которые были предметами роскоши каких-нибудь семь-восемь лет назад — ПК стал ширпотребом. И вполне логично, что в жилом доме, где хотя бы у трети жильцов есть компьютеры, организуется локальная сеть. Как можно использовать такую мини - ЛВС? Ну, например, для игр. Представьте, насколько интереснее станет “Command and Conquer или хотя бы старая добрая “Dune 2”, если вместо глуповатого “искусственного интеллекта”, не ведающего, что творится под носом, против вас будет играть живой человек. Или, если вместо, прямо скажем, туповатых монстров “Quake” и “Doom”, выступит команда игроков-людей. Если же вам не нравятся ни “стрелялки”, ни стратегии, то можете попробовать пройтись в компании друзей по таинственным подземельям “Diablo”. Не удивительно, что многие разработчики предусматривают возможность игры по локальной сети — поверьте, после сетевых сражений все ваши прежние забавы покажутся детским лепетом! Но кроме игр, разумеется, домашнюю сеть можно использовать и для более серьезных дел. В частности, появляется возможность полноценно использовать ресурсы подключенных к ней компьютеров.

Допустим, вам до зарезу нужна новая версия какой-то программы, а диск с ней есть у вашего приятеля, компьютер которого подключен к сети. Для установки программы на ваш жесткий диск потребуется всего лишь позвонить ему по телефону (или послать электронное письмо) и попросить сделать его дисковод доступным для вас. Теперь вы сможете использовать его CD-ROM так, как будто он установлен на вашей машине. Подключив же к сети ПК с объемистым жестким диском, вы можете сделать его файловым сервером и/или маршрутизатором для подключения локальной сета к Internet. Файловый сервер даст возможность всем, кто подключен к ЛВС, получить доступ к хранилищам данных. Маршрутизатор, “разводящий” Internet по компьютерам жильцов, позволит в складчину купить доступ к Сети по телефонной линии, а при достаточно большом количестве пользователей — приобрести для этого выделенный канал. Более того, если в вашем доме действительно много компьютеров, а вы располагаете начальным капиталом, можно попытаться заняться провайдерским бизнесом. Кто же откажется платить $20—30 в месяц за доступ к Internet по выделенной линии?

Что же необходимо предпринять для постройки ЛВС? Домашняя ЛВС строится практически так же, как и любая другая — все современные сети базируются на общих принципах. Однако в этом случае существуют некоторые особенности, связанные с ограниченной возможностью вложения средств на ее создание и довольно низкой нагрузкой на сеть. Прежде всего — о среде передачи сигналов, т.е. о проводнике. Вариантов всего два - витая пара (twisted pair) или коаксиальный кабель. Рассматривать оптоволоконный кабель не имеет смысла: и сам кабель, и оборудование для него весьма дороги, и применение их в домашней сети — просто неразумная трата средств. Витая пара представляет собой два проводника, скрученных между собой с определенным шагом. Кабели разных марок могут состоять из двух или четырех таких пар, а также иметь экран из алюминиевой фольги — экранированная витая пара (STP, shielded twisted pair). Неэкранированный кабель называется UTP - unshielded twisted pair. Наиболее распространены кабели категорий 3 и 5. Они различаются между собой в основном шагом завивки проводников и электрическими характеристиками. Кабель пятой категории позволяет осуществлять передачу данных со скоростью 100 Мбит/с, кабель третьей категории — 10 Мбит/с, что определяется коэффициентом затухания сигнала в кабеле и взаимным влиянием пар. Коаксиальный кабель, применяющийся для прокладки локальных сетей, отличается от известного всем телевизионного величиной волнового сопротивления, которая равна 50 0м (у телевизионного — 750м). Различают тонкий (диаметром 0,2 дюйма/5 мм) и толстый (диаметром 0,4 дюйма/10 мм). В ЛВС, как правило, используется тонкий кабель, монтаж и прокладка которого значительно проще, чем толстого. Коротко о протоколах физического уровня, т.е. используемых сетевым оборудованием.

Если говорить о домашней сети, построенной с применением коаксиального кабеля или витой пары, то в ней обычно используются протоколы IEEE 802.3 и Ethernet, совместимые друг с другом. Разница лишь в том, что более старый стандарт Ethernet рассчитан на работу только с коаксиальным кабелем, в то время как более поздний IEEE 802.3 допускает использование как коаксиального кабеля, так и витой пары. IEEE 802.3/ Ethernet — протоколы конкурентного доступа, в которых применен метод CSMA/CD (Carrier Sense, Multiple Access/Collision Detection). Суть его заключается в следующем. Перед началом передачи сетевой адаптер периодически прослушивает канал, ожидая его освобождения (это и есть Carrier Sense), и начинает передачу. После ее окончания канал могут использовать другие сетевые адаптеры. Если же два сетевых адаптера начинают передачу одновременно, происходит коллизия —столкновение сигналов. Обнаружив ее (Collision Detection), все участники “замолкают” и выдерживают паузу случайной длительности, после чего снова прослушивают канал и, если он свободен, повторяют передачу.

Существует несколько способов соединения компьютеров в единую структуру, вид которой определяет топологию сети. Основные — это “шина”, “звезда” и “кольцо”, а также сочетание “звезды” и “шины”. При построении домашних сетей чаще всего используется последняя. Наглядно схему ее построения можно представить в виде трубы с заваренными концами, в которую сбоку под давлением подается вода. Потребители получают воду из кранов, врезанных в трубу. Шина подразумевает некий длинный участок кабеля, в который, наподобие кранов в водопроводную трубу, “врезаны” компьютеры. На концах участка находятся т.н. терминаторы, представляющие собой обычные резисторы с волновым сопротивлением 50 0м — они гасят отраженную от концов кабеля электромагнитную волну. Недостатки шинной топологии очевидны — достаточно повредить кабель на любом его участке, чтобы сеть потеряла работоспособность (“вода” вытечет из “трубы”). Под повреждением понимается не только обрыв кабеля — вполне достаточно плохого контакта в одном из разъемов. В Ethernet используется и тонкий, и толстый коаксиальный кабель. Из-за затухания сигнала максимальная длина ограничена 185 м для тонкого кабеля и 500 м для толстого. Однако при использовании хороших сетевых плат возможно увеличение длины кабеля в полтора-два раза. Следует иметь в виду, что при длине кабеля более 500 м становится заметной задержка электромагнитного сигнала. Другое ограничение — количество подключаемых активных устройств (связанное с емкостью, добавляемой сетевыми устройствами к собственной емкости кабеля). Для тонкого кабеля оно составляет не более 30, а для толстого — в пределах 100. 

“Звезда” — наиболее распространенная топология офисных ЛВС. Продолжая “водопроводные” аналогии, можно сравнить ее с системой распределения воды, где от водонапорной башни к каждому потребителю проложена отдельная труба. В роли такойбашни с водой выступает т.н. концентратор (hub) или коммутатор (switch), представляющий собой устройство с несколькими разъемами для подключения витой пары; а в роли труб, соответственно, — кабели UTP или STP. Достоинство такой сети в том, что при повреждении любого из кабелей сеть продолжает функционировать, хотя компьютер, подключенный через поврежденный кабель, не имеет доступа к общим ресурсам. Еще более важное достоинство — возможность повышения производительности сети. При условии применения качественного кабеля и его грамотной прокладки, заменив активное оборудование на более скоростное, вместо скорости 10 Мбит/с вы получите вдесятеро большее быстродействие (т.н. Fast Ethernet -100 Мбит/с). Недостаток сети “звездной” топологии — это продолжение ее достоинств. Максимально допустимая длина витой пары — 100м, а это означает, что расстояние между двумя машинами, подключенными к сети, не может превышать 200 м (две максимальных длины кабеля). Однако этот действительно серьезный недостаток можно обойти, построив сеть по комбинированной топологии “звезда”—“шина”, речь о которой пойдет чуть дальше.

Топология “кольцо” применяется относительно редко. Типичным (и чуть ли не единственным) представителем ЛВС с такой топологией является Token Ring. Такая сеть работает по протоколу физического уровня IEEE 802.5. По сути это такая же “звезда”, что и описанная выше, с той разницей, что вместо концентратора используется блок MAU (Multistation Access Unit). Скорость передачи по сети Token Ring составляет 16 Мбит/с. Интересен способ разделения доступа к среде передачи: в отличие от конкурирующего метода CSMA/CD, применяется т.н. “управляющий маркер” (token) — нечто вроде эстафетной палочки, передаваемой по кольцу от машины к машине. Захватившая маркер машина может распоряжаться сетью в течение некоторого времени, после чего передает его следующему компьютеру. Для домашней ЛВС более всего подходит комбинированная топология “звезда” — “шина”. В этом случае концентраторы или коммутаторы двух и более “звезд” соединяются между собой коаксиальным кабелем или кабелем UTP/STP. Последний вариант обычно используется в сетях средней протяженности либо с очень высокой загрузкой.