Ch_18

Витая пара

Название этих кабелей говорит само за себя. Это два одинаковых изолированных провода, проложенных рядом и скрученных между собой, причем количество витков на единицу дли# ны является строго определенным. Благодаря скручиванию проводов уменьшается проник# новение внешних электрических помех в линию при передаче. Экранированная витая пара (Shielded Twisted Pair — STP) отличается от неэкранированной (Unshielded Twisted Pair — UTP) тем, что в ней скрученные провода помещаются дополнительно в общую экранирую# щую оплетку, дополнительно повышающую помехоустойчивость линии. Вам, возможно, зна# комы неэкранированные витые пары (точнее, их упрощенный вариант — двухпроводные ли# нии без витков), которые часто используются для прокладки телефонных линий. На рис. 18.8 и 18.9 представлены соответственно неэкранированная и экранированная витые пары.

Рис. 18.8. Неэкранированная витая пара

Рис. 18.9. Экранированная витая пара

Экранированная и неэкранированная пары

Когда кабели начали использовать для объединения компьютеров в сеть, считалось, что экранирование от внешних помех наилучший способ уменьшить наводки и обеспечить как можно более высокие скорости передачи. Кроме того, было замечено, что переплетение пар проводов позволяет более эффективно бо роться с помехами, искажающими передаваемые сигналы. Таким образом, ранние сетевые решения чаще базировались на экранированных, а не на неэкранированных кабелях.

Однако при прокладке такого кабеля нужно очень внимательно следить, чтобы был заземлен только один ко нец экранирующей оплетки. Если случайно заземлить оба конца, может возникнуть заземляющий контур, а если не заземлить ни одного конца, оплетка будет функционировать, как антенна.

Заземляющий контур возникнет в том случае, если на разных концах экранирующей оплетки находятся разные заземления, которые соединяются с помощью той же оплетки. В этой ситуации заземления мо гут иметь несколько разные потенциалы, в результате чего на экранирующей оплетке возникнут не большое напряжение и бесконечный ток. Это может привести к повреждению электронных компонен тов и даже стать причиной пожара.

В большинстве кабельных систем на основе Ethernet и Fast Ethernet используется кабель UTP (витая пара). Это, в первую очередь, объясняется его свойствами — физической гибко# стью и небольшим размером разъемов, что значительно упрощает прокладку кабелей. При этом слабая электрическая защита такого кабеля может привести к возникновению наводок

от ламп дневного света, подъемников, систем безопасности и прочих устройств. Если сущест# вует вероятность возникновения такой проблемы, стоит прокладывать кабель подальше от возможных источников помех или заменять неэкранированный кабель экранированным на участках, где могут возникнуть большие помехи.

Существует четыре основных типа сетевых кабелей, используемых при создании сетей.

Кабель категории 3. Первоначально кабель, используемый в Ethernet, был таким же, как и телефонный. Он называется кабелем категории 3 или голосовым кабелем UTP, что определяет его возможности по передаче информации. Сам кабель имеет диаметр 24 AWG (American Wire Gauge — стандарт измерения диаметра кабеля), внутри него находятся медные жилы с волновым сопротивлением 100–105 Ом и минимум двумя витками на фут (порядка 30 см). Кабель категории 3 можно исполь# зовать в сетях со скоростью передачи до 16 Мбит/с. Он выглядит, как телефонный кабель с большими разъемами RJ#45 на концах. В настоящее время кабельная сеть категории 3 практически не используется, так как она не поддерживает Fast Ethernet и более высокие скорости.

Кабель категории 5. Более новые и скоростные типы сетей требуют большей произ# водительности. В сети Fast Ethernet (100BASE#TX) используются те же две пары, что и в 10BASE#T, однако для Fast Ethernet важен коэффициент ослабления сигна# ла. Таким образом, для Fast Ethernet 100BASE#TX необходим кабель UTP категории 5. Хотя и существует версия 100BASE#T4 Fast Ethernet для кабелей UTP категории 3, в которой используются все четыре пары этого кабеля, такой тип Fast Ethernet распространен недостаточно широко. Таким образом, при “смешивании” кабелей категорий 3 и 5 лучше использовать концентраторы для 10BASE#T Ethernet (10 Мбит/с); сеть 100BASE#TX Ethernet на кабеле категории 3 медленна и недоста# точно надежна. Кабель категории 5, который обычно называется “CAT 5”, относится к классу D.

Многие поставщики сетевых кабелей также продают улучшенную разновидность ка# беля категории 5, получившую название 5e. Этот кабель можно использовать вместо кабеля категории 5, поскольку он прекрасно подходит для Fast Ethernet, которую в бу# дущем планируется модернизировать до стандарта Gigabit Ethernet. Для кабеля 5е не# обходимо провести ряд тестов, не обязательных для категории 5. Хотя в Gigabit Ethernet можно использовать обе категории, кабель стандарта 5е обеспечивает боль# шие эффективность и скорость передачи данных.

Кабель категории 6. Кабели категории 6 (называемые “CAT6” или “кабели класса E”) также применяются вместо кабелей CAT5 и 5e; они содержат те же разъемы RJ#45, что и CAT5/CAT5e. Кабель CAT6 поддерживает частотный диапазон от 1 до 250 МГц (для сравнения: частотный диапазон кабеля CAT5 или CAT5e составляет 1–100 МГц).

Кабель категории 7. Новейшие стандартные кабели категории 7 (называемые также “CAT7” или “кабели класса F”), работающие в частотном диапазоне от 1 до 600 МГц, обеспечивают уменьшение задержки распространения сигнала, что позволяет увели# чить длину сетевого кабеля и количество рабочих станций в сети. В кабеле CAT7 ис# пользуется разъем GG45, разработанный в компании Nexans. Этот разъем похож на RJ#45, но в отличие от него оснащен четырьмя дополнительными контактами (рис. 18.10). Разъем GG45 содержит переключатель, который активизирует максимум 8 из 12 контактов. Верхние 8 контактов этого разъема используются для работы в час# тотном диапазоне 250 МГц (САТ6). При работе в режиме САТ7 (600 МГц) использу# ются другие 8 контактов, расположенные по краям разъема. Другими словами, этот разъем не только обеспечивает обратную совместимость с RJ#45, но и поддерживает новейшие кабельные стандарты.

Рис. 18.10. Разъем GG45, созданный в компании Nexans, подходит для САТ5 и других стандартных се# тевых кабелей с разъемом RJ#45, а также для новых кабелей САТ7

Внимание

Если вы решили установить кабель UTP категории 5/5e, внимательно следите за тем, чтобы все разъемы, настенные розетки и остальное оборудование также соответствовали этой категории.

Если вы подключаете готовый кабель категории 5 к Fast Ethernet, используйте такие же разъемы. В против ном случае можно создать некачественное звено сети, которое будет приводить к частым сбоям.

Важен выбор правильного типа кабеля категории 5/5e/6/7. Используйте кабели типа PVC для постоянных соединений с сетью, но для подключения портативных компьютеров или временного подключения на расстояние до 3 метров (например, от компьютера до на# стенной розетки) желательно использовать более дорогие кабели.

Если планируется использовать воздуховоды или подвесные потолки для прокладки ка# беля, лучше воспользоваться кабелем Plenum, который не выделяет ядовитый дым при горе# нии. Цена такого кабеля намного выше, однако безопасность стоит еще дороже. В некоторых условиях его применение просто обязательно.

Самостоятельное создание кабелей типа витой пары

В следующих ситуациях может понадобиться самостоятельно создать собственный кабель:

вы собираетесь организовать большую сеть; нужен кабель нестандартной длины; нужно создать кросс#кабель; необходимы кабели определенных цветов; требуется точная подгонка длины кабеля;

хочется сэкономить деньги, и есть достаточно свободного времени.

Стандарты витой пары

Имея необходимые инструменты, можно построить сеть самостоятельно. Для этого требует# ся знать правильное цветовое кодирование витой пары, которая состоит из восьми проводов.

Поскольку кабель TP содержит восемь проводов, возможно много неправильных комби# наций. Существует несколько стандартов подключения кабелей UTP.

Совет

Используйте одну и ту же схему при монтаже кабелей. Кроме того, все другие специалисты, работающие с вашей сетью, должны знать, какая именно схема применяется.

Правильный монтаж витой пары определяется стандартом AT&T 258A (также называе# мым 568B). В табл. 18.5 приведены данные о монтаже витой пары и разъема RJ#45 в соответ# ствии с этим стандартом.

Таблица 18.5. Монтаж витой пары и разъема RJ*45

1. Эти пары не используются в сетях 10BASE T Fast Ethernet и 100BASE TX, в отличие от Fast Ethernet 100BASE T4 и Gigabit Ethernet 1000BASE TX, в которых применяются все четыре пары проводов.

На рис. 18.11 показан разъем кабеля RJ#45 стандарта EIA 568B/AT&T 258A.

Рис. 18.11. Разъем RJ#45 стандарта EIA 568B/AT&T 258A

Примечание

Иногда встречается стандарт EIA 586A, в котором оранжевые/зеленые контакты разъема расположены наоборот.

Кабели UTP с перекрестным монтажом

Кабели с перекрестным монтажом (кросс#кабели) используются, когда соединяются два и только два компьютера без концентратора или когда концентратор, который не имеет порта расширения, подключается к другому концентратору. Разводка перекрестного кабеля приве# дена в табл. 18.6. В ней представлено расположение выводов разъема одного конца кабеля; монтаж другого конца должен быть выполнен согласно стандарту TIA 568B (см. рис. 18.11).

Таблица 18.6. Расположение выводов разъема RJ*45 по стандарту EIA 568B для кабеля с перекрестным монтажом

Примечание

Существуют и другие схемы монтажа кабелей, например IEEE и USOC. Всего существует восемь согласо ванных стандартов подключения кабелей UTP и разъемов RJ 45. Приведенные в этой главе наиболее рас пространены.

Самостоятельный монтаж кабелей UTP

Для самостоятельного монтажа кабелей Ethernet понадобятся следующие инструменты и материалы:

кабель UTP категории 5 или выше; разъемы RJ#45;

кусачки для зачистки проводов; инструмент для обжима разъема RJ#45.

Перед тем как смонтировать “настоящий” кабель необходимой длины, попрактикуйтесь на обрезке кабеля. Разъем RJ#45 и кабель стоят недорого по сравнению с тем, во что обойдется авария в сети.

Чтобы правильно смонтировать кабель типа витой пары, выполните ряд действий.

1.Определите, какой длины должен быть кабель. Вам понадобится некоторый запас, чтобы можно было передвигать компьютер и обходить места с потенциально высоким уровнем шума. Помните о максимальной длине кабелей UTP (об этом речь идет далее).

2.Отмотайте с барабана необходимый кусок кабеля.

3.Отрежьте этот кабель.

4.С помощью кусачек снимите внешнюю изоляцию, чтобы добраться до пар проводов (рис. 18.12); покрутите провод и снимите всю изоляцию. Делайте это аккуратно, по# скольку, повернув кабель слишком сильно, вы можете повредить провода внутри него.

5.Проверьте, нет ли повреждений на изоляции проводов; если повреждения есть, повто# рите пп. 3 и 4.

6.Расположите провода в соответствии со стандартом EIA 568B (рис. 18.13).

7.Оголите не больше 1,5 см концов проводов. Если зачищенные участки будут слишком длинными, могут возникнуть наводки (в результате интерференции сигналов от не# скольких проводов); если провода будут слишком короткими, они могут плохо соеди# ниться в разъеме RJ#45.

8.Вставьте кабель со стороны зажима разъема RJ#45 (рис. 18.14). Убедитесь, что провода расположились в соответствии со стандартом EIA/TIA 568B, перед тем как поместить их в разъем (см. табл. 18.4 и рис. 18.11).

9.Используйте насадочный инструмент, чтобы присоединить разъем RJ#45 к кабелю (рис. 18.15). Конец кабеля должен быть зажат в разъеме так, чтобы его нельзя было оторвать вручную.

10.Повторите пп. 4–9 для второго конца кабеля. Если нужно, перед снятием изоляции обрежьте конец кабеля.

11.Пометьте каждый кабель следующим образом:

•стандарт;

•длина;

•перекрестный монтаж (если есть);

•номер компьютера.

Пометьте кабель с двух концов, чтобы упростить и процедуру поиска кабеля от соответст# вующего компьютера, и решение проблем с концентратором. Приобретите ярлыки для кабе# лей и прикрепите их ко всем кабелям.

Ограничения длины кабеля

Разработчики компьютерных систем всегда находят способы обхода существующих огра# ничений. Например, в Ethernet “придумали” звездообразные, разветвленные и древовидные топологии (см. следующий раздел). Кроме того, они обошли описанные выше основные огра# ничения и теперь к составной сети Ethernet можно подключать тысячи компьютеров.

Локальные сети потому и называются локальными, что сетевые адаптеры и другая сетевая аппаратура не могут передавать сообщения на расстояние, превышающее несколько десятков метров. В табл. 18.7 приведены ограничения для разных типов сетевого кабеля. Кроме этих ограничений, можно отметить следующие:

Топологии сети

Каждый компьютер локальной сети соединен кабелем с другими компьютерами. Термин топо логия означает схему физического расположения кабелей, соединяющих компьютеры в сеть.

За последние 15 лет в компьютерных сетях использовались следующие три топологии.

Шинная. Все компьютеры сети последовательно подключаются один к другому. Сете# вое соединение начинается с сервера и заканчивается последней системой в сети.

Звездообразная. Каждый компьютер в сети подключается к центральной точке доступа.

Кольцевая. Каждый компьютер в сети подключается к другим по кольцевой (т.е. цик# лической) схеме. Эта топология считается устаревшей.

Водной сети может быть скомбинировано несколько топологических схем. Такие сети назы# ваются гибридными. Например, концентраторы нескольких сетей со звездообразной топологией могут быть соединены посредством шинной схемы, тем самым формируя звездообразно#шинную сеть. Точно таким же образом можно объединять и сети с кольцевой топологией.

Втабл. 18.8 приведены общие сведения о существующих топологиях сетей.

Таблица 18.8. Типы сетевых кабелей и топологии

Шинная, звездообразная и кольцевая топологии подробно описываются в следующих разделах. Беспроводные сети, в которых с технической точки зрения отсутствует какая#либо физическая топология, все равно соответствуют двум логическим (виртуальным) топологи# ям, которые мы также рассмотрим.

Шинная топология

Иногда между двумя наиболее удаленными одна от другой рабочими станциями прокладыва# ется один кабель, обходящий все остальные станции и серверы. Этот способ соединения называет# ся шинной топологией (рис. 18.17). Такой тип топологии позволял соединить все компьютеры всего одним кабелем, уменьшая его необходимый размер. Так как в ранних компьютерных сетях исполь# зовался громоздкий коаксиальный кабель, этот фактор был очень важным. Шинная топология ис# пользовалась в сетях 10BASE#5 и 10BASE#2 (т.е. “тонкая” и “толстая” Ethernet).

Появление более дешевых и тонких кабелей витой пары, поддерживающих быстрые сети, выявил самый большой недостаток сетей с шинной топологией. Дело в том, что если в такой сети выходит из строя хотя бы одна станция или кабель повреждается хотя бы в одном месте, весь сегмент сети становится неработоспособным. Проблемы с тонкими Ethernet (10BASE#5) часто возникают из#за ослабления крепления устройства AUI к коаксиальному кабелю. Кро# ме того, Т#адаптеры и нагрузочные резисторы тонкой Ethernet (10BASE#2) могут разболтать# ся или же их отключит пользователь, тем самым нанеся серьезный вред функционированию всей сети или отдельных ее компонентов. Еще один недостаток 10BASE#T проявляется при подключении новой системы к сети между уже установленными системами. В результате может потребоваться разделение сетевого кабеля между компьютерами на более короткие сегменты, что необходимо для подключения сетевой платы и Т#адаптера нового компьютера.

Примечание

Несмотря на то что тонкие сети 10BASE 2 более не используются в компьютерной среде, их все еще мож но встретить в промышленных системах управления. Поскольку в таких сетях используются терминатор с сопротивлением и экранированный коаксиальный кабель, этим сетям отдается предпочтение в производ ственной среде.

Рис. 18.17. В последовательной шинной топологии все сетевые устройства подсоединяются к одному кабелю

Кольцевая топология

В дискуссиях о сетях часто упоминается кольцевая топология, в которой каждая рабочая станция подключается к следующей, а последняя подключается к первой (похоже на шинную топологию с соединенными концами). Существует два основных типа сетей, использующих кольцевую топологию:

FDDI, в которой используется физическая кольцевая топология;

Token Ring, использующая логическую кольцевую топологию.

На первый взгляд, сети Token#Ring напоминают сети 10BASE#T или 10/100 Ethernet, по# скольку в них используются центральное коммутирующее устройство и физическая тополо# гия звезды. Возникает вопрос, какой же кольцевой элемент содержится в Token#Ring?

На самом деле физически не обязательно, чтобы кабели соединялись кольцом. Фактиче# ски кольцо существует лишь внутри концентратора для Token#Ring (так называемый модуль многопользовательского доступа (MultiStation Access Unit — MSAU)). Схема кольцевой то# пологии Token#Ring приведена на рис. 18.18.

Рис. 18.18. Передача данных в сети Token#Ring

Сигнал, посланный одним компьютером, попадает в концентратор, а из концентратора пе# редается следующему компьютеру, после чего снова попадает в концентратор. Таким образом, данные попадают в каждый компьютер, пока снова не доходят до посылавшего их компьюте# ра, который извлекает их из кольца. Следовательно, хотя физическая топология проводов имеет вид звезды, данные в такой сети передаются по так называемому логическому кольцу.

Логическое кольцо удобнее физической кольцевой топологии, поскольку такая система имеет более высокую отказоустойчивость. В шинной топологии повреждение кабеля приво# дит к остановке всей сети. В Token Ring модуль многопользовательского доступа может про# сто отключить компьютер, в котором происходят сбои, от логического кольца, что позволит остальной сети продолжить работу.

Звездообразная топология

В некоторых случаях все устройства подключаются к одному распределительному блоку (концентратору или коммутатору). В результате получается топология, которая называется

звездообразной (рис. 18.19).

Рис. 18.19. В звездообразной топологии сетевые компьютеры и устройства подключаются к одному или нескольким концентраторам/точкам доступа

Поскольку с каждым компьютером связан отдельный кабель, проблемы сетевого подклю# чения одной системы никак не отражаются на остальных компьютерах. Шинная топология требует меньше кабеля, чем звездообразная, однако ее сложнее диагностировать и исправлять в ней возможные неполадки. В настоящее время звездообразные топологии Fast Ethernet и Gigabit Ethernet являются самым популярным типом локальной сети. Звездообразная топо# логия также используется в стандартах 10BASE#T Ethernet.

Концентраторы/коммутаторы для Ethernet

Итак, можно констатировать, что современная сеть Ethernet для рабочих групп базирует# ся на кабеле UTP с рабочими станциями, расположенными в виде звезды, центром которой является некоторое коммутирующее устройство: концентратор или коммутатор.

Все концентраторы Ethernet содержат следующие элементы:

несколько разъемов RJ#45 для кабеля UTP; индикаторы диагностики и активности; источник питания.

Существует два основных типа концентраторов и коммутаторов для Ethernet: управляе# мые и неуправляемые. В рабочих группах и домашних сетях используются неуправляемые концентраторы, а в корпоративных сетях — чаще всего управляемые, т.е. устройства с ком# плектом программного обеспечения для поддержки и настройки его функций.