Ethernet на коаксикальном кабеле

Сначала немного о том, что такое вообще Ethernet. Обычно под этим определением понимают сеть, в которой все устройства могут слышать другие устройства. Для того, чтобы был понятно, кому же предназначены передаваемые в сеть данные, каждое устройство в сети имеет свой логический номер. Если устройство видит пакет данных, который предназначен именно для него, то оно спокойно его принимает, а остальные устройства игнорируют передачу. Если два (или более) устройства одновременно начинают передавать данные, то все они замолкают и возобновляют активность через неопределеный промежуток времени. Таким простым способом устраняются возможные конфликты. Недостатком метода является то, что при большой нагрузке на сеть ее производительность сильно снижается из-за частых конфликтов. В связи с простотой конфигурации и дешевизной при достаточно хорошей производительности Ethernet-сети получили широкое распространение, особенно в России. Очевидно, что Ethernet не предназначена для создания распредельных сетей, ее прерогатива - домашние/офисные или не слишком большие корпоративные сети, которые прокладыаются в одном здании или нескольких, если последние расположены достаточно компактно, что связано с небольшой максимальной длиной сетевого канала.

Самыми старыми сетями, построенными по вышеописанному принципу (в дальнейшем мы тоже будем иметь виду в основном только Ethernet), являются сети на основе коаксикального кабеля. Коаксикальный кабель, как вы знаете, сотоит из центрального довольно толстого проводника (одножильного или многожильного) и внешней экранирующей оплетки. В рассматриваемых нами сетях применяется коаксикальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ohm. Волновое сопротивление - отношение напряжения к силе тока в данном сечении передающей линии при распространении в ней электромагнитных колебаний. Коаксикальный кабель обычно называют Ethernet-кабелем или просто Ethernet, так как в компьютерной технике он, как правило, используется в основном для построения сетей. Существует два варианта организации сетей на коаксикальном кабеле: на толстом Ethernet и на тонком Ethernet. Названия, естественно, произошли от толщины кабеля, которая в первом случае составляет около 0.4", а во втором приблизительно 0.2".

Ethernet на толстом коаксикальном кабеле

Самый старый тип Ethernet-сетей. Стандарт также называется IEEE 10Base5. Из рисунка видно, что используется шинная топология, то есть устройства навешаны на кабель словно лампочки на елочной гирлянде. Из-за своей характерной окраски толстый Ethernet также называют желтым кабелем. Он позволяет использовать сегмент длиной до 500 m при минимальное расстоянием между точками подключения 2.5 метра (максимальное количество точек подключения к сегменту равно 100, а количество сегментов сети не может превышать 5 штук; подробнее о том, что такое сегмент и зачем нужно такое понятие, будет рассказано ниже). Устройства подключаются к сети посредством устанавливаемого на кабель трансивера (MAU, Media Access Unit). Максимальная длина кабеля между трансивером и устройством ограничена 25 m. При подключении используется 15-контактный разъем AUI. Стандарт уже давно (в основном из-за дороговизны соответствующих кабелей и трансиверов) устарел, и в настоящее время невозможно найти в продаже новое оборудование для построения сети на этом стандарте, да и уже построенные сети являются очень большой редкостью.

Сеть на тонком Ethernet

Этот более современный (но тем не менее тоже устаревший) стандарт, который правильно называть 10Base2, аналогичен предыдущему, но в нем уже используется более дешевый тонкий кабель, а также отпадает необходимость в трансиверах. Поэтому такие сети получили в свое время гораздо более широкую популярность, чем сети на толстом кабеле. Устройство подключается непосредственно к сети с помощью Т-образного коннектора, где ножка буквы "Т" обращена к самому устройству (например, сетевой карте), а другие два конца соединяют отрезки кабеля и как бы являются его частью. Можно вынуть коннектор из устройства, работоспособность сети от этого не ухудшится. Разъем на устройстве обычно обозначется в тексте как BNC. Они бывают накручивающиеся, обжимные или припаивающиеся. Наиболее легкие в установке и наджные накручивающиеся, но они, к сожалению, редки в продаже. Припаивающиеся очень неудобно устанавливать, особенно если установщик первый раз в жизни держит в руках паяльник, поэтому чаще всего применяются обжимные коннекторы, которые, кстати, тоже достаточно надежны. Максимальная длина сегмента 185 метров, минимальное расстояние между точками подключения 0.5 метра, максимальное количество точек подключения к сегменту составляет 30 при не более чем пяти сегментов в сети. Как видно из приведенных характеристик сети, замена кабеля на более дешевый обернулась уменьшением длины сегмента чуть ли не в три раза. Хотя сеть, как правило, может работать при длине сегмента до 200 m, все равно это куда меньше, чем 500.

Все описанные стандарты (как на толстом, так и на тонком кабеле), обязательно предусматривают терминирование с обоих концов. Это делается с помощью специальных наконечников, которые устанавливаются на концы сети. В принципе, можно обойтись и без терминирования, но при этом характеристики линии резко ухудшаться, что тут же повлияет в отрицательную сторону на производительность и надежность сети. Один и только один из терминаторов (то есть концов сети) должен быть заземлен.

Выше упоминалось такое понятие, как сегмент. Сегмент - это участок сети между двумя репитерами (repeater), то есть устройствами, которые усиливают сигнал и тем самым позволяют увеличивать длину сети. Репитер может иметь как один, так и несколько сетевых портов. Основная функция репитера - получив данные на одном из портов, немедленно перенаправить их на другие порты. В процессе передачи данных на другие порты данные формируются заново, чтобы исключить любые отклонения, которые могли возникнуть во время движения сигнала от источника. Репитеры также могут выполнять функцию, называемую разделение. Если репитер определяет большое количество коллизий, происходящих на одном из портов, он делает вывод, что произошла авария где-то на этом сегменте, и изолирует его от остальной сети. Эта функция была сделана для предотвращения распространения ошибок одного сегмента на всю сеть.

У репитеров имеется отрицательная черта, заключающаяся в том, что он вносит задержку в распространение сигнала по сети. Все сети Ethernet используют протокол доступа, называемый CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Чтобы этот протокол работал нормально, ему необходимо иметь возможность определять возникновение коллизии. CSMA/CD определяет это возникновение, сравнивая данные, находящиеся в сети, с теми, что были отправлены в сеть. Если определяется отличие, то это означает, что произошла коллизия (одновременная передача двумя устройствами) и передача немедленно прекращается. Устройство, как уже говорилось, затем ждет случайный отрезок времени и повторяет попытку передачи. Существует изъян в CSMA/CD, который ограничивает размер сети. Посылаемые биты не попадают мгновенно во все точки сети, необходим некоторый отрезок времени, для того чтобы сигнал прошел по проводам и через каждый репитер в сети. Это время может быть измерено, и оно называется задержкой распространения (Propagation Delay). Если задержка распространения между источником сигнала и наиболее удаленным источником сети больше, чем половина размера наименьшего пакета (frame), который может существовать, тогда CSMA/CD не сможет правильно определить коллизию, и данные в сети могут быть потеряны или искажены. Поэтому не стоит без особой необходимости сильно увлекаться репитерами, так как они замедляют работу сети.

Согласно проведенным разработчиками Ethernet вычислениям и измерениям, на пути сигнала в сети может быть не более 4 репитеров и не более 5 сегментов, причем только к трем из них могут быть подключены устройства. Эти выводы обычно выражаются в виде правила "5-4-3". Конечно, в целом в сети может быть больше 4 репитеров (их можно, в принципе, наставить сколько угодно), но нас интересует только их количество между двумя любыми устройствами. Это ограничение дает максимальную длину сети для толстого Ethernet равной 2500 m и чуть меньше километра для сети на основе тонкого Ethernet.

Не следует экономить на кабеле, особенно если предполагается создавать большую сеть, так как при некачественном кабеле ее надежность уменьшается. В качестве тонкого кабеля, кстати, подходит и обычный отечественный РК-50, производимый еще по ГОСТам СССР. Однако он имеет так много разновидностей, что в них легко запутаться. Очень не рекомендуется использовать в сети кабели разных марок. Если первоначальной длины отрезка кабеля не хватает, то его можно нарастить с помощью специального Barrel-коннектора. Нежелательно соединять кабеля простой скруткой.

Впрочем, сейчас все эти рекомендации не очень актуальны, так как сети на коаксикальном кабеле используются уже (2001 год) очень редко, хотя оборудование для их прокладки еще можно найти в магазинах. Это связано, во-первых, с невысокой пропускной способностью сети, равной 10 Mbps (на практике 7-8 Mbps), откуда и число "10" в названии. Во-вторых, шинная топология не является надежной, так как разрыв провода приводит к разрыву всей сети, да и использовать ее не всегда удобно. Поэтому мы даже не будем приводить примеры оборудования, которое было создано для вышеописанных сетей, а опишем в соответствующей статье оборудование для Ethernet на витой паре, так как этот тип сетей сегодня является наиболее распространенным.