Модуль 4. Стандарты и интерфейсы Ethernet

X BASE Y - для каждой среды передачи используется свое обозначение.
X - скорость передачи (10, 100, 1000 Мбит/сек).
BASE - ключевое слово, обозначает не модулированную передачу.
Y - условное обозначение среды передачи и дальности связи.
Ethernet для коаксиального кабеля имеет 2 разновидности:
10 BASE 5 - для толстого коаксиала
10 BASE 2 - для тонкого коаксиала
Эти технологии работают на скорости 10 Мбит/сек.

4.1. 10 BASE 2.

• максимальная длина сегмента - 185 м
• соединение с платой через BNC T-коннектор
• количество ПК на сегмент - 30 (включая репитеры)
• минимальное расстояние между узлами - 0,5 м
• кабель используется RG-58.

Схема сети на тонком коаксиале (топология - шина):

Некоторые сетевые адаптеры позволяют увеличить длину сегмента до 200 м (сетевые адаптеры 3COM - до 300 м).
Для соединения сегментов сети используется правило 5-4-3(-2): сеть на тонком Ethernet может состоять максимум из:

• 5 сегментов кабеля
• 4 повторителя, соединяющих сегменты
• 3 сегмента из них используются для подключения ПК
• 2 сегмента связывают повторители.

Тогда общая длина сети достигает 925 метров. Общее число ПК - до 1024.

4.2. 10 BASE 5.

Стандартный Ethernet на толстом коаксиале. Используется кабель RG-8 - желтый Ethernet (с посеребренной центральной жилой и двойной экранирующей оплеткой). Топология - шина. Используется в качестве магистрального сегмента - главный кабель, к которому подключаются трансиверы с подключенными к ним рабочими станциями и повторителями. Максимальная длина сегмента - 500 м. Трансиверы соединены с сегментом, т.е. расположены на кабеле (прокалываются). Максимальное расстояние между ПК и трансивером - 50 м. Минимальное расстояние между трансиверами - 2,5 м. При последовательном соединении сегментов действует правило 5-4-3. При этом не берется в расчет длина трансиверного кабеля. Максимальное количество ПК на сегмент - 100. Максимальная общая длина сети - 2500 м. Общее количество ПК - 1024.

Многопортовый трансивер.

Схема сегмента сети на базе толстого коаксиала и многопортовых трансиверов.

Многопортовые трансиверы могут иметь до 8 портов для подключения адаптеров и допускают одноуровневое каскадирование.
Схема соединения сегментов по правилу 5-4-3.

Для передачи электрического сигнала между двумя точками, необходимо организовать замкнутую электрическую цепь, соединяющую передатчик и приемник.
Сигналы по проводам могут передаваться в потенциальном и токовом виде.
Потенциальный вид - информативным является уровень напряжения сигнала, переданный передатчиком, и полученный приемником.
Потенциальная передача может быть:

• асимметричной - один из проводов, соединяющих узлы назначается общим - его потенциал относительно земли остается более или менее постоянным. Информативным является потенциал на сигнальном проводе, относительно общего провода (+5В). Под влиянием помех импульс искажает сигнал в ту или иную сторону и приемник может его не определить (Ethernet на коаксиале).
• симметричная (дифференциальная балансная) - оба провода сети являются равноправными, а информативна разность потенциалов между ними (+5В, -5В, разность потенциалов +10В). Передатчик для обоих проводов генерирует симметричные сигналы, а приемники имеют симметричные входы. Влияние помех не так сказывается как на коаксиале, т.к. импульс помехи меняет одинаково сигнал в обоих проводах, но разность потенциалов не меняется.

Токовый вид - информативным является наличие или отсутствие тока в цепи.
У сетей, построенных на токовом интерфейсе не высокая пропускная способность (до 10 Кбит/сек), но обеспечивается большая дальность связи (до нескольких км)
В локальных вычислительных сетях большее применение получил способ передачи сигнала с потенциальным представлением сигнала.

4.3. Структура кабеля на витой паре.

Неэкранированная витая пара (UTP - Unshielded Twisted Pair) - кабель заключен в общий экран, но пары не имеют индивидуальных экранов.

Общий экран может состоять из фольги и/или оплетки.

Экранированная витая пара (STP) имеет множество разновидностей, но каждая пара обязательно имеет свой экран.

4.4. Категории витой пары.

Категория определяет частотный диапазон, в котором ее применение эффективно.

Устойчивость кабеля к перекрестным помехам.
Перекрестные помехи - электрические наводки, вызванные сигналами в смежных проводах.
Каждая пара имеет свой шаг скрутки, отличающийся от соседних. Этим обеспечивается снижение взаимной индуктивности и емкости проводов пара, а следовательно и снижения перекрестных наводок. От шага скрутки зависят и волновые характеристики пары (скорость распространения сигнала, его затухание, волновое сопротивление).
Переменный шаг скрутки для каждой пары выравнивает усредненные параметры пар при сохранении допустимого уровня перекрестных помех.
Кабель может быть одножильным и многожильным (гибким), состоящим из 7 проволочек.
Одножильный кабель имеет лучшие и более стабильные характеристики.
Его применяют для стационарной проводки, которая составляет наибольшую часть в линиях.
Многожильный кабель применяют для соединения оборудования (абонентского и телекоммуникационного) со стационарной проводкой и коммутационных шнуров.
Для многопарных кабелей стандартизирована цветовая маркировка проводов. Каждая пара имеет условно-прямой (Tip) и обратимый (Ring) провод. Соединительная аппаратура обеспечивает возможность подключения к кабелям, т.е. предоставляет кабельные интерфейсы.
Для витой пары применяются коннекторы:

• неразъемные (для STP-кабеля)
• разъемные - стандартизованные модульные соединители (RJ-11, RJ-45)

Большинство коннекторов устанавливаются без применения пайки. По принципу обеспечения контакта коннекторы относятся к классу IDC (соединитель, смещающий изоляцию). Для оконцовки, изоляция с проводов снимается - она смещается во время заделки самими ножами контактов коннектора.

Модульные соединители RJ-11 и RJ-45.
Модульные соединители: Modulas Plug (вилка) 8P8C/6P4C, Modulas Jack (гнездо, розетки).
Являются наиболее употребительными разъемами для 1, 2, 3, 4-х кабелей UTP категорий 3-6.
RJ-45 - 8 контактов (8P8C)
RJ-11 - 6 контактов (6P4C)

Назначение контактов стандартизировано.
Наиболее часто используется 2 варианта раскладки проводов: T568A и T568B для 8-позиционных соединителей.
При монтаже кабельной системы должна использоваться одна из указанных раскладок во всех соединителях.
Совмещение стандартов не допустимо.
Раскладка T568A.

Раскладка T568B.

T568A

T568B

Прямой кабель - контакты 1-8 на одном конце, соединяются с контактами 1-8 на другом. Оба конца имеют однотипные вилки. Контакты 1, 3, 5, 7 - для бело/… проводов (Tip). Контакты 2, 4, 6, 7 - для одноцветных проводов (Ring).
Используются при соединении узлов через hub (повторитель).
Схема прямого провода.

Перекрестный кабель или кросс-кабель используется для соединения 2-х узлов непосредственно (без повторителя).
Схема соединения двух ПК:

Упрощенная схема:

Модульные вилки.

Модульные вилки различных категорий внешне могут почти не отличаться друг от друга, но иметь разную конструкцию.
Вилки для категории 5 могут иметь сепаратор, надеваемый на провода до сборки и обжима разъема, что позволяет сократить длину расплетенной части кабеля (max 13 мм) и облегчить раскладку проводов.
Сепаратор может быть отдельным или встроенным.
Контакты (1) при обжиме врезаются в провода сквозь изоляцию. Форма контактов может быть разной:

1. Игольчатые контакты - для многожильного кабеля (иголки втыкаются между жилами проводов)
2. "Обнимающие контакты" - для одножильного кабеля

Бывают вилки, универсальные для любого кабеля.
Во время обжима вдавливается и выступ (3), фиксирующий кабель (ту часть, которая в чулке).
Фиксатор (2) служит для защелкивания вилки в розетке.
Резиновый колпачок (4) смягчает нагрузку на кабель в месте его выхода из вилки.
Вилки допускают одноразовую установку.
До установки, контакты у них приподняты над каналами для проводов и зажим для кабеля не продавлен. В таком положении в розетки они не входят.
Модульные розетки.

Розетка смонтирована на печатной плате, на которую устанавливаются и ножевые контакты для заделки проводов кабеля. На плате имеются реактивные элементы, выполненные печатным способом и согласующие волновое сопротивление в линии. Без этих элементов на высокоскоростных технологиях (100 Мбит/сек) возможны проблемы, связанные с отражением сигналов от коннекторов.
По исполнению и способу крепления розеток существует множество вариантов, которые можно разделить на:

• фиксированные конфигурации
• наборные (модульные) системы

Розетки, фиксированной конфигурации - настенные на одно или два однотипных гнезда или блоки по 4, 6 или 8 розеток. Обычно крепятся за печатную плату, на которой они смонтированы.
В розетках для наборных блоков несущим является пластмассовый корпус розетки, и для крепления используются зацепы этого корпуса.
Правильный монтаж и ошибки для модульных соединителей витой пары.

Аксессуары кабельных систем:

• патч-панель (корд-панель, кросс-панель, коммутационная панель). Ширина обычно - 19" (483 мм). Рассчитана на 24 порта. Применяется для облегченного варианта раскладки проводов - все четыре пары укладываются на одну сторону. Провода забиваются ударным инструментом.
  
  
• стойки и шкафы (19"). Металлические. Могут быть настенными или напольными. На них монтируют распределительные и коммутационные панели. С фронтальной стороны они поддерживают коммутационные и сетевые шнуры, с внутренней - кабели стационарной проводки.
• короба - основания, в которые вкладывают кабель, и съемная крышка. Изготавливается из пластмассы или алюминия. Устанавливаются по периметру помещения. Более 70 мм считаются широкими. В них же устанавливаются питающие розетки. Короба меньшего сечения только для кабеля. Коробки розеток рядом. Профили и размеры коробов разнообразны.

Схема сети на витой паре.

0 - сетевая карта в ПК с гнездом RJ-45.
1 - кордшнур (многожильный) от сетевой карты к розетке.
2 - розетка (может быть групповой)
3 - стационарный кабель.
4 - стойка коммутационная.
5 - кордшнур к хабу.
6 - хаб (повторитель)
7 - коммутационные панели
Стационарный кабель - не более 100 м.
Кабель UTP имеет охранную зону - 1 м, внутри которой возможен бесконтактный съем информации.
Для кабеля STP, при качественном выполнении проводки и заземления для съема информации необходимо прямое подключение.
Технологии Ethernet на витой паре.
10 Base-T
100 Base-T - Fast Ethernet
1000 Base-T - Gigabit Ethernet

4.5. 10 Base-T.

10 Base-T - появилась в 1990 г. на базе стандарта IEEE 802.3. Предназначена для построения сети на базе витой пары. Большинство сетей строится в виде звезды, но по способу передачи сигнала - шина. Используемый концентратор - многопортовый повторитель. Количество портов может быть до 32-х. Для подключения узла к повторителю используются 2 пары проводов: одна для приема, другая - для передачи. Подключение узла к повторителю выполняется с помощью сегмента кабеля длиной не более 100 м. Минимальная длина кабеля - 2,5 м. Хаб подключается к сети питания и должен находиться возле розетки. Хабы объединяются, подключаясь друг к другу через RJ-45 и получая каскадную структуру.
Правила подключения должны быть следующими:

1. Не должно быть закольцованных путей
2. Между любыми двумя узлами должно быть не более 4-х хабов.

Многие хабы имели дополнительные разъемы для подключения тонкого и толстого коаксиала, т.е. к сегменту сети на витой паре можно подключить сегмент на коаксиале.
Для соединения 2-х хабов используется специальный порт Up-Link, в котором были перекоммутированы пары передачи и приема.
При соединении 2-х хабов через обычные порты должен использоваться либо кросс-кабель, либо может быть специальная кнопка, по нажатию которой выполняется перекоммутирование пар.
100 Base-T - расширение существующего стандарта. Разделяется на две подтехнологии:
100 BASE-TX - используется кабель 5 категории. При этом может быть UTP или STP с двумя парами проводов.
100 BASE-T4 - используется UTP кабель 3 категории с 4-мя парами проводов.
Повторители Fast Ethernet.

Повторители занимают место, отведенное в шинной топологии кабелю и T-образному соединителю. Каждый узел подсоединяется к повторителю отдельным кабелем. Внутри повторителя - цифровая шина, к которой через порты повторителя присоединяются все узлы. Внутренняя цифровая шина занимает место коаксиала в шинной сети. Порты повторителя выполняют те же функции, что и повторители шинной сети., только у повторителя их не 2, а до 32 портов.
Главное преимущество повторителей Fast Ethernet - их интеллектуальность. Они могут контролировать каждое соединение в сети и выполнять еще целый ряд функций.