Podział sieci komputerowych w zależności od rozmiaru.
Najbardziej ogólny podział sieci komputerowych odbywa się na podstawie rozmiaru sieci:
LAN (Local Area Network) - sieć lokalna, najczęściej obejmuje jedno przedsiębiorstwo i łączy użytkowników zgromadzonych na niewielkim obszarze (kilka budynków), wykonana w jednej technologii (np.: Ethernet, Token Ring)
MAN (Metropolitan Area Network) - sieć miejska, łączy oddzielne sieci LAN na przestrzeni jednego miasta. Przykładowo sieć Lodman.
WAN (Wide Area Network) - sieć rozległa łącząca ze sobą sieci MAN na terenie jednego kraju. Przykładowo sieć Pol34.
Internet - tzw. "sieć sieci", łączy ze sobą wszystkie rodzaje sieci.
Topologie sieci komputerowych
Topologia sieci to zbiór reguł fizycznego łączenia i reguł komunikacji poprzez dany nośnik sieci (medium transmisyjne). W zależności od wybranej topologii sieci istnieją konkretne specyfikacje dotyczące kabli, złączy i standardów komunikacji komputerów ze sobą.
Topologia fizyczna
Termin topologia fizyczna odnosi się do sposobu okablowania sieci. Przedstawia sposób łączenia hostów (komputerów) z medium transmisyjnym . Zalety i wady topologii fizycznych zostaną przedstawione w rozdziale dotyczącym rodzajów nośników stosowanych w Ethernecie.
Topologia magistrali jest stosowana przy łączeniu komputerów za pomocą przewodu koncentrycznego. Hosty dołączane są do jednej wspólnej magistrali, za pomocą „odczepów” w przebiegu przewodu.
Topologia magistrali.
Topologia gwiazdy jest stosowana przy łączeniu komputerów za pomocą kabla dwużyłowego skręcanego. Hosty (komputery) podłączane są najczęściej do koncentratora (rzadziej przełącznika). Cechą odróżniającą od topologii magistrali jest łączenie za pomocą jednego przewodu tylko dwóch urządzeń sieciowych.
Topologia gwiazdy.
Topologia pierścieniowa jest stosowana przy łączeniu komputerów ze sobą za pomocą kabla światłowodowego. Najczęściej stosuje się obwód dublujący, ponieważ w przypadku przerwania pierwszego pierścienia komputery tracą ze sobą kontakt i zadania komunikacji przejmuje pierścień dublujący. Topologia ta jest stosowana w sieciach Token Ring.
Topologia drzewa (zwana również topologią rozproszonej gwiazdy) jest utworzona z wielu magistrali liniowych połączony łańcuchowo. Na początku jedną magistralę liniową dołącza się do huba, dzieląc ją na dwie lub więcej magistral. Proces dzielenia można kontynuować, tworząc dodatkowe magistrale liniowe wychodzące z magistral odchodzących od pierwszej magistrali, co nadaje topologii cechy topologii gwiazdy.
Topologia pierścień-gwiazda
Topologia ta łączy atrybuty topologii gwiazdy i pierścienia. Centralnym punktem tak skonfigurowanej sieci jest pierścień, nazywany również centrum okablowania. Centra okablowania mogą znajdować się w jednym miejscu sieci (w koncentratorze) lub mogą być rozproszone w wielu miejscach (wiele koncentratorów połączonych ze sobą przy użyciu złączy oznaczonych jako ring-in - wejście oraz ring-out - wyjście pierścienia), ale muszą tworzyć pełne połączenie fizyczne. Jeśli centrum okablowania zostaje przerwane to sieć przestaje działać. Węzły sieci dołącza się do pierścienia (za pomocą kabla z dwoma przewodami) i
Stacja Stacja robocza robocza
Serwer plików
tworzą one gwiaździsty element topologii. Zaletą takiej konfiguracji jest to, że odłączenie węzła nie powoduje awarii sieci. W momencie dołączania nowej stacji nie trzeba przerywać pracy sieci. Wadą tej konfiguracji jest znaczne zwiększenie długości kabla w porównaniu z konfiguracją pierścieniową.
Topologia gwiazda-magistrala.
Jest to konfiguracja sieci, w której grupy stacji roboczych, połączonych w gwiazdy, podłączone są do odcinków kabli głównych, stanowiących magistralę.
Topologia logiczna
Topologia logiczna opisuje reguły komunikacji, z których powinna korzystać każda stacja przy komunikowaniu się w sieci. Poza połączeniem fizycznym hostów i ustaleniem standardu komunikacji, topologia fizyczna zapewnienia bezbłędną transmisję danych.
Topologia fizyczna jest ściśle powiązana z topologią logiczną. Przykładowo, specyfikacja Ethernet umożliwia wykorzystanie topologii fizycznej gwiaździstej lub magistrali, ale nie umożliwia zbudowania sieci w oparciu o topologię pierścieniową.
Topologie logiczne definiowane są przez IEEE (Institute of Electrical and Eletronic ngineers). Jest to organizacja typu nonprofit skupiająca profesjonalistów. Jednym z podstawowych jej zadań jest ustalanie standardów konstrukcji, pomiarów itp. dla urządzeń elektronicznych, w tym standardów dla urządzeń i formatów komputerowych. Najczęściej spotykane specyfikacje sieci komputerowej to:
IEEE 802.3 10Mb Ethernet
IEEE 802.3u 100Mb Ethernet
IEEE 802.3x Full Duplex Ethernet
IEEE 802.3z Ethernet 1Gb
IEEE 802.5 Token Ring
IEEE 802.11 Wireless LANs
IEEE 802.12 100VG-AnyLAN
IEEE 802.14 Cable Modem
W sieciach typu Ethernet można stosować różnorodne rodzaje mediów transmisyjnych. Ich
wybór opiera się o kilka cech, które należy rozważyć projektując sieć:
wymagania szerokości pasma aplikacji i użytkownika,
perspektywy rozwoju sieci,
odległości między systemami komputerów,
środowisko geograficzne (kabel, transmisja radiowa lub satelitarna),
wymagana tolerancja błędu – zdolność sieci do funkcjonowania pomimo poważnej awarii, najczęściej jest funkcją topologii sieci,
środowisko – rodzaj i moc zakłóceń generowanych przez otoczenie, cena.
Standard |
Norma – rok ogłoszenia |
Szybkość |
Topologia |
Rodzaj medium transmisyjnego |
Maks. długość segmentu w m. |
|
Half- Duplex |
Full- Duplex |
|||||
10Base5 |
DIX-1980, 802.3- 1983 |
10Mb/s |
Magistrala |
pojedynczy 50W przewód koncentryczny (gruby Ethernet) o średnicy 10mm |
500 |
n/a |
10Base2 |
802.3a- 1985 |
10Mb/s |
Magistrala |
pojedynczy 50W przewód koncentryczny (cienki Ethernet RG58) o średnicy 5mm |
185 |
n/a |
10Broad36 |
802.3b- 1985 |
10Mb/s |
Magistrala |
pojedynczy 75 przewód szerokopasmowy |
1800 |
n/a |
FOIRL |
802.3d- 1987 |
10Mb/s |
Gwiazda |
dwa włókna optyczne |
1000 |
>1000 |
1Base5 |
802.3e- 1987 |
1Mb/s |
Gwiazda |
dwie skręcone pary przewodów telefonicznych |
250 |
n/a |
10Base-T |
802.3i- |
10Mb/s |
Gwiazda |
dwie pary kategorii Cat-3 UTP |
100 |
100 |
dwa włókna optyczne |
2000 |
>2000 |
dwa włókna optyczne |
2000 |
n/a |
dwa włókna optyczne |
1000 |
n/a |
dwie pary kategorii Cat-5 UTP |
100 |
100 |
dwa włókna optyczne |
412 |
2000 |
cztery pary kategorii Cat-3 UTP |
100 |
n/a |
cztery pary kategorii Cat-3 UTP |
100 |
100 |
laser długofalowy (1300nm) przez: |
316 316 316 |
550 550 5000 |
laser krótkofalowy (850nm) przez: |
275 316 |
275 550 |
ekranowany kabel miedziany |
25 |
25 |
cztery pary kategorii Cat-5 UTP |
100 |
100 |
Tabela norm IEEE dotyczących sieci Ethernet .
Przewód koncentryczny
Technologia oparta na kablu koncentrycznym przechodzi do historii. Obarczona jest ona wieloma wadami (omówię je w dalszej części rozdziału), które powodują rezygnowanie z jej stosowania.
Wyróżnia się trzy rodzaje kabla koncentrycznego:
Ethernet gruby – 10Base-5 (Thick Ethernet) oznaczenie kabla RG-8 i RG-11, o impedancji falowej 50 omów i grubości 1/2", praktycznie wyszedł z użycia, czasem stosowany jako rdzeń sieci (max. odległość między stacjami do 500m).
Ethernet cienki – 10Base-2 (Thin Ethernet) oznaczenie kabla RG-58, o impedancji falowej 50 omów i grubości 1/4", powszechnie stosowany w małych sieciach lokalnych (przy połączeniu 2 komputerów max. odległość między nimi to185m). Czasem jeszcze spotyka się tą technologię w praktycznych zastosowaniach.
Arcnet o impedancji falowej 93 omy i grubości 1/3"(max. odległość między końcami sieci do 300m).
Kable koncentryczne powinny być zakończone terminatorami (specjalne końcówki o rezystancji dostosowane do impedancji falowej kabla).
Zalety kabla koncentrycznego:
- ze względu na posiadaną ekranizację, jest mało wrażliwy na zakłócenia i szumy, - jest tańszy niż ekranowany kabel skręcany,
- nadaje się do sieci z przesyłaniem modulowanym ( szerokopasmowym )
- zapewnia większe prędkości niż nie ekranowany kabel skręcany
Wady kabla koncentrycznego:
- ograniczenie szybkości do 10Mbit,
- niewygodny sposób instalacji (duże łącza, terminatory, łączki T, duża grubość i niewielka elastyczność kabla),
- słaba skalowalność (problemy z dołączeniem nowego komputera),
- niska odporność na poważne awarie (przerwanie kabla unieruchamia dużą część sieci),
- trudności przy lokalizowaniu usterki,
Źródło transmisji Elektryczne |
Współpracujące topologie 10Mb Ethernet |
Maksymalna długość segmentu 185 m |
Minimalna długość kabla 0,5 m |
Maksymalna liczba stacji 30 na jeden segment kabla |
Maksymalna liczba segmentów 5 powtórzonych segmentów, z których tylko 3 są wypełnione |
Maksymalna całkowita długość sieci 925 m |
Parametry kabla Thinnet .
Praca z kablem koncentrycznym
W odróżnieniu od nieekranowanego kabla skręcanego, który jest zasadniczo taki sam dla wszystkich typów lokalnych sieci komputerowych, różne typy sieci wykorzystujące kabel koncentryczny wymagają różnych rodzajów tego kabla.
Kabel koncentryczny używany w sieci Ethernet nie jest kompatybilny z kablem z sieci ARCNET, i na odwrót.
Kabel koncentryczny jest najczęściej określany przez wojskowy numer specyfikacyjny rozpoczynający się od liter RG: np. RG-58A/U, RG-62/U, itd. Kable o różnych numerach RG mają różne charakterystyki fizyczne i elektryczne.
Jeśli planujesz zastosowanie kabla koncentrycznego, upewnij się, że wybrany typ kabla jest odpowiedni dla danego sprzętu sieciowego. Sieć ARCNET wykorzystuje kabel RG-62/U. Sieć Ethernet wykorzystuje albo cienki kabel Ethernst (podobny do RG-S8A/U) albo gruby kabel Ethernet. Gruby kabel Ethernet jest specjalną odmianą kabla RG-8/U. Gruby kabel Ethernet jest czasem nazywamy kablem żółtym ze względu na to, że najczęściej ma żółty lub pomarańczowy kolor.
Najpopularniejszym typem złącznika używanym do łączenia cienkich kabli koncentrycznych
(takich jak cienki Ethernet lub RG-62/U) jest złącznik BNC. Złączniki takie umożliwiają szybkie łączenie i rozłączanie. Dostępne są trzy typy złączników BNC: obciskane, sworzniowe i śrubowe. Złączniki obciskane dają najlepsze połączenia i powodują najmniej kłopotów w eksploatacji.
W technologii 10Base-2 kolejne odcinki kabla łączymy w topologii magistrali za pomocą końcówek BNC.
Kable koncentryczne powinny być zakończone terminatorami (specjalne końcówki o rezystancji 50 Om dostosowanej do impedancji falowej kabla), z czego jeden z nich powinien być uziemiony (podłączony krótkim łańcuszkiem do obudowy komputera).
Schemat fizycznego łączenia komputerów w technologii 10Base-2.
W takim połączeniu potrzebne są różne dodatkowe elementy: terminatory, łączniki T, łącza
BNC.
Skrętka UTP
Po kilku latach opracowano i wprowadzono nowy typ kabla, tzw. skrętkę nieekranowaną (UTP ang. Unshielded Twisted Pair)
Pojawiły się nowe możliwości
– stosowania przejściówek (adaptery, baluny)
–unifikacja połączeń – stosowanie jednego typu kabli i gniazdek dla wielu typów urządzeń Pojawiła się potrzeba łatwego, sprawnego sposobu łączenia kabli UTP w punktach rozdzielczych (gniazdach, do których podłączano terminale). Dlatego zastosowano połączenia krosowe
–zastosowano technologię gniazd typu RJ45 dla umożliwienia połączeń krosowych –umożliwiło to połączenie portów urządzeń terminalowych z portami punktów dystrybucyjnych
Pozwoliło to zapewnić łatwą i szybką lokalizacje oraz naprawę ewentualnych uszkodzeń
Istnieją trzy rodzaje nie ekranowanego kabla skręcanego: - zgodny ze specyfikacją DIW firmy AT&T
- zgodny ze specyfikacją 10 BASE T
- zgodny ze specyfikacją Type 3 firmy IBM
Aktualnie najpopularniejszym środkiem transmisji stał się nie ekranowany dwuparowy kabel skręcany (UTP - Unshielded Twisted-Pair cable) – 10Base-T.
Kategorie nie ekranowanego kabla skręcanego dla aplikacji klasy C:
- głos i dane małej jakości (np.: modem)
- transmisja do 10 Mbps (max. dł. 100 m) - transmisja do 16 Mbps (max. dł. 150 m) - transmisja do 100 Mbps (max. dł. 160 m)
CAT 1 & 2
CAT 3
CAT 4
CAT 5
Aplikacje klasy C są to aplikacje dotyczące danych o dużej częstotliwości do 16MHz. Zalety skrętki:
- jest najtańszym medium transmisji (jeśli chodzi o cenę metra, bez uwzględniania dodatkowych urządzeń)
- wysoka prędkość transmisji (do 1000Gb/s),
- łatwe diagnozowanie uszkodzeń,
- łatwa instalacja,
- odporność na poważne awarie (przerwanie kabla unieruchamia najczęściej tylko jeden komputer)
- jest akceptowana przez wiele rodzajów sieci,
Wady skrętki:
- niska prędkość transmisji
- niższa długość odcinka kabla niż w innych mediach stosowanych w Ethernecie,
- mała odporność na zakłócenia (skrętki nie ekranowanej),
- niska odporność na uszkodzenia mechaniczne – konieczne jest instalowanie specjalnych listew naściennych itp.
Źródło transmisji Elektryczne |
Współpracujące topologie 10Mb, 100Mb i 1Gb Ethernet, FDDI, ATM |
Maksymalna długość kabla 100 m |
Minimalna długość kabla Brak |
Minimalna liczba stacji 2 na kabel |
Maksymalna liczba stacji 1024 na segment |
Maksymalna liczba Dla 10Mb: 5 powtórzonych segmentów, z których tylko 3 są segmentów wypełnione Dla 100Tx i 1Gb: 2 powtórzone segmenty |
Maksymalna średnica sieci Dla 100Mb – 205 m. Dla 10Mb – ok. 2000 m. |
Maksymalna całkowita 100 m długość segmentu |
Parametry kabla skręcanego .
Odporność kabla skręcanego na zakłócenia zwiększa się przez jego ekranowanie. Ekranowany kabel skręcany (STP) składa się z jednej lub więcej par przewodów miedzianych otoczonych ekranującą siatką lub folią, umieszczonych w izolacyjnej osłonie.
Standardy transmisji światłowodowych.
Najważniejszymi dla technologii światłowodowej, z naszego punktu widzenia, są:
10Base-FL – transmisja 10Mb/s. 100Base-FX – transmisja 100Mb/s.
1000Base-LX – transmisja 1000Mb/s, laser długofalowy – ok. 1300nm 1000Base-SX – transmisja 1000Mb/s, laser krótkofalowy – ok. 850nm
10Base-FL |
100Base-FX |
1000Base-LX |
1000Base-SX |
|
Szybkość transmisji |
10 Mb/s 20Mb/s full- duplex |
100 Mb/s 200 Mb/s full- duplex |
1000 Mb/s |
|
Rodzaj kabla |
MMF 62.5/125; długość światła 850nm. |
MMF 62.5/125; długość światła 1300nm. |
MMF 62.5/125 lub 50/125; SMF 10um; długość światła od 1270 do 1355 nm. |
MMF 62.5/125; długość światła od 770 do 860nm. |
Maksymalna długość segmentu |
2000 m. |
H-D: 412 m. F-D: 2000 m. |
H-D MMF i SMF: 316 m F-D MMF: 550 m SMF: 5000 m |
H-D 62.5/125: 275 m 50/125: 316 m F-D 62.5/125: 275 m 50/125: 550 m |
Maksymalna ilość transceiverów na segment |
2 |
2 |
2 |
2 |
Rodzaj łączy |
ST |
podwójny SC, dopuszczalny również ST oraz FDDI MIC |
podwójny SC |
podwójny SC |
Rodzaj kodowania |
Manchester encoding |
4B/5B |
8B/10B |
8B/10B |
Prędkości i odległości dla danego rodzaju okablowania |
|||||||
Typ |
10Base2 |
10Base5 |
10BaseT |
10BaseFL |
100BaseTX |
100BaseFX |
1000BaseT |
Media |
Cienki koncentryk |
Gruby koncentryk |
UTP kategorii 3,4,5,5e |
62.2/125 mikronowy światłowód wielomodowy |
UTP kategorii 5,5e |
62.2/125 mikronowy światłowód wielomodowy lub jednomodowy |
UTP kategorii 5,5e |
Maksymalna długość segmentu |
185 metrów |
500 metrów |
100 metrów |
2000 metrów |
100 metrów |
400/2000 metrów (nadawanie dwukierunkowe/przemienne) 10000 metrów |
100 metrów |
Prędkości |
10Mb/s |
10Mb/s |
10Mb/s |
10Mb/s |
100Mb/s |
100Mb/s |
1000Mb/s |
Normy:
Dostępne normy dotyczące sieci komputerowych.
269. PN-ISO/IEC 2382-25:1996 Technika informatyczna. Terminologia. Lokalne sieci komputerowe PN-EN 50083-5:2002
Sieci kablowe służące do rozprowadzania sygnałów: telewizyjnych, radiofonicznych i usług interaktywnych. Część 5: Urządzenia stacji głównej
PN-EN 50098-1:2001 Okablowanie informatyczne na terenie użytkownika. Część 1: Podstawowy dostęp do sieci ISDN
PN-EN 50098-1:2001/A1:2004 Okablowanie informatyczne na terenie użytkownika. Część 1: Podstawowy dostęp do sieci ISDN (Zmiana Al)
PN-EN 50098-2:2001 Okablowanie informatyczne na terenie użytkownika. Część 2: Dostęp pierwotny do sieci ISDN 2048 kbit/s i interfejs sieciowy łącza dzierżawionego
PN-EN 50117-4:2002 (IM) Kable współosiowe do sieci rozdzielczych. Część 4: Wymagania szczegółowe dla kabli rozdzielczych i magistralnych
PN-EN 81714-3:2002 (U) Projektowanie symboli graficznych stosowanych w dokumentacji technicznej wyrobów. Część 3: Klasyfikacja węzłów łączących, sieci oraz ich oznaczenia
PN-EN ISP 10609-2:1999 Technika informatyczna. Międzynarodowe znormalizowane profile TB, TC, TD i TE. Połączeniowa usługa transportowa oparta na połączeniowej usłudze sieciowej. Wymagania niezależne od typu podsieci dla grupy TC
PN-EN ISP 10609-3:2000 Technika informatyczna. Międzynarodowe znormalizowane profile TB, TC, TD i TE. Połączeniowa usługa transportowa oparta na połączeniowej usłudze sieciowej. Wymagania niezależne od typu podsieci dla grupy TD
PN-EN ISP 10609-4:2000 Technika informatyczna. Międzynarodowe znormalizowane profile TB, TC, TD i TE. Połączeniowa usługa transportowa oparta na połączeniowej usłudze sieciowej. Wymagania niezależne od typu podsieci dla grupy TE
PN-EN ISP 10612-1:1999 Technika informatyczna. Międzynarodowy znormalizowany profil RD. Przekaźnikowa usługa MAC stosująca transparentne mostkowanie. Wymagania niezależne od podsieci
PN-EN ISP 10612-2:2000 Technika informatyczna. Międzynarodowy znormalizowany profil RD. Przekazywanie usługi MAC z wykorzystaniem transparentnego mostkowania. Wymagania zależne od podsieci CSMA/CD LAN i od medium
PN-EN ISP 10612-3:2000 Technika informatyczna. Międzynarodowy znormalizowany profil RD. Przekazywanie usługi MAC z wykorzystaniem transparentnego mostkowania. Wymagania zależne od podsieci Token Ring LAN i od medium
PN-EN ISP 10613-1:2000 Technika informatyczna. Międzynarodowy znormalizowany profil RA. Przekaźnikowa usługa sieciowa bezpołączeniowa. Wymagania dla niezależnej podsieci
PN-ETS 300 007:1997 Sieć cyfrowa z integracją usług (ISDN). Obsługa terminala pakietowego w sieci ISDN
PN-ETS 300 104:1999 Sieć cyfrowa z integracją usług (ISDN). Wymagania dotyczące dołączenia urządzeń końcowych do sieci ISDN poprzez dostęp podstawowy. Zagadnienia warstwy 3
PN-ISO/IEC ISP 10608-4:2001 Technika informatyczna. Międzynarodowy znormalizowany profil TAnnnn. Połączeniowa usługa transportowa oparta na bezpołączeniowej usłudze sieciowej. Definicja profilu TA53, działanie na podsieci Token Ring LAN
PN-ISO/IEC ISP 10608-6:2001 Technika informatyczna. Międzynarodowy znormalizowany profil TAnnnn. Połączeniowa usługa transportowa oparta na bezpołączeniowej usłudze sieciowej. Definicja profilu TA54, działanie na podsieci FDDI LAN
PN-ISO/IEC ISP 10609-6:2001 Technika informatyczna. Międzynarodowe znormalizowane profile TB, TC, TD i TE. Połączeniowa usługa transportowa oparta na połączeniowej usłudze sieciowej. Definicja profili TC1111/TC1121
PN-ISO/IEC ISP 10609-7:2001 Technika informatyczna. Międzynarodowe znormalizowane profile TB7 TC, TD i TE. Połączeniowa usługa transportowa oparta na połączeniowej usłudze sieciowej. Definicja profili TD1111/TD1121
PN-ISO/IEC ISP 10613-2:2001 Technika informatyczna. Międzynarodowy znormalizowany profil RA. Przekaźnikowa usługa sieciowa bezpołączeniowa. Wymagania zależne od podsieci LAN, niezależne od medium LAN
PN-ISO/IEC ISP 10613-3:2001 Technika informatyczna. Międzynarodowy znormalizowany profil RA. Przekaźnikowa usługa sieciowa bezpołączeniowa. Wymagania zależne od podsieci LAN CSMA/CD, zależne od medium LAN
PN-ISO/IEC ISP 10613-4:2001 Technika informatyczna. Międzynarodowy znormalizowany profil RA. Przekaźnikowa usługa sieciowa bezpołączeniowa. Wymagania zależne od podsieci LAN FDDI, zależne od medium LAN