Компьютерные сети разделяются на лок&# 13313v2122n 1072;льные (в пределах здания или группы соседних зданий) и глобальные. В настоящее время в лок&# 13313v2122n 1072;льных сетях установи­лось практически полное господство технологии Ethernet с пропускной способно­стью 10,100 и 1000 Мбит/с, не за горами и скорость 10 Гбит/с. Из множества техно­логий и интерфейсов глобальных подключений здесь рассмотрим лишь интерфейс широко используется для подключения модемов. Других технологий - лок&# 13313v2122n 1072;льных ARCNet, Token Ring, l OOVG- Any LAN и беспроводных, а также глобальных касать­ся не будем. Как и Ethernet, они достаточно подробно описаны в литературе [3].

Ethernet

Технология Ethernet позволяет использовать различные среды передачи, для каждой из которой имеется стандартное название вида XBaseY, где X- скорость передачи, Мбит/с (10, 100, 1000...); Base - ключевое слово (обозначает немодулированную передачу); Y- условное обозначение среды передачи и дальности связи. Все совре­менные версии Ethernet используют кабель «витая пара» или оптоволок&# 13313v2122n 1086;нный и звез­дообразную топологию. Центральным устройством звезды может быть повторитель (он же хаб, hub) или коммутатор (switch). Возможно и двухточечное соединение Есть и экзотический вариант пассивной оптической шины lOBaseFP. Иногда в се­тях применяются конверторы среды передачи (media converter), преобразующие также применяют и конверторы одномодового оптоволок&# 13313v2122n 1085;а в многомодовое.

Для Ethernet со скоростью 10 Мбит/с существуют следующие стандарты.

♦ 10Base5 - сеть на толстом коаксиальном кабеле RG-8 (50 Ом) с шинной топо­логией, максимальная длина кабельного сегмента - 500 м. Для подключения сетевой адаптер должен иметь интерфейс AUI, подключаемый кабелем-спус­ком (4 экранированные витые пары) к трансиверу, установленному на кабеле. В настоящее время для новых сетей не применяется (дорого, громоздко, неэф­

Глава 10. Интерфейсы компьютерных сетей

10Base2 - сеть на тонком коаксиальном кабеле RG-58 (50 Ом) с шинной топо­логией, максимальная длина кабельного сегмента - 185 м. Для подключения сетевой адаптер должен иметь интерфейсный разъем BNC (или AUI с трансивером). Это самый дешевый (по оборудованию) вариант сети; перспектив на развитие нет.

WBaseT- фейсный разъем RJ-45 (или АШ с трансивером). Это эффективный вариант тегории 5 и выше позволяет переходить на скорости 100 и даже 1000 Мбит/с

WBaseF и FOIRL - сеть на оптоволок&# 13313v2122n 1086;нном кабеле (пара волок&# 13313v2122n 1086;н). Для под­ключения адаптер должен иметь интерфейс AUI, на который устанавливается оптический трансивер. Используются дешевые многомодовые трансиверы (дли­на волны - 850 нм) с дальностью до 1 км. Для дальних дистанций (десятки км на одномодовом волок&# 13313v2122n 1085;е) используются одномодовые трансиверы (1310 нм), которые могут работать и с многомодовым волок&# 13313v2122n 1085;ом (до 2 км).

Для сетей Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с существуют следующие стандарты.

100BaseTX - сеть на витой паре категории 5 и выше (2 пары проводов), длина луча - до 100 м. Сетевой адаптер подключается через разъем RJ-45. Это попу­лярный и оптимальный (цена/производительность) вариант подключения уз­ скорость 1000 Мбит/с (с заменой карт и концентраторов).

100BaseT4 - сеть на витой паре категории 3 и выше (4 пары проводов), длина луча - до 100 м. Разъем RJ-45, вариант малораспространенный.

100BaseFX - сеть на оптоволок&# 13313v2122n 1086;нном кабеле (пара волок&# 13313v2122n 1086;н). Используются одномодовые трансиверы (1310 нм), которые могут работать и с многомодо­вым волок&# 13313v2122n 1085;ом (до 2 км). Дальность в полнодуплексном режиме - десятки км.

lOOBaseSX - сеть на оптоволок&# 13313v2122n 1086;нном кабеле с дешевыми многомодовыми трансиверами (850 нм), дальность - до 300 м. Совместима с lOBaseF, поддер­живается автосогласование режима и скорости (10/100).

Для сетей Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с существуют следующие стан­дарты.

lOOOBaseCX - соединение активного оборудования коротким (до 25 м) кабе­лем STP или двухосевым кабелем.

lOOOBaseT - соединение витой парой категории 5 и выше (4 пары) на рассто­яние до 100 м. Разъемы RJ-45.

lOOOBaseSX - соединение по паре многомодовых волок&# 13313v2122n 1086;н, дальность - 200-500 м (в зависимости от параметров волок&# 13313v2122n 1085;а).

lOOOBaseLX - соединение по паре одномодовых волок&# 13313v2122n 1086;н, дальность - до 50 км (в зависимости от параметров трансиверов).

10.1. Стандарты и интерфейсы Ethernet_____ _______ ______ _________ 407

(в котором коллизий нет как таковых). Для 10-Мбитных сетей Ethernet должны

Для сетей Fast Ethernet ограничения жестче.

Число повторителей в домене коллизий - не более двух класса II, не более
одного класса I.

В Gigabit Ethernet применяются только коммутаторы, так что действуют только ограничения на длину соединений.

Для оптических соединений применяемые разъемы разнообразны: ST, SC, MT-RJ и другие. Коаксиальные разъемы для «толстого» и «тонкого» кабелей различны (серии «N» и BNC соответственно). Отметим, что каждый сегмент коаксиала дол­жен оканчиваться терминаторами 50 Ом и быть заземлен в одной точке. «Схем­ная земля» компьютера не имеет гальванической связи с экраном коаксиального разъема, так что следует избегать случайного касания BNC-разъемов с металли­

Для витой пары применяются разъемы RJ-45 (рис. 10.1), назначение контактов разъема сетевого адаптера (порт MDI) приведено в табл. 10.1. Порты концентра­торов lOBaseT, 100BaseTX и 100BaseT4 имеют тип MDIX, у них сигналы ТХ и RX поменяны местами. Для подключения конечных узлов к портам активного обору­дования (соединение портов MDI-MDIX, рис. 10.2, а) используется «прямой» кабель (рис. 10.3, а), для непосредственного соединения адаптеров (MDI-MDI, рис. 10.2, 6) или соединения двух коммуникационных устройств (MDIX-MDIX) применяют «перекрестный» кабель (рис. 10.3, б). В коммуникационных устрой­ствах, как правило, один из портов снабжают переключателем MDI-MDIX или

Разъем RJ-45 адаптера Ethernet

10BaseT/100BaseTX 100BaseT4 1000BaseTX

. Разъем RJ-45: a - вилка, б - розетка

Сеть 10BaseT/100BaseTX: а -звезда, б-двухточечное соединение

б

Интерфейсные кабели Ethernet: а - «прямой», б - «перекрестный»

10.1. Стандарты и интерфейсы Ethernet_____ _______ ______ __________ 409

В лок&# 13313v2122n 1072;льных сетях обычно используется кабельная проводка, состоящая из стацио­ «прямыми», так и «перекрестными». Заметим, что связи контактов 4, 5, 7 и 8 тре­буются только в 100BaseT4 и lOOOBaseTX, но для lOBaseT и 100BaseTX они не

В Gigabit Ethernet lOOOBaseTX применяются только «прямые» кабели. Универ­сальные порты совместимы с Fast Ethernet (поддерживают автосогласование). Если два порта Gigabit Ethernet соединить «перекрестным» кабелем, они свяжут­ся в режиме 100BaseTX.

Для приведенных выше реализаций Ethernet на витой паре предусмотрен прото­кол согласования режимов (autonegotiation), который исполняется каждый раз при установлении соединения после физического подключения и (или) инициализа­ оритеты режимов в порядке убывания: ЮООВазеТ, 100BaseTX полнодуплексный, 100BaseT4,100BaseTX полудуплексный, lOBaseT полнодуплексный, lOBaseT полу­ ях портов (например, Fast Ethernet 10/100), поддержка режима 100BaseT4 встре­

В стандарте Ethernet (10 Мбит/с) определен интерфейс AUI (Attachment Unit Interface - интерфейс устройства подключения), с помощью которого к адаптеру можно подключать трансивер (приемопередатчик) для любой среды передачи. коллизий. Назначение контактов интерфейса AUI приведено в табл. 10.2, здесь используется оазъем DB-15 (розетка на адаптере, вилка на трансивере).

Разъем AUI -интерфейса Ethernet Сигнал

В стандарте на Fast Ethernet фигурирует интерфейс МП (Media Independent Inter­face - интерфейс, независимый от среды передачи). В МП данные для приемника и передатчика передаются в некодированном виде по 4-битным параллельным шинам (с частотой синхронизации 2,5 и 25 МГц для скоростей 10 и 100 Мбит со­ответственно) или в последовательном коде (для 10 Мбит/с). В интерфейсе име­ управления SMI (см. п. 11.2), по которому можно общаться с управляющими ре­

Интерфейсы лок&# 13313v2122n 1072;льных сетей в ПК обеспечивают сетевые адаптеры, или сетевые интерфейсные карты (Network Interface Card, NIC). Адаптеры имеют переда­ющую и принимающую части, которые в случае поддержки полного дуплекса должны быть независимы друг от друга. Задача передающей части: по получении со стороны центрального процессора (ЦП) блок&# 13313v2122n 1072; данных и адреса назначения для преамбулу, CRC-код), делая повторные попытки в случае обнаружения коллизий. и на «неразборчивый» режим (promiscuous mode), в котором он будет принимать ошибок (длина кадра, корректность CRC). О приеме корректных кадров уведом­ляется центральный процессор и организуется передача кадра из лок&# 13313v2122n 1072;льного буфе­

Сетевые адаптеры для PC выпускаются для шин ISA, EISA, MCA, VLB, PCI, PC Card. Существуют адаптеры, подключаемые к стандартному LPT-порту PC; их пре­имущество - отсутствие потребностей в системных ресурсах (порты, прерывания и т. п.) и легкость подключения (без вскрытия компьютеров), недостаток - при обмене они значительно загружают процессор и не обеспечивают высокой скорос­ти передачи («потолок» - 10 Мбит/с). Есть адаптеры и для шины USB. Сетевые

данных между лок&# 13313v2122n 1072;льной памятью адаптера и системной памятью компьютера, а также от возможности параллельного выполнения нескольких операций. В каче­стве «средств доставки» используются каналы прямого доступа к памяти (DMA), программный ввод-вывод (РЮ), прямое управление шиной. Стандартные 8-бит­ные каналы прямого доступа шины ISA способны развивать скорость до 2 Мбайт/с, 16-битные - до 4 Мбайт/с. Кадр максимальной длины (1514 байт) они переда­ют примерно за 1,3 или 2,6 мс соответственно. По сравнению с 12 мс, требуемыми для передачи кадра в среде Ethernet, это время относительно невелико. Однако для Fast Ethernet, где тот же кадр в среде передается за 1,2 мс, такая транспорти­ интеллектуальные адаптеры с прямым управлением шиной (bus mastering) ISA/ EISA, сочетающие относительно высокую скорость (до 8 Мбайт/с ISA 16 бит и до 33 Мбайт/с EISA). Однако для скорости 100 Мбит/с производительности шины ISA уже недостаточно. На сегодняшний день широко применяются адаптеры шины PCI, где для 32-разрядного интерфейса при частоте 33 МГц пропускная способность достигает 132 Мбайт/с. Но для технологии Gigabit Ethernet и этого только-только хватает, правда, у PCI есть резервы: переход на частоту 66 МГц и разрядность 64 бит, что позволяют далеко не все системные платы. Особенно эф­фективны активные адаптеры, имеющие собственный процессор, для шины PCI. Они выполняют передачи на полной скорости PCI, практически не загружая цен­ выполнение операций подразумевает поддержку полного дуплекса - полную На производительность адаптера для ISA/EISA влияет и объем буферной памяти: шины применяют буферную память объемом до 64 Кбайт, которую делят между чика. Для шины PCI при эффективных средствах доставки (интеллектуальное прямое управление шиной) для скорости 100 Мбит/с большой буфер не нужен -

Глава 10. Интерфейсы компьютерных сетей

достаточно по 2 Кбайт на приемник и передатчик. Однако адаптеры Gigabit Ethernet опять снабжают буфером значительного размера (256 Кбайт).

ит - они могут стать узким местом сети и «пожирателями» ресурсов ЦП.

широко применяются адаптеры, программно совместимые с картами NE2000 - 16-битными неинтеллектуальными картами для шины ISA разработки Novell-Eagle. Совместимость с этой моделью имеют и ряд карт для шины PCI. Наиболее удобны и популярны двухскоростные карты 10/100 Мбит/с - для их подключе­ колодку для установки Boot ROM, современные модели часто обеспечивают воз­можность «пробуждения» по сети (remote wake up), поддерживают интерфейс DMI и ACPI. Для этого они имеют специальный дополнительный 3-проводный интерфейс - кабель с коннектором, подключаемый к системной плате. По этому жение (линия +5VSB), даже когда основное питание на системную плату и все ма, которая настроена на прием кадра специфического формата (Magic Packet) no ние блок&# 13313v2122n 1072; питания; компьютер включается и загружается ОС с поддержкой DMI. Теперь администратор может выполнить все запланированные действия, а по

должны иметь высокопроизводительную шину - сейчас используют PCI32/64 бит 33/66 МГц, раньше в серверах часто применяли шину EISA или МСА. Для серверных карт критична загрузка ЦП при обмене данными, поэтому эти карты наделяют интеллектом для прямого управления шиной и па­ приоритизацию трафика по 802.1р, фильтрацию многоадресного трафика, поддерж­ку ВЛС с маркированными кадрами (tagged VLAN), Fast IP, аппаратный подсчет контрольных сумм IP-пакетов. Поддержка ВЛС позволяет серверу, подключен­ному одной линией к коммутатору, быть членом нескольких ВЛС, определенных на всей лок&# 13313v2122n 1072;льной сети. Для повышения надежности серверные карты могут под­держивать резервирование линий (Resilient Link) - резервный адаптер и линия вающиеся» драйверы (Self-Healing Drivers) в случае обнаружения проблем функ-

413

SNMP и RMON. Для серверов выпускаются и многопортовые (как правило, на 4 порта) адаптеры, конфигурируемые как для раздельного независимого исполь­зования, так и для резервирования друг друга. Такие карты позволяют экономить слоты PCI (для шины EISA проблема экономии слотов не была острой). Типовая скорость для серверных карт на сегодняшний день - 100 Мбит/с, производитель­ность Gigabit Ethernet может быть востребована лишь очень мощными серверами.

BNC - коаксиальный разъем для подключения к сегменту сети 10Base2;

AUI - розетка DB-15 для подключения внешних адаптеров (трансиверов)
lOBaseS, 10Base2, lOBaseT, lOBaseF, FOIRL;

RJ-45 - 8-контактное гнездо для подключения кабелем «витая пара» к концен­тратору (хабу или коммутатору) lOBaseT, 100BaseTX и/или 100BaseT4;

SC (пара), иногда ST - оптические разъемы для подключения к концентрато­рам 100BaseFX, lOOOBaseSX, lOOOBaseLX.

Для 10-мегабитных адаптеров характерны сочетания BNC+AUI или RJ-45+AUI, наиболее универсальные «Combo» имеют полный 10-мегабитный набор BNC/AUI/ RJ 45. Первые модели карт на 10 и 100 Мбит/с имели пару разъемов RJ-45 - каж­дый для своей скорости. При наличии нескольких разных разъемов (например, BNC и RJ-45) одновременно они не используются - адаптер не может работать в качестве повторителя. Большинство современных адаптеров имеют один разъем RJ-45 и поддерживают два стандарта - lOBaseT и 100BaseTX. Многопортовые серверные карты имеют несколько независимых адаптеров, каждый со своим интерфейсом.

- как правило, 4-32 смежных адреса из области, адресуемой 10-битным (для шины ISA) или 16-битным (EISA, PCI) адресом.
Используется для обращения к регистрам адаптера при инициализации, теку­
щем управлении, опросе состояния и передаче данных.

- одна линия (IRQ3,5,7,9,10,11,12 или 15), возбуждаемая по приему кадра, адресованного данному узлу, а также по окончании передачи кадра

(DMA) используется в некоторых картах
ISA/EISA; для прямого управления (bus mastering) шины ISA пригодны толь­ко 16-битные каналы 5-7.

(adapter RAM) адаптера - буфер для передаваемых и при­нимаемых кадров - для карт ISA обычно приписывается к области верхней памяти (UMA), лежащей в диапазоне AOOOOh-FFFFFh. Карты PCI могут рас­полагаться в любом месте адресного пространства, не занятого оперативной

Глава 10. Интерфейсы компьютерных сетей

Постоянная память (adapter ROM) - область адресов для модулей расшире­
ния ROM BIOS, 4/8/16/32 Кбайт в диапазоне COOOO-DFFFFh. Используется для установки ПЗУ удаленной загрузки (Boot ROM) и антивирусной защиты.

системных ресурсов PC и выбор среды передачи. Конфигурирование, в зависимо­сти от модели карты, может осуществляться разными способами.

ется на адаптерах первых поколений шины ISA. Для выбора каждого ресурса, а также среды передачи имеется свой блок джамперов.

С помощью энергонезависимой памяти конфигурации (NVRAM, EEPROM),
установленной на карте с шиной ISA. Эти карты не имеют джамперов (jumperless),
но конфигурируются вручную. Для конфигурирования требуется специальная

шиной EISA или МСА, и системной памяти конфигурирования устройств (ESCD для EISA). Конфигурирование ресурсов осуществляется пользователем с по­мощью системной утилиты ECU (EISA Configuration Utility) для шины EISA.

Автоматическое - PnP для шин ISA и PCI. Распределение ресурсов осуществ­ляется на этапе загрузки ОС.

тическим. В ряде случаев имеет смысл делать явные назначения, чтобы избегать сюPnPизов излишней автоматизации. Эти сюPnPизы, как правило, порождаются корректно. Для некоторых моделей карт с интерфейсом 10Base2 (BNC-разъем) предлагается расширенный режим, увеличивающий дальность связи до 305 м про­тив штатных 185. При необходимости длинных сегментов этим режимом можно воспользоваться, но при условии, что он имеется и включен во всех картах данно­ настройки - оптимизация для клиента или сервера, поддержка модема и некото­

(dial-up lines) являются наиболее распространенным внеш­ним интерфейсом телефонной сети, к которому компьютер подключается с помо­

415

пользуются 4-контактные разъемы, изображенные на рис. 10.4, а. Для некоторых Сейчас их вытесняют соединители международного стандарта RJ-11 - 6-позици- только средняя пара (рис. 10.4, б).

Упрощенная схема стандартной нагрузки линии - телефонного аппарата - при­ведена на рис. 10.5. В состоянии покоя (idle) аппаратура АТС посылает в линию напряжение постоянного тока 60 В через ограничительные резисторы с суммар­ным сопротивлением 700-1500 Ом и следит за током в линии. При опущенной трубке (on-hook) KT переключается и подключает через конденсатор вызывное устройство (Зв), при этом телефон не нагружает линию по постоянному току. Для вызова абонента АТС посылает серию импульсов амплитудой около 120 В с час­тотой 25 Гц. Эти импульсы через конденсатор проходят в обмотку звонка и вызы­вают колебания молоточка. При снятой трубке (off-hook) к линии подключается янному току - около 150-600 Ом. Разговорный узел содержит микрофон, телефон снятии трубки станция посылает непрерывный тональный сигнал ответа (425 Гц)

сотен милливольт. Отбой (вешание трубки, on-hook) сигнализируется разрывом номера (pulse dialing). При наборе номера (трубка снята) разговорный узел отклю­ раемой цифры, 0-10 разрывов). После окончания набора цифры контакты КН-1 снова подключают разговорный узел. Длительность (60 мс) и частота (10±1 имп/с) нализирует короткими гудками «занято» (busy) - тональный сигнал 425 Гц, дли­тельность посылки и паузы 0,35 с или длинными гудками (1с посылка, 3 с пауза), зана на рис. 10.6.

При тональном наборе (tone dialing) каждая цифра кодируется парой из восьми тональных частот звукового диапазона, передаваемых телефоном в линию. Допус­тимы 16 комбинаций, которые позволяют кодировать 10 цифр и дополнитель-

Для блок&# 13313v2122n 1080;рованных (спаренных) телефонов одна двухпроводная линия от АТС линий используется пассивное устройство-блок&# 13313v2122n 1080;ратор - два однополупериодных выпрямителя сигнала с линии от АТС. Здесь АТС задействует положительную полярность сигнала для работы с абонентом 1 и отрицательную - для работы с абонентом 2. Когда приходит внешний вызов, его сигнал станция посылает в по­ нята/опущена трубка) АТС чередует полярность опрашивающего напряжения частоте (с модуляцией). Блок&# 13313v2122n 1080;рование (спаривание) телефонов позволяет эко­ мя его разговора, так и во время разговора соседа. Сблок&# 13313v2122n 1080;рованные линии «не

узла включает цепь, на которой падает напряжение около 24 В, и через 250-275 мс 500 Гц и длительность 100 мс. В ответ на этот сигнал АТС передает несколько раз жается 40 мс и содержит две из шести возможных тональных частот (700,900,1100, 1300, 1500 и 1700 Гц). Таким образом кодируются цифры 0-9 и служебные сим­

нента (Caller Id), предоставляемая только цифровыми станциями. Она работает

может достигать 200 В) аппараты могут выходить из строя. Защита линии от пе­ «стабилизатора вызывного напряжения» (рис. 10.8), с помощью которой автор

419

АТС. Любопытным оказался факт, что ограничитель напряжения был спрятан в кабеле, прилагавшемся^ модему (с виду - обычный шнур с вилками RJ-11). Схе­ма не претендует на оптимальность решения, но работает.