Sieć lokalna LAN (cz.1) - teoria

Redeemer

Na samym początku napisze, o czym będzie ten dwuczęściowy art. A będzie o tworzeniu sieci lokalnej na potrzeby grupy kilku-kilkunastu osób.


Całość zagadnienia jest podzielona na dwie większe części, które tutaj przedstawię.


1. Co to jest sieć LAN? Części składowe. Topologie.
2. Montaż. Konfiguracja. Uwagi końcowe.


A więc pora zacząć pierwszą cześć wykładu i teraz oto ona.


Co to jest sieć LAN?


Sieć komputerowa jest to zbiór wzajemnie połączonych komputerów. Dodatkowo przyjmuje się, iż połączone komputery są autonomiczne. Oznacza to, że działanie dowolnego komputera w sieci nie może być uzależnione od pracy innego komputera. Oprócz sieci komputerowej istnieją także systemy wielodostępne gdzie do jednego komputera centralnego podłączonych jest kilka lub nawet kilkadziesiąt terminali jednak tych systemów nie zaliczamy do sieci komputerowych. Pod pojęciem połączonych komputerów rozumiemy, komputery które mogą wymieniać między sobą informacje. Komputery można łączyć za pomocą zwykłego drutu, fal świetlnych, radiowych, oraz każdego innego środka łączności.

Sieci komputerowe możemy podzielić według ich wielkości :

* LAN (Local Area Network) - jest to lokalna sieć komputerowa, w której jest połączone kilka do kilkudziesięciu komputerów na małym obszarze (np. mała sieć osiedlowa)

* MAN (Metropolitan Area Network) - jest to miejska sieć komputerowa, łączy ona sieci LAN na większym obszarze (np. miasta)

* WAN (Wide Area Network) - jest to rozległa sieć komputerowa obejmująca swoim zasięgiem kraje albo nawet całe kontynenty.

Podstawowymi różnicami (z punktu widzenia użytkownika) jest prędkość przesyłu danych oraz zasięg sieci - od ogólnokrajowego do łączenia dwóch komputerów.


Części składowe sieci

Okablowanie

Kable są jednym z najważniejszych części każdej sieci. Każdy kabel różni się przede wszystkim przepustowością, budową, ceną oraz rozmiarami. Przepustowość w dzisiejszych sieciach jest od 10Mbps do 1Gbps. Jednak w amatorskich sieciach stosuje się przeważnie najtańsze rozwiązanie czyli 10Mbps, co daje znośny transfer około megabajta na sekundę. Co do ceny to najtańsze są kable UTP czyli skrętka, która to jest najczęściej stosowana. Najdroższym kablem jest bezsprzecznie kabel światłowodowy, jednak jest to zrozumiałe ze względu na dużą przepustowość oraz trudność montowania. Okablowanie rozciągane między komputerami jest najczęściej przez różnego rodzaju rynienki, podwieszki, aż do zakopywania w ziemi. Oczywiście trzeba pamiętać że kabel np. pod ziemią jest narażony na wilgoć i inne czynniki i trzeba go odpowiednio zaizolować w specjalnych rurkach izolacyjnych. Media bezprzewodowe - termin ten odnosi się do metod przesyłania sygnału w powietrzu lub przestrzeni kosmicznej, od nadajnika do odbiornika. Kategoria ta obejmuje transmisję w podczerwieni i mikrofalowe.

Skrętka
Skrętka (TWISTED-PAIR CABLE) kabel tego typu zbudowany jest z przewodów miedzianych w izolacji. Kabel skręcany składa się z jednej lub więcej par przewodów skręconych ze sobą. Dwa podstawowe rodzaje kabla skręcanego są w powszechnym użyciu w lokalnych sieciach komputerowych - kabel ekranowany i nie ekranowany.

Ekranowany kabel skręcany (STP) składa się z jednej lub więcej skręconych par przewodów otoczonych ekranującą folią lub siatką i zazwyczaj umieszczonej we wspólnej osłonie izolacyjnej. W zależności od zastosowania, każda pojedyncza para może mieć lub nie własne ekranowanie. Trzeba pamiętać, że "dzięki" ekranowaniu kabla niekiedy transferowane dane mogą zostać w pewien sposób zniekształcony.

Nie ekranowany kabel skręcany (UTP) składa się z jednej lub więcej par drutu miedzianego otoczonych wspólną osłoną izolacyjną. Dane nie ekranowane mogą się przy pewnych czynnikach rozpraszać.

Sposoby łączenia odpowiednich żył kabla można znaleźć na stronie LANZONE.

Kabel koncentryczny
Kabel koncentryczny zbudowany jest z litego miedzianego przewodu otoczonego izolacją, wspólnym przewodem ekranizującym i uziemiającym oraz zewnętrzną koszulką ochronną. Z powodu swojej konstrukcji, kabel koncentryczny nie jest tak podatny na wpływ zakłóceń na częstotliwościach radiowych, czy też zakłóceń elektromagnetycznych, jak niektóre inne typy kabli.

Wyróżniamy trzy typy sieciowych kabli koncentrycznych: Ethernet cienki (maks. odległość między stacjami 185m), Ethernet gruby (maks. odległość między stacjami do 500m, już nie stosowany) oraz Arcnet jednak on nie jest już stosowany.

Praca z kablem koncentrycznym
W odróżnieniu od nie ekranowanego 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 światłowodowy
Idea światłowodów polega na zastępowaniu przewodników elektronicznych światłem. Podstawową częścią światłowodu jest bardzo cienkie, giętkie włókno wykonane ze szkła lub tworzywa sztucznego. Rozwiązanie światłowodowe jest najczęściej zastosowane do łączenia oddzielnych części sieci oddalonych dalej niż wynosi maksymalna długość koncentryka. Odległości między sieciami mogą być do około 2 kilometrów, co jest ciekawym rozwiązaniem.

Karty sieciowe

Karty sieciowe dostępne na rynku są w wersjach albo PCI albo niekiedy ISA. Najlepszym rozwiązaniem dla potrzeb sieci jest kupno karty 10/100 Mbps gdyż takie rozwiązanie daje nam możliwość przy zmianie prędkości danych całej sieci zwiększyć przepływ danych między komputerami. Karta powinna być zaopatrzona w wyjście na BNC oraz na skrętkę czyli RJ-45. Co do marek to najlepszym wyjściem jest zakup tego samego typu kart dla całej sieci, jednak nie jest to oczywiście konieczne.

HUB

HUB'y mają za zadanie łączyć wszystkich użytkowników w jednym miejscu. Jest to mała skrzyneczka z jednym wyjściem na koncentryk oraz 5, 8, 12, 16, 32 i więcej wyjściami na skrętkę. Oczywiście HUB powinien mieć jedno wyjście na koncentryk, bo to zapewnia możliwość rozbudowy sieci. Co do wyboru odpowiedniej ilości portów to trzeba myśleć nie tyle co ekonomicznie, co przyszłościowo. Jeśli sieć ma się znajdować w bloku to raczej lepiej wybrać rozwiązanie 8 lub 16 portowe, gdyż nic nie wiadomo ilu ludzi będzie chciało w przyszłości się dołączyć. W przyszłości zwykłe HUB'y powinno zmienić się na wzmacniaki a najlepiej w Switche. Wzmacniaki wzmacniają sygnał i go regenerują co wpływa na lepszą transmisję danych. Switch to wzmacniak tylko że lepszy gdyż lepiej rozwiązuje problem dzielenia pasma przesyłu danych (nie ma wtedy collision). Wybór firmy HUB'a nie jest ważny byleby gwarancja obejmowała minimum 5 lat (lub dożywotnio, jednak jest to bardzo rzadkie) gdyż z doświadczenia często porty się wypalają i trzeba dość często dać do gwarancji bez różnicy na firmę. Jednak polecam D-link i Longshine.

Topologie sieci LAN

Działanie lokalnych sieci komputerowych oparte jest na połączeniach kablowych. Inne rozwiązania nie znalazły szerszego zastosowania. Topologia sieci określa rozmieszczenie łączy pomiędzy stacjami, tzn. które stacje w sieci są bezpośrednio połączone przewodami. Najprostsze rozwiązanie, polegające na połączeniu każdej stacji ze wszystkimi pozostałymi, jest najmniej ekonomiczne. Problem topologii nie dotyczy estetyki projektu sieci bądź klasyfikacji sieci, lecz w decydujący sposób komunikacji stacji, rozbudowę sieci oraz koszty jej instalacji. Wyróżnia się trzy podstawowe rodzaje topologii: gwiazdy, pierścienia oraz magistrali (szyny).
Poniższa tabela zawiera maksymalne długości segmentów sieci o różnych topologiach:

Topologia Gwiazdy
W sieci o konfiguracji gwiazdy w najprostszym przypadku wszystkie stacje w sieci są bezpośrednio połączone tylko z jedną stacją zwaną kontrolerem lub HUB'em, która pełni rolę zarządcy sieci.
HUB'y dzielą się na dwa podstawowe rodzaje:
* Pierwszy rodzaj to najprostsze HUB'y , które w danej chwili realizują tylko jedno połączenie, tzn. taki HUB jeśli ma do rozwiązania połączenie kilku użytkowników naraz dzieli połączeni między nich. Jest to rozwiązane na zasadzie przesyłania podobnego do pakietów w Internecie, co wiąże się ze spowolnieniem transmisji. Jest to przyczyną osiągnięcia niższych wydajności niż wskazują na to parametry kart sieciowych.
* Drugi rodzaj to koncentratory, które realizują funkcję przełączania. Oznacza to, że potrafią wyznaczyć połączenia w taki sposób, że ze sobą nie kolidują. Zastosowanie takiego koncentratora umożliwia osiągnięcie najwyższej wydajności. Oczywiście są one (HUB'y) odpowiednio droższe.
Wszelka komunikacja między stacjami odbywa się za pośrednictwem owej centralnej stacji.

Topologia gwiazdy spotykana jest najczęściej spotykana zarówno w małych jak i dużych rozległych sieciach. Największą zaletą tej topologii jest to że w przypadku jakiejś awarii cała sieć nie zostaje odcięta od zasobów ale tylko wadliwa stacja.

Topologia Magistrali
W sieci o konfiguracji magistrali wszystkie stacje są dołączone do jednego, linijnego odcinka przewodu. Nie ma tu centralnych komputerów zajmujących się sterowaniem przepływu informacji, a w prostej konfiguracji nie ma także regeneratorów sygnałów (repeater). Stacje do wspólnego przewodu są dołączone za pośrednictwem specjalnego złącza.

Topologia magistrali jest najpopularniejszym rozwiązaniem stosowanym w sieciach LAN. Klasycznym jej przykładem jest sieć Ethernet. Długość magistrali wynosi maksimum 185 metrów, co oznacza odległość od początku do końca sieci.

Topologia Pierścienia
W sieci o konfiguracji pierścienia (ang. ring) kabel łączący stacje tworzy pętlę. Wszystkie stacje włączone w pierścień zajmują się przekazywaniem sygnałów, a jednocześnie ich regeneracją. Sygnał jest przesyłany tylko w jednym kierunku. Każda stacja jest wyposażona w mechanizm kontrolujący zawartość przesyłanych siecią pakietów z danymi. Kontrola dotyczy przede wszystkim poprawności transmisji i adresu przeznaczenia. Dane wysyłane przez jedną ze stacji okrążają pierścień i przez to są dostępne dla wszystkich stacji w sieci. Istnieje wiele odmian sieci o topologii pętli różniących się metodą dostępu i kontroli sieci.

Podsumowanie
Przy odrobinie wyobraźni można wymyślić co najmniej kilka innych topologii w praktyce stosowane są trzy powyżej opisane oraz ich pochodne, tj. utworzone z nich połączenia.
Topologia gwiazdy jest interesująca, ponieważ łatwo w niej wychwycić usterki, pozostałe dwie - magistrali i pierścienia mają inne swoje zalety i wady.
Wybór topologii dla sieci jest uzależniony od zastosowanych środków łączności i metody dostępu do sieci. Odpowiedni dobór topologii i rozłożenie okablowania jest to najważniejszy element w trakcie projektowania sieci. Jest tak ponieważ topologia wpływa zasadniczo na koszt instalacji, możliwość późniejszych zmian, rozbudowy oraz konserwacji sieci.

Redeemer
e-mail: redeemer@poczta.fm