Обзор вариантов прокладки сетей в частных квартирах и компьютерных классах

С логической точки зрения, сегмент сети на «витой паре» с концентратором эквивалентен сегменту сети на основе коаксиального кабеля. Концентраторы выпускаются в вариантах с разным количеством портов и относительно недороги. При необходимости увеличения емкости сети два и более концентратора могут соединяться между собой, если соблюдается ограничение на количество повторителей, причем логическая структура не меняется — сеть остается односегментной.

Если кто-то пытается убедить вас, что создание сети — дело сложное, не верьте: на самом деле, оно очень сложное. Тем не менее, если не замахиваться сразу на масштаб промышленного предприятия, освоить это дело не просто, а очень просто. Разработчики ппаратуры и программного обеспечения уже сделали основную работу, а вам лишь остается воспользоваться готовыми компонентами и собрать из этого «конструктора» именно то, что требуется в данном случае. Вот ряд примеров такой сборки.

Сети на основе соединения через последовательные и параллельные порты
На самом деле, подобное соединение трудно назвать полноценной сетью, но современные операционные системы умеют использовать порты для передачи стандартных сетевых пакетов, и, несмотря на то, что соединить таким образом можно лишь два компьютера, с точки зрения прикладного программного обеспечения сеть выглядит полноценной. Скорость передачи дпо параллельному порту выше, чем по последовательному, но оба варианта сильно не дотягивают даже до 10-мегабитного Ethernet, потому рекомендовать их можно только для временного использования, до перехода на «нормальный» Ethernet, или для соединения, например, стационарного компьютера с ноутбуком.

Сети Ethernet на основе  «тонкого» коаксиального кабеля
Сегодня эта технология считается устаревшей, однако в качестве бюджетного решения она вполне применима. Учитывая, что сетевые адаптеры 10BASE-2 практически повсеместно выходят из употребления, их цена на вторичном рынке едва ли превышает несколько долларов. А учитывая простоту кабельной системы и отсутствие потребности в дополнительных аппаратных устройствах, такое решение можно признать оптимальным для простых домашних сетей и школьных компьютерных классов, где в основном используется не самая передовая техника. Топология сети на основе коаксиального кабеля представляет собой «шину», то есть, компьютеры последовательно соединяются друг с другом отрезками кабеля. Скорость передачи данных составляет 10 Мбит/с. К недостаткам сетей на основе тонкого коаксиального кабеля следует отнести невозможность перехода к скорости обмена 100 Мбит/с. без замены кабельной системы, отсутствие возможности перехода к варианту сети с коммутацией пакетов, нарушение работы всего сегмента сети при проблемах с кабелем в любом месте этого сегмента, проблематичность создания нормальной кабельной структуры в помещении, где установлены компьютеры.

Сети Ethernet на основе кабеля «витая пара»
Кабель типа «витая пара» используется в сетях стандарта 10BASE-T (10 Мбит/с.) и 100BASE-TX (100 Мбит/с), которые на сегодня являются наиболее распространенными среди малых сетей. Соединение более чем двух компьютеров осуществляется по топологии «звезда», где в качестве центрального устройства требуется концентратор («хаб») или коммутатор, с количеством портов, соответствующим числу компьютеров в сети. Несмотря на то, что это более дорогое решение, у него есть и несомненные преимущества: модернизация 10-мегабитной сети до 100-мегабитной при правильном изначальном выборе типа кабеля осуществляется лишь заменой активного оборудования — сетевых адаптеров и концентраторов; повреждение любого кабеля не сказывается на работе остальной сети.

Концентратор («хаб») представляет собой повторитель, передающий пришедший на один из портов сигнал на все остальные порты, при этом никакого анализа информационных пакетов не производится. С логической точки зрения, сегмент сети на «витой паре» с концентратором эквивалентен сегменту сети на основе коаксиального кабеля. Концентраторы выпускаются в вариантах с разным количеством портов и относительно недороги. При необходимости увеличения емкости сети два и более концентратора могут соединяться между собой, если соблюдается ограничение на количество повторителей, причем логическая структура не меняется — сеть остается односегментной. При этом сохраняется основной недостаток такого решения — резкое падение пропускной способности при увеличении количества станций в сегменте, происходящее в результате «коллизий» (столкновений пакетов).

Устранить этот недостаток позволяют коммутаторы. Эти устройства производят анализ заголовка пакета и перенаправляют сигнал только на тот порт, к которому подключен компьютер с соответствующим адресом. Таким образом, сеть, построенная с использованием коммутатора, изначально является сегментированной, и при соблюдении правила «один порт — одна станция» коллизии в такой сети не возникают вообще, за исключением случаев передачи широковещательных пакетов. Кроме того, учитывая, что прием и передача данных с использованием кабеля «витая пара» происходят по разным парам проводов, все порты и сетевые адаптеры могут быть настроены на режим дуплексной работы (одновременный прием и передача). А это повышает пропускную способность, теоретически, до 20 Мбит/с. для технологии 10BASE-T и до 200 Мбит/с. для технологии 100BASE-TX, но цифры эти не вполне реальны: редко когда передача данных ведется одновременно в обоих направлениях с максимальной скоростью. Единственный недостаток сетей с коммутаторами — высокая цена оборудования.

Физические ограничения сетей Ethernet

Добавим несколько замечаний к приведенной таблице.

Максимальная длина сегмента для отдельных типов сетевых карт может превышать указанные значения: в частности, многие изделия производства компании 3COM могут работать с сегментами на коаксиальном кабеле длиной до 300 метров, что и указано в техническом описании этих карт. Однако в отдельных случаях, в связи с меньшим временем «восстановления» после «коллизий», сетевые адаптеры 3COM не работают в паре с картами других производителей.

Несмотря на то, что указанное для сетей на основе витой пары количество станций в сегменте может достигать 1024, реально для технологии 10BASE-T редко удается достичь нормальной работы сети при количестве станций выше 30 — значительно растет число «коллизий» в сегменте, и пропускная способность сети резко падает. Для технологии 100BASE-TX это ограничение составляет порядка сотни станций.

Количество повторителей ограничивается пропорционально вносимой ими задержке сигнала, которая для сетей на 100 Мбит/с. более критична.

Сети на основе других интерфейсов
В принципе, для создания сетей можно использовать и прочие интерфейсы, в частности, USB, IEEE 1394 или инфракрасный порт. Однако для этого требуется либо специальное оборудование, либо нестандартное программное обеспечение, и рекомендовать эти варианты начинающим было бы неправильно.

От теории к практике
Для соединения через последовательные или параллельные порты используются специальные так называемые «нуль-модемные» кабели. Вариант для последовательных портов нет смысла паять самостоятельно — он есть в продаже, но на всякий случай приведем разводку всех вариантов для всех типов соединителей.

Для построения сети на основе коаксиального кабеля (одного сегмента) нужны сетевые карты стандарта 10BASE-2 с BNC-разъемом или комбинированные BNC/UTP (по одной на каждый компьютер), 50-Омный коаксиальный кабель RG-58 (так называемый «тонкий коаксиал»), в количестве, достаточном для соединения всех компьютеров «цепочкой» (применяемый для телевизионных антенн 75-Омный не годится), «тройники» для каждого адаптера (обычно поставляются в комплекте с адаптером), BNC-коннекторы в количестве ([число компьютеров]x2)–2 и два 50-Омных «терминатора» (заглушки). Тройники устанавливаются непосредственно на разъем сетевого адаптера, кабель режется на куски, соответствующие расстояниям между компьютерами (с некоторым запасом, разумеется), коннекторы с помощью специального инструмента монтируются на концы отрезков кабеля, компьютеры последовательно соединяются кабелем, а на оставшиеся свободными выходы тройников по концам сегмента (первый и последний компьютер) устанавливаются заглушки. Тройники и заглушки обязательны даже при соединении коаксиальным кабелем всего двух компьютеров — в противном случае, кабель окажется не согласован по волновому сопротивлению.

Необходимо отметить, что сеть на основе тонкого коаксиального кабеля — не лучшее решение для офиса, где все должно быть «красиво»: отрезки кабеля неудобно прокладывать в стенах или в коробах, так как нельзя устанавливать дополнительные соединители в виде розеток на стене — кабели должны подключаться к тройнику, установленному непосредственно на разъеме сетевой карты.

Еще одна немаловажная проблема в такой сети — необходимость соблюдения правил заземления. Дело в том, что оплетка коаксиального кабеля изолирована от корпуса компьютера, однако в сетевых картах между «массой» и оплеткой кабеля устанавливаются конденсаторы и резисторы, выполняющие роль фильтров помех. При питании разных компьютеров от разных фаз трехфазной электрической сети напряжение между оплеткой и корпусом компьютера может достигать нескольких десятков вольт. Наиболее правильным решением является заземление всех без исключения компьютеров и отдельно — оплетки кабеля. В случае, когда сделать нормальное заземление компьютеров затруднительно (например, в квартире, где нет «евророзеток»), лучше вообще ничего не заземлять — меньше риск получить удар током при подключении/отключении кабеля к сетевой карте или повредить саму карту. Но проверить разность напряжений между корпусами компьютеров и оплеткой кабеля имеет смысл в любом случае: оно не должно превышать десятка вольт.

Отмечу, что при прокладке сетей на основе коаксиального кабеля настоятельно рекомендуется использовать нормальные импортные BNC-коннекторы и специальный инструмент («клещи») для их монтажа. Дело в том, что, хотя соединители СР-50 и имеют те же самые размеры, допуски на изготовление отечественных и импортных изделий весьма различны (возможно, это обусловлено применением метрической системы у нас и дюймовой за рубежом: дюйм — вовсе не равен 25 мм), и соединить импортный тройник с отечественным коннектором зачастую весьма проблематично.

Следует отметить, что, хотя рассоединение любого участка сети на коаксиальном кабеле (в том числе снятие заглушки) ведет к нарушению работоспособности всей сети, отключение и подключение компьютеров к сетевому сегменту выполнять можно, но отсоединять здесь надо тройник от сетевого адаптера, а не кабель от тройника.

Сети на основе «витой пары» сложнее в прокладке и требуют больших затрат. Типовая схема разводки предусматривает установку возле мест расположения компьютеров розеток RJ-45, блока аналогичных розеток (или специальной патч-панели) возле концентратора или маршрутизатора, прокладку кабелей между розетками (обычно в специальных коробах, монтируемых на стене) и наличие «хвостов» (соединительных кабелей от сетевых карт компьютеров к розеткам и от портов концентратора к патч-панели). В простейшем варианте можно исключить из этой структуры «хвосты», настенные розетки и короба, протянув провода непосредственно от компьютеров к концентратору. Для 10-мегабитной сети годится неэкранированный кабель (UTP) категорий 3 и 5, для 100-мегабитных — только категории 5. Экранированную витую пару (STP) имеет смысл применять только при наличии в зоне прокладки кабеля сильных электромагнитных помех, в обычных же бытовых помещениях она не обязательна.

Кабель типа «витая пара» на самом деле содержит четыре свитые пары проводов, но для соединений 10BASE-T и 100BASE-T используются только две из них (контакты 1-2 и 3-6). В офисных сетях еще одна пара нередко используется в качестве телефонной, тем более, что стандартная вилка RJ-11 телефонного кабеля совместима с розеткой RJ-45; при этом для телефона используются контакты разъема, не задействованные в сетевом соединении (4-5). При разводке кабеля абсолютно необходимо использовать для парных сигналов именно парные провода (TX+/TX- — одна пара, RX+/RX- — другая, телефон — третья), выбор же каких-то конкретных пар обычно не имеет значения, хотя разные пары могут иметь разный шаг скрутки, и лучше придерживаться стандарта, указывающего определенный цвет для каждой пары. Разводка всех кабелей при этом выполняется «один в один»: то есть, нумерация контактов одинаково соответствует цвету жил кабеля во всех разъемах.

Стандартная разводка кабеля «витая пара»
Отдельный вариант сети на основе «витой пары» — соединение двух компьютеров, для которого не требуется концентратор. Два сетевых адаптера могут быть соединены кабелем напрямую, однако, кабель в этом случае требуется специальный (так называемый «Сrossover») — линии приема и передачи у него разводятся нестандартно на одном из концов: пары 1-2 и 3-6 надо поменять местами. Такой же кабель можно использовать для соединения между собой концентраторов, однако, в большинстве моделей имеется специальный порт или переключатель («UpLink», «Crossover»), предназначенный для подключения к другому концентратору стандартным кабелем. Кстати, для такой сети из двух компьютеров, как и при работе с коммутаторами, сетевые адаптеры можно настроить на дуплексный режим, с целью увеличения пропускной способности сети.

Crossover-кабель
Монтаж кабельной системы также лучше выполнять с помощью специального инструмента, но использование для монтажа разъемов подходящей отвертки обычно не сказывается на качестве соединения. Зато на нем сказывается соответствие кабеля и разъема — кабель бывает одножильным и многожильным, вилки RJ-45, соответственно, тоже, и выбирать надо соответствующие друг другу.

Программное обеспечение
Учитывая масштабы школьных компьютерных классов и частных квартир, мы не будем касаться многоранговых и многосегментных сетей — они редко требуются в подобных условиях. Впрочем, предусмотреть такое развитие на будущее или, как минимум, обеспечить возможность подключения сети к Интернету просто необходимо, в связи с чем настоятельно рекомендую использовать в качестве основного транспортного протокола TCP/IP. Вариант NetBEUI или IPX/SPX проще в настройке, но, если вы собираетесь подключать сеть к Интернету, то со временем все равно придется устанавливать TCP/IP в качестве второго протокола. По поводу отсутствия реального диапазона IP-адресов для сети беспокоиться не следует: современные сетевые средства трансляции адресов отлажены достаточно хорошо, и предпочтительным является применение специально выделенного для внутренней адресации диапазона (например, 192.168.*.*). В сетях, не имеющих выделенного сервера (рабочей станции, использующейся в качестве сервера или шлюза, специального аппаратного Интернет-маршрутизатора), адреса можно назначить статически, но использование динамической адресации значительно облегчает процесс настройки.

Подключение к Интернету
Основные варианты подключения малых сетей к Интернету:
• dial-up-подключение с установкой сервиса трансляции адресов,
• подключение к порту концентратора или маршрутизатора другой сети,
• подключение по выделенной линии с использованием специального модема.

В последних двух случаях возможно получение реального диапазона IP-адресов от провайдера, но использовать таковые вовсе не обязательно.

Dial-up-подключение реализуется либо с помощью модема, устанавливаемого на один из компьютеров сети, либо с помощью специального устройства, подобного маршрутизаторам ZyXEL серии Prestige. Для варианта с модемом трансляцию пакетов остальным компьютерам сети проще всего обеспечить штатными средствами Windows 98/Me/2000/XP (общий доступ к Интернету), но годятся и сторонние программы, подобные Winproxy или Wingate. При использовании последних не всегда просто реализовать поддержку малораспространенных сервисов типа IRC, ICQ и других — требуется настройка трансляции пакетов для каждого конкретного порта.

Подключение по выделенной линии аналогично подключению с помощью модема, за исключением того, что модем нужен специальный. Трансляция данных в остальную сеть осуществляется теми же средствами.

Вариант, при котором ваша сеть подключается к другой сети с помощью Ethernet, требует либо установки в один из компьютеров второго сетевого адаптера, либо применения специального аппаратного устройства — «роутера». Второй вариант значительно дороже, в первом же на компьютер, имеющий два сетевых адаптера и являющийся «мостом» между двумя сетями, лучше устанавливать операционную систему Windows 2000/XP — в этом случае не потребуется установки дополнительного программного обеспечения.