Na tej stronie znajdziesz sporo informacji na temat technicznej strony budowania lokalnej sieci komputerowej.

O kablach słów parę

W sieciowych zastosowaniach spotyka się całkiem sporą liczbę typów kabli. Nie zawsze różnice między nimi są tak oczywiste jak między skrętką a koncentrykiem. Postaram się tu możliwie jasno przedstawić różnice między spotykanymi w sieciach komputerowych kablami oraz w jakich warunkach powinno się stosować dany rodzaj przewodu.

Zacznę może od kabla koncentrycznego (mowa o tzw. cienkim koncentryku, jego grubszego brata omawiać tu nie będę, gdyż praktycznie nie jest on już dziś stosowany). Jego podstawowe zalety to: stosunkowo niska cena samego przewodu, możliwość zbudowania sieci bez konieczności kupowania dość drogich koncentratorów, oraz możliwość łączenia urządzeń na odległości zupełnie nieosiągalne dla skrętki. (patrz niżej). Główną wadą natomiast jest niska niezawodność. Ponieważ zastosowanie kabla koncentrycznego wymusza budowę sieci o topologii magistrali (zakończonej na dwóch końcach terminatorami), przerwanie połączenia w którymkolwiek miejscu na ogół jest równoznaczne z unieruchomieniem całej sieci. Ponadto na kablu koncentrycznym nie da się uruchomić połączeń z prędkością 100 MBps, niemożliwa jest też praca w trybie full-duplex.
Jeszcze jedną dość istotną wadą kabla koncentrycznego jest fakt, iż elektrycznie rzecz ujmując transmisja po nim przebiega asymetrycznie (sygnał odniesiony jest do masy). Ekran podłączony jest do masy każdego komputera przyłączonego do sieci. Mogą stąd (ponoć) wyniknąć spore problemy, jeśli komputery połączone tym kablem nie będą prawidłowo uziemione/będą podłączone do innych faz itp.

Druga, powszechnie spotykana odmiana kabla sieciowego, to tzw. skrętka. Nazwa pochodzi stąd, że kabel składa się z 8 przewodów parami skręconych ze sobą w celu zwiększenia odporności na zakłócenia. W praktyce wszystkie 8 przewodów wykorzystywane jest dopiero przy transmisji 1 Gbit, dla 10 i 100 Mbit/s potrzebne są dwie pary (jedna dla trybu half-duplex). Stąd też niektórzy robią różne kombinacje, by na jednym kablu puścić 2 lub nawet więcej linii.
Wracając do kabla, zwykle jest on zwany UTP (Unshielded Twisted Pair), występuje jednak również w odmianie STP (Shielded TP) zabezpieczonej dodatkowo przed zakłóceniami ekranem z folii metalowej. Zastosowanie kabla ekranowanego ma sens jedynie jeśli ekran zostanie prawidłowo uziemiony (jak mnie uczono na pięknym przedmiocie o Urządzeniach Zewnętrznych... żeby to dało wymierny skutek należy uziemić go dokładnie i tylko w jednym miejscu).
Odmianą kabla ekranowanego jest często spotykany w cennikach FTP. Od kabla STP odróżnia go ekran wykonany z siatki drucianej (jak w koncentryku), zamiast aluminiowej folii.

Kable typu skrętka można podzielić jeszcze ze względu na typ samego przewodnika. Istnieją kable - linki lub drut. Jak wiadomo, linka jest bardziej odporna na mechaniczne "męczenie" kabla, przy czym jednocześnie ma gorsze parametry elektryczne. Oprócz tego jest też do dwóch razy droższa od drutu. Stąd do instalacji, zwłaszcza przy większych odległościach, drut jest zdecydowanie lepszym wyborem. Nawet w przypadku przewieszek, gdzie kabel może być solidnie targany przez wiatr, zawieszenie przewodu na solidnym podciągu powinno skutecznie chronić go przed uszkodzeniem, nie jest więc konieczne stosowanie linki.
Uwaga! Należy pamiętać o właściwym doborze wtyczek! We wtyczkach do drutu nożyki, które wcinają się w kabel w czasie zaciskania mają nieco inny kształt, niż w tych do linki!

Na koniec jeszcze można zauważyć, że większość kabli dostępnych w sklepach jest przeznaczona do stosowania wewnątrz budynków. Istnieją typy kabla o solidniejszej budowie, które są przystosowane do znoszenia zmiennych warunków atmosferycznych, czy nawet do położenia w ziemi. Niestety ich ceny są dość abstrakcyjne i z tego względu mało kto zastanawia się nad stosowaniem na zewnątrz specjalnych kabli.

Na zakończenie jedno słówko odnośnie dość częstych jeszcze dylematów, czy sieć kłaść na skrętce, czy może jednak na koncentryku. Według mnie łączenie więcej niż 3-4 komputerów wyłącznie na kablu koncentrycznym, jest na dzień dzisiejszy nieporozumieniem i może co najwyżej zapewnić wiele "radosnych" przeżyć związanych z uruchamianiem i utrzymaniem sieci (wiem że są jeszcze ludzie, którzy twierdzą inaczej i podziwiam ich za poświęcenie). Nie oznacza to jednak, że sieci o mieszanej strukturze nie mają racji bytu. Wręcz przeciwnie - w przypadku konieczności pokonania dużych odległości koncentryk właściwie nie ma alternatywy. Sądzę jednak, że powinien być on stosowany już tylko tam, gdzie skrętka nie sięga.

Maksymalne odległości między urządzeniami

Normy precyzują to zagadnienie dość jednoznacznie. Dla kabla koncentrycznego maksymalna długość segmentu kabla wynosi 185m, dla skrętki odległość między dwoma aktywnymi urządzeniami (HUB, karta sieciowa...) nie może przekroczyć 100 m.
Jak to jednak bywa z normami, nie zawsze trzeba się do nich ściśle stosować. W mojej sieci jest jeden odcinek skrętki UTP o długości ponad 150 m i nie sprawia żadnych kłopotów. Znam "przypadek" przewieszki o długości nieco ponad 200 m, która sprawia notoryczne problemy w czasie burz, jednak na co dzień zupełnie dobrze spełnia swoją rolę.
Wymienione tu odległości dotyczą sprzętu działającego z prędkością 10 Mbps. Niestety nie mam informacji o "osiągnięciach" co do długości kabla przy prędkości 100 Mbps.

Jeśli chodzi o kabel koncentryczny, nie mam tu żadnych własnych doświadczeń, słyszałem jednak, że ludzie z powodzeniem używają linie o długości 400 i więcej metrów.
Możliwe do "przeskoczenia" w praktyce odległości zależą od zastosowanego sprzętu. Ponoć niekwestionowanym liderem jest tu 3Com. Urządzenia tej firmy nie są jednak wyborem ekonomicznym :-(((.

Przekroczenie rozsądnych granic odległości między urządzeniami nie musi się od razu objawić kompletnym brakiem łączności. Długość kabla można "naciągać" w pewnych granicach godząc się na zwiększoną utratę pakietów.

W razie naprawdę dużych odległości zawsze istnieje możliwość zastosowania po drodze tzw. repeaterów, czyli po prostu urządzeń wzmacniających sygnał. Nie wiem, czy ktokolwiek jeszcze produkuje takie urządzenia dla ethernetu, w praktyce jednak wykorzystać można najprostszego HUB-a.


Ile HUB-ów w szeregu?

Z tego co wiem, zależy to od zastosowanego sprzętu. Generalnie jednak dla urządzeń 10 Mbps pomiędzy dowolnymi dwoma komputerami w sieci nie powinno być więcej niż 4-5 koncentratorów, natomiast dla 100 Mbit/s nie więcej niż 3.
Czym grozi przekroczenie tych liczb? Dokładnie nie wiem, sieć chyba zupełnie nie przestanie działać, jednak na pewno bardzo wzrośnie liczba kolizji w sieci. Wynika to przede wszystkim z opóźnień w przekazywaniu sygnału wprowadzanych przez HUB-y i może doprowadzić sieć do zatkania.
Skutecznym rozwiązaniem tego problemu może być wstawienie switcha gdzieś po środku sieci i podzielenie jej w ten sposób na kilka segmentów. Dzięki temu od switcha po drodze do najdalszego komputera znów może być 3-5 koncentratorów. Takie właśnie rozwiązanie (patrz rys. obok) zastosowane jest w mojej sieci.
Można zapytać, czy w takim razie stosując switche, da się rozszerzać sieć w nieskończoność. Najpewniej nie. Switche znów wprowadzają jakieś opóźnienia, według wszelkiego prawdopodobieństwa większe niż zwykłe koncentratory. Jakby się kto postarał, pewnie dałoby się przekroczyć maksymalne opóźnienia dopuszczalne przez protokół TCP/IP. Tylko po co komu taka wielka sieć? Myślę że wcześniej padłaby z innych powodów ;-)

100 Mbit/s - czy warto?

Odpowiedź na to pytanie zależy głównie od dwóch czynników. Po pierwsze od zasobności kieszeni (nietrudno się domyśleć, że za wyższą prędkość trzeba odpowiednio zapłacić), po drugie od warunków, w jakich sieć jest budowana.
Wyższa prędkość transmisji po stronie czysto fizycznej przekłada się na (dużo) wyższe częstotliwości sygnałów przesyłanych po kablu. Co za tym idzie, wymagania wobec kabla są dużo większe, rośnie prawdopodobieństwo, że różne zewnętrzne zakłócenia "dostępne" dziś w dużych ilościach mogą stać się przyczyną kłopotów. Tak więc budując sieć, która ma działać na 100 Mbps należy bezwzględnie stosować dobrej jakości kable. Powinien to być drut, (nie linka, która ma słabsze parametry) co najmniej 5 kategorii. W przypadku większych odległości dobrze jest używać kabla ekranowanego (FTP, STP). Generalnie jednak właśnie odległości są największą przeszkodą.
Należy również pamiętać, że w przypadku tańszych HUB-ów 100 Mbit/s wpięcie w dowolnym miejscu karty 10 Mbps spowoduje, że cała sieć zacznie działać z prędkością tego urządzenia. Istnieją co prawda tzw. HUB-y dualspeed, pozwalające mieszać w sieci technologię 10 i 100 Mbps, (potrafią to również wszystkie switche), zwykle są one jednak dość drogie.
Nic mimo wszystko nie zmieni faktu, że przekonać się, czy inwestycja w szybszy sprzęt nie okaże się chybiona, można dopiero po zmontowaniu całości. Moja sieć ze względów finansowych chodzi na sprzęcie 10 Mbps. Znam ludzi (tu uśmiech do Kiełasa i Malito :-))), którzy porwali się na urządzenia 100 Mbps, jednak nie udało im się uruchomić sieci przy tej prędkości. Muszą się zadowolić 10-tką, mimo zastosowania ekranowanego kabla. Winę za to ponoszą zapewne zbyt duże odległości, jakie trzeba okablować w przypadku osiedla domkowego, oraz fakt, że zastosowany został kabel - linka.


Co to jest switch?

Switch jest to - można powiedzieć - taki nieco bardziej inteligentny HUB. Inteligencja ta polega na tym, że podczas gdy HUB po prostu powiela otrzymywane sygnały na wszystkich swoich portach, switch tworzy połączenie tylko między tymi portami, które rzeczywiście uczestniczą w komunikacji. W dodatku może stworzyć kilka takich - niezależnych połączeń. Precyzyjniej opisując to, switch odczytuje z otrzymanej ramki adres MAC karty sieciowej, która jest adresatem i wysyła tą ramkę tylko na ten port, do którego podłączona jest karta o zgodnym adresie MAC. Załóżmy, że komputer podłączony do portu 1 switcha (rys. obok) komunikuje się z komputerem 4, a 2 z 3. W takim przypadku switch tworzy dwa połączenia zaznaczone na rysunku czerwoną linią.


Co z tego wszystkiego wynika? Ano to, że pakiety nadawane przez komputer nr 1 trafią tylko do komputera nr 4, natomiast nie pojawią się niepotrzebnie na wejściach kart sieciowych komputerów 2 i 3 - tak jakby miało to miejsce, gdyby zastosować tu zwykłego HUB-a. Zysk jest oczywisty - obydwie pary komputerów mają dla siebie pełne pasmo 10 (lub 100) Mbps, podczas gdy przy połączeniu przez HUB-a musiałyby się tym pasmem podzielić. Przy okazji istotnie zmniejsza się też liczbę kolizji. Switche pozwalają więc w prosty sposób podzielić sieć na kilka niezależnych segmentów, zapewniając jednocześnie przekazywanie pakietów broadcast.

Dostępne na rynku switche w przewadze są 100-Mbitowe, dodatkowo posiadają funkcje auto-negocjacji parametrów transmisji - jak prędkość, full/halfduplex itp. dzięki czemu pozwalają łączyć ze sobą urządzenia 10 i 100 Mbps.

W naszej sieci serwer z kartą 100 Mbps podłączony jest do switcha, do którego dalej podpięte są 3 hub-y 10 Mbps. Dzięki temu sieć podzielona została na trzy "podsieci" (poprawniej mówiąc - segmenty), przy czym każda z nich może niezależnie komunikować się z serwerem z pełną prędkością 10 Mbps. Tak więc połączenie switch-serwer może w ekstremalnym wypadku zostać wykorzystane w 30% :-).


Co to są kolizje?

Kolizja w sieci Ethernet następuje w momencie, gdy dwie stacje (karty sieciowe) podłączone do wspólnej magistrali próbują nadawać informacje (pakiety) w tym samym czasie. Standard Ethernet w celu unikania i rozwiązywania zaistniałych kolizji stosuje metodę CSMA/CD (carrier sense multiple access with collision detection). Polega ona na tym, że urządzenie przed rozpoczęciem transmisji sprawdza, czy linia jest wolna. Jeśli tak - rozpoczyna transmisję i w czasie jej trwania testuje, czy nie nastąpiła kolizja. W przypadku wykrycia kolizji transmisja jest natychmiast przerywana i ponawiana po losowo określonym czasie.
Skoro karta sieciowa przed nadaniem wiadomości sprawdza, czy linia nie jest zajęta - można zastanawiać się, skąd w ogóle biorą się kolizje. Otóż może się zdarzyć, że dwa urządzenia zechcą nadawać dokładnie w tym samym momencie. Prawdopodobieństwo wystąpienia kolizji dodatkowo zwiększa fakt, że na linii występują opóźnienia w propagacji sygnału wprowadzane np. HUB-y, czy nawet samą długość kabla.
Liczbę kolizji można istotnie zmniejszyć stosując zamiast HUB-ów switche.


Problem burz

Tak, burze to jest poważny problem. Przynajmniej dla tych, które mają część kabli poprowadzonych na zewnątrz budynków. Najbardziej niebezpieczne są przewieszki na dużej wysokości - np. między blokami.
Wbrew dość powszechnemu przekonaniu, najważniejsze niebezpieczeństwo wcale nie wiąże się z uderzeniem pioruna wprost w kabel, co jest dość mało prawdopodobne. To, co jest nieustającym utrapieniem amatorów sieci, to napięcie indukujące się w kablu w momencie uderzenia pioruna w pobliżu (tzn. w promieniu - powiedzmy - 1 km...). Na kablu może pojawić się różnica napięć rzędu kilkuset volt i mało prawdopodobne, by jakiekolwiek sprzęty sieciowe przetrwały to bez uszczerbku.
100 % skuteczna (i tania ;-) metoda jest jedna: rozłączyć na czas burzy wszystkie kable sygnałowe, najlepiej też wogóle wyłączyć urządzenia z prądu. Nie jest to jednak zbyt komfortowe rozwiązanie.
Jeśli nie chce nam się wyciągać wtyczek, to pozostaje zastosowanie jakichś urządzeń antyprzepięciowych. Np. firma APC produkuje protectnety, które stosunkowo prosto można kupić w polskich sklepach. Niestety, nie można powiedzieć, by były one tanie.
Jeśli nie chcemy wydać fortuny na markowe odgromniki, od biedy możemy zmontować sobie takie własnoręcznie, choć na pewno nie będą one równie skuteczne.
Niestety ostatnio miałem okazję przekonać się, że przy prędkości 100 Mbps egzaminu nie zdają nawet oryginalne urządzenia. Pomimo zastosowania dobrego sprzętu (switche 3com office connect) łącze między switchami, przechodzące przez urządzenie APC po prostu co jakiś czas przestawało nam działać. Po wypięciu netprotecta problemy zniknęły...
Tu możesz zobaczyć dwa schematy, które swego czasu udało mi się wygrzebać w sieci:
- schemat 1
- schemat 2
A tu skan urządzonka w moim wykonaniu: MagicProtect ;-)))
Jak ostatnio miałem się okazję przekonać rozbierając oryginalnego netprotecta APC, urządzenie to zbudowane jest praktycznie dokładnie wg schematu 2.

W każdym razie należy pamiętać, że wszelkie tego typu "ustrojstwa" są rozwiązaniem połowicznym. Jeśli zbiera się na poważną burzę, lepiej i tak pójść i rozpiąć kable, by się nie okazało, że oprócz hub'a za 150 zł stracimy też netprotecta za 200 ;-)
A co jeśli piorun jednak trafi w kabel? No cóż, jeśli będziesz miał trochę tzw. szczęścia w nieszczęściu, to może kabel spali się szybciej, niż urządzenia ;-))) (na co bym osobiście nie liczył...)

http://www.hal.trzepak.net/faq/winxp/faqxp.html -strona główna FAQ XP