Celem laboratorium nr 6 jest zapoznanie się ze sposobami przygotowywania okablowania sieciowego zgodnie z obowiązującymi standardami. W trakcie zajęć wykonane zostaną kable sieciowe połączeniowe, następnie zostaną one przetestowane przy pomocy odpowiednich urządzeń testujących. Następnie utworzone zostaną połączenia pomiędzy komputerami przy użyciu wcześniej przygotowanych kabli. Po dokonaniu konfiguracji połączonych komputerów zostanie sprawdzone działanie zestawionego połączenia przy pomocy odpowiednich narzędzi. W pierwszej części dokumentu został przedstawiony wstęp teoretyczny oraz zasady przygotowywania okablowania.
Struktura sieci komputerowych, topologie sieci
1.1. Przypomnienie podstawowych pojęć:
Referencyjny model OSI:
Warstwa 7 Warstwa aplikacji Application layer
Warstwa 6 Warstwa prezentacji Presentation layer
Warstwa 5 Warstwa sesji Session layer
Warstwa 4 Warstwa transportowa Transport layer
Warstwa 3 Warstwa sieciowa Network layer
Warstwa 2 Warstwa łącza danych Data link layer
Warstwa 1 Warstwa fizyczna Physical laser
Uproszczony schemat komunikacji:
Na początek przypomnijmy sobie kilka terminów:
Protokół komunikacyjny - to zestaw zasad, reguł i konwencji określających mechanizmy wymiany informacji między komputerami połączonymi medium transmisyjnym.
Ramka (Frame) - to jednostka informacji, której źródłem i przeznaczeniem w modelu OSI jest warstwa łącza danych. Ramka jest zbudowana z nagłówka, danych i końcówki.
Pakiet (Packet) - to jednostka informacji, której źródłem i przeznaczeniem w modelu OSI jest warstwa transportowa, używająca bezpołączeniowej obsługi sieci.
Datagram - to jednostka informacji, której źródłem i przeznaczeniem w modelu OSI jest warstwa sieciowa, używająca bezpołączeniowej obsługi sieci.
Segment - to jednostka informacji, której źródłem i przeznaczeniem w modelu OSI jest warstwa aplikacji.
1.2. Sieci lokalne LAN
Na sieci lokalne LAN (Local Area Network) składają się elementy sprzętowe i oprogramowanie. Podstawowymi elementami sieci lokalnej są:
medium transmisyjne, np. skrętka, kabel ekranowany, światłowód,
mechanizm kontroli przesyłania informacji, który eliminuje konflikty pomiędzy użytkownikami, którzy jednocześnie chcą otrzymać dostęp do medium,
interfejs sieciowy urządzeń dołączonych do sieci, który wykonuje niezbędne testy i konwersje zakodowanych informacji.
Sieci lokalne LAN umożliwiają współdzielony dostęp użytkowników do tych samych zasobów (urządzeń, danych, aplikacji), wymianę plików, komunikowanie się pomiędzy użytkownikami za pomocą poczty elektronicznej i innych aplikacji.
Rodzaje sieci LAN:
Aktualnie stosowane są trzy podstawowe technologie sieci LAN:
technologia Ethernet,
technologia Token-Ring,
technologia FDDI (Fiber Distributed Data Interface)
Ethernet - rodzina technologii sieci lokalnych; trzy podstawowe kategorie to:
Ethernet i IEEE 802.3 - kilka specyfikacji sieci LAN, pracujących z maksymalną przepływnością 10 Mb/s.
Ethernet 100 Mb/s (Fast Ethernet) - specyfikacja, określająca sieci LAN pracujące z maksymalną przepływnością 100 Mb/s.
Ethernet 1000 Mb/s (Gigabit Ethernet) - określa sieci LAN pracujące z maksymalną przepływnością 1000 Mb/s (1 Gb/s).
Token-Ring. Technologia ta była opracowana przez firmę IBM w latach siedemdziesiątych i jest nadal z powodzeniem stosowana. W tej technologii stacje sieciowe podłącza się bezpośrednio do urządzeń MAU (Multistation Access Unit), które łączy się ze sobą w jeden pierścień.
FDDI. Technologia FDDI (Fiber Distributed Data Interface) jest obecnie stosowana głównie w sieciach szkieletowych. Cechą FDDI jest duża przepływność (100 Mb/s) i wysoka niezawodność. Medium transmisyjnym jest kabel światłowodowy. W tej technologii stosuje się topologię podwójnego pierścienia Pierwszy pierścień (Primary Ring) używany jest do transmisji danych, a drugi dodatkowy pierścień (Secondary Ring) jest nieczynny podczas normalnej pracy. W sieciach lokalnych jest to nadal rozwiązanie dosyć drogie w porównaniu z innymi technologiami.
Przykładowe metody komunikacji - sposób dostępu do medium komunikacyjnego sieci:
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) - Urządzenie transmituje wtedy gdy ma wyłączny dostęp do medium.W przypadku, gdy dwa urządzenia rozpoczną równolegle transmisję następuje kolizja. Po wykryciu takiego stanu urządzenia zaprzestają transmisji.Po losowo określonym odcinku czasu transmisja jest wznawiana. Ta metoda ogranicza efektywną długość magistrali do 2500 m (przy dłuższych odcinkach ten mechanizm przestaje działać).
Token Ring - Do przesyłu informacji służy specjalny pakiet Token. Urządzenie, aby wysłać informację musi wejść w posiadanie tego pakietu. Zmienia w nim jeden z bitów (przekształca w ramkę SFS - start of frame) i wysyła informację. Token jest przekazywany od stacji do stacji zgodnie z topologią. Pierścień logiczny odpowiada pierścieniowi fizycznemu. Możliwe jest ustawienie priorytetu.
Token Bus - Mechanizm zbliżony do poprzedniego z tym, że Token jest przekazywany w innej kolejności. O sekwencji decyduje adres urządzenia, a nie jego fizyczna lokalizacja. Pierścień logiczny nie odpowiada fizycznemu. W chwili obecnej metoda ta jest wykorzystywana sporadycznie.
1.3. Topologie sieci w warstwie fizycznej
Warstwa fizyczna - IEEE 802.3
10 Base 2 |
przewód koncentryczny (RG58 A/U) o maksymalnej długości segmentu 185m. Szybkość transmisji 10 Mb/s. Metoda CSMA/CD. |
10 Base 5 |
przewód koncentryczny o maksymalnej długości segmentu 500m, |
10 Base T |
skrętka o długości segmentu 100m. Wyróżniamy skrętki UTP, STP, ScTP. Szybkość transmisji 10 Mb/s. Metoda CSMA/CD. |
10 Base F |
kabel światłowodowy o maksymalnej długości do 2000 m. Wyróżniamy światłowody jednomodowe i wielomodowe. Szybkość transmisji 10 Mb/s. Metoda CSMA/CD. |
10 Broad 36 |
przewód koncentryczny (RG59/A/U/CATV) o maksymalnej długości segmentu 3600 m. Wykorzystywany do transmisji szerokopasmowej. Szybkość transmisji 10 Mb/s. Metoda CSMA/CD. |
100Base X |
skrętka o maksymalnej długości segmentu 100m. Szybkość transmisji 100 Mb/s. Metoda CSMA/CD. |
100VG-AnyLAN |
skrętka o maksymalnej długości 50m. Szybkość transmisji 100 Mb/s. Metoda dostępu z priorytetem na żądanie. Standard 802.12. |
Wyjaśnienie oznaczeń:
XXX Base YY - XXX - oznacza prędkość transmisji sieci w Mbps
„Base” - oznacza Baseband
„Broad” - oznacza Broadband
YY - oznacza wielokrotność długości segmentu x100 m
Na przykład:10 Base 5 oznacza sieć Baseband o szybkości transmisji do 10 Megabitów na sekundę o maksymalnej długości segmentu 200 metrów.
1.3. Rodzaje i kategorie kabli
Kabel koncentryczny (kabel niesymetryczny) - jest to kabel podobny do standardowego kabla anteny telewizyjnej RG58 A/U, RG58 C/U
Skrętka (kabel symetryczny) - jest to kabel, najczęściej miedziany składający się z kilku par żył skręconych ze sobą parami (od 2 do nawet kilku tysięcy par skręconych przewodów) umieszczonych we wspólnej osłonie. Nawa pochodzi od angielskiego Twistem Pair. Skręcenia żył mają na celu chronić przed przesłuchem. Skrętka zwana jest także w zależności od przepustowości np: 10BASE-T, 100BASE-T lub 1000BASE-T. Jest to w tej chwili najpopularniejsze medium transmisyjne. Skrętkę cechuje wysoka niezawodność i niewielkie koszty budowy sieci. Podział kabli:
Kategoria 1 - używany w telefonii
Kategoria 2 - transmisja danych do 4 Mb/s,
Kategoria 3 - transmisja danych do 10 Mb/s (10BaseT), 3-5 skręceń/stopę
Kategoria 4 - transmisja do 16 Mb/s (TR), 5-8 skręceń/stopę
Kategoria 5 - transmisja do 100-150 Mb/s (Fast Ethernet, FDDI, CDDI, 100VG-anyLAN), 8-10 skręceń/stopę
Są 2 rodzaje tego typu kabla: ekranowany (STP, FTP) i nieekranowany (UTP). Poniższe oznaczenia rozróżniają rodzaje skrętek:
UTP - Unshielded Twisted Pair - skętka nieekranowana
STP - Shielded Twisted Pair - skętka ekranowana
ScTP - Screened Twisted Pair - skrętka ekranowana
FTP - Foil tape screen Twisted Pair - skrętka ekranowana
Generalnie ekranowany posiada ekran i ma lepszej jakości pokrycie ochronne, co zapewnia mniejsze straty transmisji i daje większą odpornośc na zakłócenia. Jednak skrętka UTP jest nadal szeroko stosowana. Maksymalna długość połączeń dla UTP wynosi 100 m, natomiast dla STP 250 m. Limit ten można oczywiście przekroczyć używając repetera. Obydwa rodzaje skrętki posiadają impedancję 100 ohmów. Do karty sieciowej skrętkę przyłączą sie za pomocą złącza RJ-45. Złącza RJ11-14 są stosowane w telefonii. Poniżej jest kilka zdjęć kabli i złącz telefonicznych i sieciowych.
Na rysunku obok skrętka STP kategorii 5.
Wtyk RJ45 nieekranowany; ośmiokrotny z 8 stykami
Wtyk RJ11 telefoniczny sześciokrotny z czterema stykami
Adapter do sieci 100BaseT, 1 x wtyk RJ45 na 2 x gniazdo RJ45
Rodzaje medium transmisji w sieciach o różnych topologiach logicznych:
|
10Base T |
10Base 2 |
10 Base 5 |
Media |
Twisted Pair |
Coaxial |
Coaxial |
Topologia |
Gwiazda, Drzewo |
Bus |
Bus |
Długość segmentu |
100 m |
185 m |
457 m |
Liczba urządzeń /segment |
32 |
30 |
100 |
Liczba urządzeń /sieć |
1024 |
1024 |
1024 |
2. Łączenie komputerów kablem sieciowym
2.1. Budowa wtyczki i układ żył kabla
Najprostszym sposobem stworzenia sieci lokalnej jest połączenie dwóch komputerów posiadających karty sieciowe kablem. W zależności od kart sieciowych można to zrobić kablem typu koncentrycznego lub skrętką. W laboratorium są komputery wyposażone w karty przystosowane do skrętki. W związku z tym, aby połączyć dwa komputery przygotujemy kabel skrośny długości około 1 metra. Następnie przetestujemy poprawność jego wykonania przy pomocy testera.
Schemat i układ połączeń par żył w konektorze RJ45
1.biało-pomarańczowy
2.pomarańczowy
3.biało-zielony
4.niebieski
5.biało-niebieski
6.zielony
7.biało-brązowy
8.brazowy
W kablu typu skrętka do wysyłania ramek używana jest jedna para przewodów a do odbierania druga para przewodów. W związku z tym łączenie dwóch komputerów za pomocą zwykłego kabla przygotowanego do łączenia komputera z gniazdkiem sieciowym lub z koncentratorem, switchem czy hubem spowodowałoby, że obydwa komputery oczekiwałyby nadejścia ramek na tej samej parze przewodów. Aby uniknąć konieczności stosowania koncentratora należy wykonać tzw. kabel skrosowany lub skrośny (od angielskiego cross-over cable). Kabel taki ma zamienione miejscami dwie pary przewodów. Na jednym końcu kabla zaciskamy wtyczkę zgodnie z układem żył, tak jak dla normalnego kabla łączącego komputer z koncentratorem. Na drugim zaś końcu, zamieniamy pary przewodów w taki sposób, żeby sygnał wysyłany z jednego komputera na stykach 1 i 2 mógł być odbierany przez drugi komputer na stykach 3 i 6. Prawidłowy układ styków na dwóch końcówkach kabla skrośnego znajduje się na rysunku poniżej:
Druga wtyczka kabla krzyżowego (krosowanego):
1: biało-zielony
2: zielony
3: biało-pomarańczowy
4: niebieski
5: biało-niebieski
6: pomarańczowy
7: biało-brązowy
8: brązowy
2.2. Porady praktyczne
1. Przyciąć koniec kabla tak, żeby był równy na końcu.
2. Zdjąć ok 1 cm zewnętrznej izolacji z kabla przy instalowaniu do ośmioliniowych złączników (RJ-45). Nie należy zdejmować izolacji z poszczególnych przewodów.
3. Uformować właściwą konfigurację żył zgodnie z wybranym przeznaczeniem kabla.
4. Wetknąć kabel do wtyczki tak, aby kable dotykały dna;
5. Wstawić złącznik do szczypiec obciskowych, nadal przytrzymując przewody tak, aby były głęboko wewnątrz złącznika.
6. Zacisnąć szczypce.
3. Konfiguracja połączenia lokalnego
W systemie Windows właściwości połączeń każdej zainstalowanej karty sieciowej są dostępne w oknie Połączenia sieciowe. Okno to jest dostępne np. w panelu sterowania lub poprzez menu kontekstowe ikony Otoczenia Sieciowego (w zależności od wersji systemu Windows). Aby skonfigurować połączenie lokalne (Local Area Connection), należy kliknąć jego obiekt prawym przyciskiem myszy i wybrać pozycję Właściwości (Properties). Okno dialogowe Właściwości:Połączenie lokalne (Local Area Connection Properties) przedstawia wszystkie informacje o karcie sieciowej, klientach, usługach i protokołach połączenia lokalnego. Dodanie jednego składnika połączenia lokalnego, z wyjątkiem informacji o karcie sieciowej, spowoduje jego dodanie do wszystkich połączeń lokalnych.
W celu nawiązania łączności w sieci lokalnej opartej na protokole TCP/IP skonfigurujemy właściwości tego protokołu. W tym celu należy zaznaczyć składnik połączenia: Protokół internetowy (TCP/IP) i kliknąć przycisk Właściwości. Okno właściwości TCP/IP umożliwia ręczną konfigurację ustawień adresu IP, maski podsieci i bramy domyślnej. Domyślnie adres IP jest automatycznie uzyskiwany z serwera DHCP, jednak przyciskiem opcji przełącza się adres IP z otrzymywanego dynamicznie na statyczny.
W trakcie ćwiczenia wykorzystamy adresy IP klasy C wraz z odpowiednią maską podsieci. Pracując w parach należy skonfigurować na dwóch współpracujących ze sobą komputerach następujące ustawienia:
Adres IP komputera nr1: 192.168.1.2
Adres IP komputera nr2: 192.168.1.3
Maska podsieci: 255. 255. 255.0
Brama domyślna: 192.168.1.1
Po prawidłowym skonfigurowaniu i zapisaniu powyższych danych należy sprawdzić czy komputery mogą się ze sobą komunikować. W celu wykazania poprawności połączenia wystarczy użyć narzędzia ping. Natomiast przy użyciu narzędzi ipconfig lub ifconfig należy zaprezentować konfigurację interfejsów sieciowych.
SKiSO, lab. 6 |
studia dzienne magisterskie |
|
7 |
Wyszukiwarka