Строим локальную сеть

[ANGEL OF FIRE]

Строим локальную сеть
№1

После выхода весной 2003 года версии 1.0 версии данной статьи я был приятно удивлен интересом, что проявило Интернет-сообщество к моей работе. По ряду причин в первой версии я не смог изложить многое из того, что собирался. Все это послужило причиной разработки версии 2.0, где я решил исправить данные недостатки, а также дополнить новой теоретической информацией и практическими решениями.

0.1 Список используемых сокращений

МГц - Мегагерц
Мбит - Мегабит
Мб - Мегабайт
Гб - Гигабайт
кб - Килобайт
м - Метров
мин - Минут
с - Секунд
ОС - Операционная система
ПО - Программное обеспечение.
ЛВС - Локальная вычислительная сеть.
См. - Смотрите


0.2 Предупреждение!

Все описанные технические и программные решения проверялись на практике, однако я не могу гарантировать, что в вашей конкретной системе все будет работать именно так, как описано, особенно если речь идет о нестандартных сетевых проводниках или превышения официально максимальной допустимой длины отрезков сети. Также я не несу ответственности за любые материальные, моральные, или иные убытки, хотя всё нижеизложенное потенциально не несет опасности вашей компьютерной системе и здоровью, за исключением нескольких специально отмеченных манипуляций.

1.0 Введение

Когда я только начинал работу с локальными сетями, я понял, насколько масштабна эта тема. Различной информации в Интернет и печатных изданиях существует огромное количество, однако практически весь материал либо слишком сложен для понимания новичка, поскольку изобилует техническими терминами, спецификациями и стандартами, либо наоборот, сообщает лишь самые общие сведения. Именно с этим я столкнулся, когда попробовал построить свою первую сеть 5 лет назад.
Четко и внимательно следуя указанным рекомендациям, Вы сможете построить свою домашнюю локальную сеть, обустроить в ней работу, создать свой сервер, подключиться к Интернет и т.д. Здесь представлены наиболее простые и дешевые аппаратные и программные решения, а также готовые материалы, которые вы сможете использовать для вашей сети. Многие решения были найдены долгим путем проб и ошибок.
Это руководство поможет при строительстве домашней сети. Если вы решите заняться созданием сетей, более серьезно, например, построить сеть в офисе, стоит ознакомиться со стандартами и специализированной литературой. Так как сеть предприятия обычно предъявляет более жесткие требования в отношении соблюдения стандартов, надежности, скорости и безопасности.

Совет: Если вы загорелись идеей строительства сети, не торопитесь бежать в ближайшую компьютерную фирму за аппаратурой, сначала дочитайте статью до конца.


1.1 Зачем нужна Локальная Вычислительная Сеть (ЛВС)?

Это типичный вопрос тех, кому вы предложите вступить в свою сеть, да и для себя стоит определиться, зачем тратить своё время, силы и деньги на подобный проект.

Какие же возможности открывает ЛВС?
1. Обмен информацией между членами сети: документами, фильмами, играми, музыкой, программами и т.д.
Скорость современных сетевых адаптеров позволяет совершенно свободно смотреть фильмы и слушать музыку с удалённого компьютера, даже не переписывая их себе на жесткий диск, а если это вдруг потребуется, то гигабайт данных можно переписать всего за 5-15 минут, в зависимости от скорости сети. Фактически, все компьютеры вашей сети объединяются в единую систему, что позволяет на порядок повысить интенсивность обмена информацией, к тому же очень удобно иметь постоянное соединение при совместной работе над каким-либо проектом (разработка web-сайтов, видеороликов, программного обеспечения и т.д.).

2. Возможность совместно использовать такое оборудование как принтеры, CD-RW/DVD/DVD-RW.
Единственное ограничение - согласие владельца устройства на его использование, кроме того, вам все равно придется зайти за отпечатанными листами/дисками. Если все компьютеры находятся в переделах одного помещения, то все намного проще.

3. Совместное использование и оплата канала доступа в интернет.
Когда канал доступа в интернет достаточно широк - выделенная линия или ADSL, то даже при одновременном доступе большого количества пользователей ощутимого падения скорости не произойдет. При этом ваш телефон будет совершенно свободен, а для тех, у кого нет телефона, это вообще практически единственная возможность получить доступ в Сеть. Даже если у вас нет ресурсов на покупку выделенного канала, можно совместно использовать модемы. (См. Виды доступа в Интернет, Общий доступ в Интернет)

4. Совершенно новый уровень общения (Голосовая связь, видео и чат)
Это скорее не достоинство, а само собой вытекающее следствие из прокладки сети, ведь членам сети нужно как-то общаться между собой, а для этого есть множество программ. Использование, микрофонов и дешевых Web-камер позволяет легко осуществлять видеосвязь друг с другом. (См. Общение в локальной сети)

5. Мультиплатформность
С помощью ЛВС можно объединять компьютеры разных видов (Например: PC и Macintosh) и с любыми операционными системами поддерживающими протокол TCP/IP. (Разные версии Windows, Linux, и.т.д.).

6. Распределенные вычисления
Если вы работаете в 3DMax, Maya или любой другой подобной программе, вы сможете использовать сетевой рендерениг (когда над сценой работают все машины, объединенные в сеть) и во много раз ускорить скорость обработки кадров, особенно это важно при работе с рендеренными видеороликами высокого качества. Работа, ранее занимавшая несколько дней, будет выполняться за часы. Пожалуйста, обратитесь к документации вашего 3D программного пакета за дополнительными деталями относительно настройки программного обеспечения для сетевого рендеринга.

7. Сетевые службы
Создание системы терминалов, установка Windows по локальной сети, удаленное администрирование систем и многое другое.

8. Многопользовательские игры по локальной сети.
Практически все современные игры поддерживают тот или иной режим мультиплеер. Играть с другими людьми здорово, это даёт совершенно иные впечатления, появляется азарт, совершенно не присущий одиночной игре. Локальная сеть идеально подходит для разворачивания мультиплеер-баталий. Скорость связи несоизмеримо выше модемной и даже DSL, телефон всегда свободен, участвовать могут все члены сети, игра бесплатна. К тому же, если ваша ЛВС подключена к высокоскоростному каналу доступа в Интернет, никто не мешает вам поискать противников и во всемирной паутине, или даже сразиться целой командой, например с пользователями другой подобной сети.

2.0 Что нужно, чтобы проложить локальную сеть?

В первую очередь желание, причем не только ваше, но и всех тех, кто будет состоять в будущей сети. На самом деле, самое сложное в создании домашней сети вовсе не прокладка проводов и настройка оборудования. Самое сложное - убедить людей в том, что это здорово, и нужно всем. Чаще всего проекты прокладки домашних сетей упираются в банальную лень и непонимание. Многие просто до конца не осознают, что может дать им сеть, другие не хотят ничего сверлить, третьим не нравится сетевой кабель, который, как им кажется, портит весь интерьер. Если будущие члены сети - дети, то им могут запрещать родители. Кроме того, к вам совершенно не обязательно будут относиться с симпатией, равно как и к вашему проекту. Хорошо, если всех соседей вы давно знаете. А если нет? Вряд ли, когда вы начнёте звонить подряд во все квартиры и спрашивать "Есть ли у вас компьютер?", "Не хотите ли вступить в локальную сеть?", вас будет ждать особо теплый прием. Вообще, наилучший способ найти тех, с кем стоит тянуть сеть - это сначала поговорить с теми, кого вы знаете, а потом достать телефонный справочник и выяснить телефоны жильцов вашего и соседнего дома, а затем методично обзвонить их всех, предлагая вступить в вашу будущую сеть. Лучше всего говорить уверенным официальным тоном. Ещё может помочь печать объявлений о создании локальной сети и расклейка их по подъездам домов кандидатов. Все гораздо проще, если вы строите офисную сеть или сеть для личного пользования, например, объединяете компьютеры в пределах одной квартиры.
Скачать макет объявления (32,2 Кб)

Созданию сети, особенно крупной, помогает согласование проведения работ с эксплуатирующими организациями (такими как ЖЭК, ДЭЗ и т.п.) или владельцами здания, впрочем, это не всегда возможно, данные организации предпочитают работать с компаниями, а не с частными лицами. Так же это не всегда финансово оправдано, если вы строите небольшую сеть на несколько квартир.
Но, предположим, что все организационные моменты вы уже уладили. Вне зависимости от того, нужно ли вам объединить десятки компьютерных систем в нескольких зданиях или же просто соединить ноутбук и настольный компьютер, Вам понадобится:
Сетевой кабель – то, что собственно и связывает компьютеры между собой.
Сетевые карты - по одной для каждого участника сети.
Switch (Коммутатор) – если в сети участвует больше 2 компьютеров, то это устройство объединяет всю систему, к нему сходятся все сетевые кабели.

2.1 Сетевые кабели

Есть 3 основных сетевых проводника с массой вариаций. От выбора сетевого кабеля зависит тип сетевых карт и коммутатора, который вы будете использовать.

2.2 Витая Пара (Twisted Pair)

[IMG]http://img157.**************/img157/5015/pairbt6.jpg[/IMG]

В настоящее время это наиболее распространённый сетевой проводник. По структуре он напоминает многожильный телефонный кабель, имеет 8 медных проводников, перевитых друг с другом, и хорошую плотную изоляцию из поливинилхлорида (ПВХ). Обеспечивает высокую скорость соединения - до 100 мегабит/с (Около 10-12 Мб/Сек) или до 200Мбит в режиме full-duplex, см ниже. При использовании гигабитного оборудования достижимы скорости до 1000 Мбит (См. Сеть на 1000 мегабит (Gigabit Lan)).
Существует неэкранированная и экранированная витая пара, помимо обычной изоляции у второго типа витой пары существует защитный экран, по структуре и свойствам напоминающий фольгу. При соответствующем заземлении экранированная витая пара обеспечивает отличную защиту от электромагнитных помех, даже при проводке вблизи электрораспределительного щитка и линий высокого напряжения отмечалась стабильная работа сети на скоростях свыше 90 Мбит.
Кабель легко ремонтируется и наращивается с помощью обычной изоленты и ножниц. Несмотря на то, что по стандартам восстановлению повреждённый участок не подлежит, даже имея многочисленные участки восстановленных таким образом разрывов, сеть на витой паре работает стабильно, хотя скорость связи несколько падает. (См Если произошел обрыв кабеля/ наращиваем витую пару). Кроме этого, в основанных на витой паре сетях можно использовать различные нестандартные проводники, позволяющие получить новые характеристики и свойства сети. (См. Используем нестандартные проводники для витой пары). Витая пара продается в большинстве компьютерных фирм.
Помните, что обычная витая пара не предназначена для проводки на улице. Перепады температур, воздействие влаги и других природных факторов могут привести к постепенному разрушению изоляции и снижению её функциональных качеств, что, в конечном счете, приведет к выходу сегмента сети из строя. В среднем сетевой кабель выдерживает на открытом воздухе от 3 до 8 лет, причем скорость сети начнет падать задолго до полного выхода кабеля из строя. Для использования на открытом воздухе нужно использовать специальную витую пару для открытой проводки.


[IMG]http://img157.**************/img157/8758/pairoutdorvp1.jpg[/IMG]


Так же хорошо подходит для проводки на открытом воздухе кабель полевой П-296. Помимо того, что его изоляция не боится воды, высоких и низких температур, кабель сам по себе очень прочный (выдерживает нагрузку до 200 килограмм) и его можно протягивать без поддерживающего троса на длину до 100 метров. Неоспоримым достоинством является то, что используя П-296, можно обеспечивать устойчивую связь на сегменте сети до 500 метров. Если в вашем регионе сложно приобрести пару для уличной проводки или П-296, срок службы обычного сетевого кабеля можно увеличить в несколько раз, используя гофрированную трубку. Она защищает кабель от механических воздействий, воды, прямых солнечных лучей, однако увеличивает стоимость и массу сетевого проводника.


[IMG]http://img157.**************/img157/2006/tube2me3.jpg[/IMG]
Гофрированная трубка.

2.3 Full-Duplex

При соединении сетевого адаптера с коммутатором или же при непосредственном соединении коммутаторов между собой, возможно соединение в режиме Full-Duplex на скорости до 200 Мбит. При этом каждый узел одновременно передает и принимает кадры данных. На сегодня многие производители декларируют выпуск как сетевых адаптеров, так и коммутаторов с поддержкой этого режима. Однако, из за разных способов реализации, эти продукты не всегда корректно работают друг с другом. Проще всего добиться скорости 200 Мбит соединением двух сетевых карт одного производителя с декларированной поддержкой full-duplex.

2.4 Коаксиальный Кабель (Coaxial)

[IMG]http://img157.**************/img157/4472/coaxda6.jpg[/IMG]

Это один из первых проводников, использовавшихся для создания сетей. Содержит в себе центральный проводник, слой изолятора в медной или алюминиевой оплетке и внешнюю ПВХ изоляцию. Максимальная скорость передачи данных - 10 Мбит. Кабель достаточно сильно подвержен электромагнитным наводкам. В случае повреждения ремонтируется с трудом (требуется пайка и тщательная изоляция), но даже после этого восстановленный участок работает медленно и нестабильно: появляются искажения электромагнитных волн, распространяющихся в коаксиальном кабеле, что приводит к потерям информации.
В настоящее время коаксиальный кабель в основном используется в качестве проводника сигнала спутниковых тарелок и прочих антенн. В локальных сетях применяется кабель с волновым сопротивлением 50 Ом, а для передачи TV сигнала - 75 Ом, они не совместимы между собой. В современных компьютерных сетях использование коаксиального кабеля, как правило, не оправданно, и в этой статье рассматриваться не будет.

2.5 Оптоволоконный кабель (Optic Fiber)

[IMG]http://img157.**************/img157/9619/opticfibreuj7.jpg[/IMG]

Кабель содержит несколько световодов, хорошо защищенных пластиковой изоляцией. Он обладает сверхвысокой скоростью передачи данных (до 2 Гбит), и абсолютно не подвержен помехам. Расстояние между системами, соединенными оптиковолокном, может достигать 100 километров. Казалось бы, идеальный проводник для сети найден, но стоит оптический кабель чрезвычайно дорого (около 1-3$ за метр), и для работы с ним требуется специальные сетевые карты, коммутаторы и т.д. Без специального оборудования оптоволокно практически не подлежит ремонту.
Данное соединение применяется для объединения крупных сетей, высокосортного доступа в Интернет (для провайдеров и крупных компаний), а также для передачи данных на большие расстояния. В домашних сетях, если требуется высокая скорость соединения, гораздо дешевле и удобнее воспользоваться гигабитной сетью на витой паре.

2.6 Сравнительные характеристики сетевых проводников

[IMG]http://img243.**************/img243/9864/antonpb0.jpg[/IMG]

*- Передача данных на расстояния, превышающие стандарты, возможна при использовании качественных комплектующих.

**- Подробнее смотрите раздел: Используем нестандартные проводники для витой пары

Пожалуй, очевидно, что по характеристикам и стоимости, для использования в домашних сетях, оптимальной является витая пара.

Все вышеперечисленные сетевые проводники можно приобрести в Интернет-магазине Сolan.ru, это особенно актуально в отношении витой пары для уличной проводки, так в некоторых регионах её сложно достать.

3.0 Устройство Сетевой Карты

Сетевые карты отвечают за передачу информации между единицами сети. Любая сетевая карта состоит из разъема для сетевого проводника и микропроцессора, что кодирует/декодирует сетевые пакеты, а так же вспомогательных программно-аппаратных комплексов и служб. Каждая карта имеет свой Mac адрес - уникальный идентификатор устройства.

[IMG]http://img243.**************/img243/9339/langi8.jpg[/IMG]



3.1 PCI BUS-Mastering

Данная функция относится не только к сетевым картам, и означает возможность пересылки данных устройством, без участия центрального процессора. С чисто практической точки зрения наличие Bus Mastering означает, что у вас будет меньше тормозить система при копировании данных по сети. При этом на сетевой карте должны быть распаяны схемы, позволяющие осуществлять прямую передачу информации, это усложняет конструкцию и повышает стоимость адаптера. Поэтому на некоторых дешевых сетевых адаптерах Bus Mustering отсутствует, чем-то это напоминает различие программных и аппаратных модемов. По возможности стоит приобретать сетевые карты, поддерживающие данную функцию, особенно на слабых системах, а так же на сервере, ему процессорные мощности пригодятся для других задач.

PHP код:

Совет: На некоторых сетевых картах имеется дополнительный сопроцессор, выполняющий основные функции по обработке сетевых пакетов, призванный дополнительно разгрузить CPU, однако по умолчанию в Windows 2000/XP он не задействован. Чтобы включить его, надо в разделе реестра
HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters создать dword-параметр "DisableTaskOffload" и присвоить ему значение 0.
Или просто скачайте и подключите следующую ветку реестра: Lan_Cpu_setup.zip 


3.2 BootRom

Возможность загрузки системы по сети заложена в виде Boot Rom сетевой карты. Это микросхема энергонезависимой памяти, где хранится код загрузчика.
Он выполняет поиск в сети сервера и запрашивает у него IP адрес, а так же путь, где можно получить образ операционной системы. После того, как образ загружен и размещен в оперативной памяти, дальнейшее управление загрузкой передается ему, точно так же, как при работе с обычной загрузочной дискетой или диском. Таким образом, при соответствующей настройке, ПК может работать вообще без жёсткого диска. Загрузка через сеть настраивается в BIOS материнских плат, которые поддерживают данную функцию. У дешёвых сетевых карт BootRom либо отсутствует вообще, либо под него есть разъем, но нет самой микросхемы. Как правило, эта функция в домашних сетях не требуется. BootRom применяется для создания системы терминалов, а так же реализации службы удаленной установки Windows.

3.3 Wake-on-Lan

Wake-on-lan - включение удалённой системы через сеть. Адаптер отслеживает сетевой траффик в ожидании специального Wake-пакета и при его получении пробуждает систему. При этом требуется, чтобы компьютер был с ATX-блоком питания, в настройках BIOS была разрешена активация компьютера по запросу с порта, на который установлена карта. Сетевая карта должна быть соединена соответствующим 3-жильным шнуром с Wol-разъемом на материнской плате. Местоположение разъема Wol различно на разных материнских платах, так что если не можете его найти, почитайте инструкцию. Если адаптер не комплектуется Wol-шнуром, вы можете купить его отдельно или сделать самостоятельно.

[IMG]http://img149.**************/img149/8008/lanwoluf4.jpg[/IMG]
3 контактный WOL шнур - Разъем Wake-On-Lan на материнской плате - Разъем WOL с установленным кабелем.



В современных материнских платах с поддержкой PCI 2.2, WOL-провод не требуется, так как коммутация осуществляется напрямую. Для успешного пробуждения системы важно что бы работа компьюетра была именно завершена "Пуск" -> "Выключить компьютер" или кратковременным нажатием клавиши Power на системном блоке, в случае если система выключена принудительно пробуждение невозможно.

PHP код:

Совет: Вместо полного отключения системы можно пользоваться Спящий режим. При этом режиме напряжение сохраняется только на материнской плате, отключаются жесткие диски, CPU, периферийные устройства, вентиляторы. Данный режим более удобен, так как можно быстро вернуться к работе, не проходя весь цикл загрузки, при этом документы и программы будут именно в том виде, в каком вы их оставили. Кроме Спящего существует, Ждущий режим отличается тем, что питание поддерживается так же на блоках оперативной памяти, что ускоряет процедуру "пробуждения системы". Задействовать и настроить "Спящий/Ждущий" режим в Windows можно в свойствах экрана в закладке "Заставка" раздел "Питание". 


3.4 WakeUP

[IMG]http://img149.**************/img149/5272/wakeupeg8.gif[/IMG]

Если просто обратиться к отключенной системе по сети, то ничего не произойдет, проводник выдаст ошибку, а команда пинг не получит отклика. Сетевой адаптер в спящем режиме реагирует только на Wake пакет который состоит из Mac адреса сетевой карты, повторенного 16 раз, а так же синхросигнала 12 F символов. Обычными средствами проводника такой сигнал отправить нельзя. Для этого существует удобная программа WakeUp, она отсылает wake пакеты на указанные IP адреса. Все что требуется для работы программе это Mac адреса сетевых карт, их можно получить средствами самой WakeUp или с помощью удобной утилиты TCP Netview. Чтобы не тратить каждый раз время на запрос Mac адреса, укажите их вручную, для этого необходимо отредактировать файл IP.cache и указать в строках соответствие IP и Mac адресов. WakeUP поддерживает работу с командной строкой. "Wakeup.exe 1 2 3 10 11" цифры - это номера компьютеров, которые необходимо активировать. Удобно создать ярлык и одним кликом активировать целый компьютерный зал.


3.5 Сетевые карты USB

[IMG]http://img149.**************/img149/641/usblan1fz5.jpg[/IMG]

По сути представляют собой переходник USB<>LAN

Эти карточки имеют схожие функции со своими PCI-аналогами, но стоят, как правило, дороже. Их главным достоинством является универсальность: такой адаптер можно подключить к любой системе, где есть USB-порт (ноутбуки, barebone системы, и т.д.). Ещё это весьма актуально, когда в наличии нет свободного PCI разъема, что в наше время огромного количества периферийных устройств - не редкость. Сетевые карты USB обычно не имеют функции BootRom, а Wol можно настроить, если материнская плата поддерживает пробуждение при сигнале с USB-устройства. Сетевые карты USB бывают 10 и 100 мегабитными, вторые требуют наличия поддержки USB 2.0 у материнской платы, так как скорость порта USB 1.1 ограничена 12 Мбит/с.

3.6 Сетевые карты PCMCIA

[IMG]http://img149.**************/img149/9161/pcmciafl8.gif[/IMG]

Эти устройства актуальны для ноутбуков или других устройств, в которых нет сетевой карты, но есть разъем PCMCIA (некоторые модели КПК, например, RoverPC P6). Учитывая, что современные ноутбуки комплектуются сетевыми картами даже чаще, чем PCMCIA разъемами, потребность в таких устройствах возникает редко, обычно когда требуется установить 2 сетевые карты или подключить к сети устаревший ноутбук. По функциональности они схожи с обычными сетевыми картами, в операционной системе Windows XP настраиваются так же.

3.7 Встроенные сетевые карты

Во многие современные материнские платы сетевые карты уже встроены, так что стоит проверить, нет ли чего подобного у участников будущей сети или у вас самих. Если сетевая карта интегрирована в системную плату, то вы экономите PCI разъем. В некоторые материнские платы встроены гигабитные адаптеры, учитывая цены на гигабитное оборудование, это отличное дополнение. В некоторых Deluxe моделях есть даже сразу 2 сетевые карты. Это очень удобно, особенно если у вас в доме 2 компьютера, или Вы используете персональный компьютер и ноутбук, так как вам не придётся постоянно отключать и подключать сетевой кабель или покупать дополнительный коммутатор. Подробнее смотрите: Подключение типа мост

Продолжение следует....