Пассивный хаб для витой пары

Сетевая карта Ethernet оснащена 8-контактным разъёмом 8P8C, в котором задействованы первый и второй, третий и шестой контакты. То есть всего четыре, поскольку разводка выполняется с учетом требований стандарта RJ45.

Hумерация выглядит следующим образом (на рисунке защёлка не видна, потому что находится с обратной стороны):

На пары контакты разделяются так: первый-второй и третий-шестой. При обжимании контактам должны соответствовать свитые между собой провода, проще говоря, те самые витые пары (словосочетание "витая пара", поскольку речь о сетевом кабеле, не совсем справедливо, фактически перед нами несколько витых пар, как правило, две или четыре). Перепутать пары вряд ли получится. Для удобства провода окрашивают в соответствующие оттенки: один из проводов цветной однотонный, другой – белый с полосками такого же цвета.

У интерфейса есть следующие особенности: действия одной из пар направлены в одну сторону, другой – в противоположную. Сетевые карты с более сложным устройством умеют одновременно работать в режиме передачи и приема информации (так называемый режим full duplex). Он достаточно удобен, но в нашем случае не используется, так как карта работает в полудуплексном режиме. Подключаясь, карта получает информацию от удалённого устройства о наличии режима full duplex. Если используется хаб, карта сразу понимает, что такого режима нет.

Полудуплексный режим функционирует иначе. Принцип вот какой: карта передаёт определенный объем информации, сигнал, зафиксированный на входе, даёт ей знать, что другая карта начала передавать информацию в тот же самый момент. Подобную ситуацию называют коллизией. Когда это происходит, карта останавливает передачу, затем повторяет её через небольшой промежуток времени, выбранный случайным образом. Есть почти 100-процентная уверенность в том, что вторая попытка передачи у кар т не совпадет по времени. Значит, "не успевшая" карта зафиксирует начало передачи, и настроится на прием информации, отложив передаваемую в соответствующий буфер до следующей попытки.

Из-за того, что сеть строится по стандартной топологии "общая шина", понятно, что передаваемые одним компьютером данные должны достичь всех остальных. Обеспечение передачи информации ложится на хаб. Но параллельно с этим есть еще одна задача: передаваемые данные не должны попасть на вход транслирующего их компьютера, иначе возникнет коллизия и он утратить способность передать вообще.

Исходя из этого, задача хаба формулируется так: он должен распространять передаваемые данные на все соединенные с ним компьютеры, за исключением передающего, чтобы избежать эха. Самым простым примером может служить соединение двух компьютеров. Здесь они просто подключаются напрямую: первый и второй к третьему и шестому соседнего. Дополнительно, благодаря двухсторонней поддержке карт, получаем full duplex.

Рассмотрим теперь случаи, когда параллельно соединены три компьютера, или даже больше, и также необходимо обеспечить невозвращение передаваемого сигнала.

В качестве примера возьмем резисторный мост, в котором четыре резистора одинакового сопротивления, размещенных в форме квадрата. Когда на противоположные вершины данного квадрата подается некий сигнал, возникает ситуация при которой разность потенциалов на незадействованных вершинах равняется нулю. Значит, если выход сетевухи компьютера подключить к противоположным вершинам, а вход – к оставшимся двум, которые тоже противоположны друг другу, сетевуха не распознает собственный сигнал, т.е. поставленная цель будет достигнута. На практике, а не в теории сигнал возможен – его можно определить разбросом сопротивлений резисторов. Следовательно, чем больше компьютером обслуживает пассивный хаб, тем юолее низким должен быть допустимый уровень разброса.

Сопротивление данных резисторов подбираются не случайно. При подключении омметра к любой паре противоположных вершин, нужно получить 100 ОМ. Данные эти – волновое сопротивление витой пары, которая применяется в Ethernet. Если сопротивление не будет равно 100 ОМ, непременно возникнут эффекты отражения сигнала, способные лишить сеть неработоспособности.

Практического применения "хаб на один компьютер" не имеет, устройство приведено лишь в качестве иллюстрации принципа работы.

Зная основы, можно переходить к рассмотрению работы хаба с N-ным числом компьютеров. В стандартном случае используется схема, которая с позиции каждого из интерфейсов (выхода и входа для определенного компьютера) представляет собой именно резистивный мост. Важный момент: входы всех прочих компьютеров подключены так, что сигнал, идущий от первого компьютера, хотя и ослабляется резистивным делителем все же доходит до конечного компьютера.

Простейший вариант, где используется подобная схема – кольцо из резисторов. Частный случай такого кольца – мост, в котором четыре резистора. Число 4 здесь очень важно, в «кольцевом» варианте количество резисторов рассчитывается по формуле N*4, а сопротивление, соответственно, обратно пропорционально числу резисторов, поскольку равно 100/N. Для нашего случая, где три компьютера, используется 12 резисторов с сопротивлением 33,3 ОМ каждый.

Устройство кольца тоже интересно. Каждый компьютер подключен к вершинам квадрата, причем стороны квадрата образуются равным количеством резисторов. Если компьютера три, подключение происходит в точках, отдаленных друг от друга тремя резисторами. Выход оказывается на противоположных вершинах, вход – на оставшихся, но и они противоположны. Остальные компьютеры подключаются со смещением, всякий раз на один резистор.

Если компьютеров больше, применять кольцо можно, но его эффективность уменьшается в разы. Для модели, где компьютера четыре, лучше взять трёхмерную фигуру с шестнадцатью вершинами (вряд ли ее название имеет принципиальное значение). Такая фигура складывается из двух пересекающих друг друга кубов одинакового размера, при этом их вершины как бы выступают из грани другого. Трехмерность – не предел, фигуры многомерны, если интерфейсов еще больше.

Примечание: нет необходимости монтировать 4-портовый хаб шарообразной формы. Достаточно печатной платы. Но как наглядное пособие или экзотическое украшение квартиры хаб-шар подходит идеально :-)

Количество интерфейсов в теории ничем не ограничено. Но на практике возникает вот какая проблема: в Ethernet-картах установлен фиксированный уровень входного сигнала, который, естественно, определяет предел длины кабеля. По стандарту это сто метров. Через определенное количество метров кабеля сигнал ослабевает вдвое. Представленная конструкция, в которой двенадцать резисторов уменьшает мощность сигнала на 33%. А если количество интерфейсов увеличивается, ослабление только растет. Избежать этого можно, добавив чувствительность или входной уровень в сетевухах. В любом случае нужно быть внимательным на всех этапах сборки "кольцевого" хаба. Неправильное подключение к кольцу может создать ситуацию, когда всё, кажется, работает, но в действительности ослабление будет превышено.