66808

Материал для расчета корректной конфигурации для сетей Ethernet и Fast Ethernet

Доклад

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Наиболее часто приходится проверять ограничения связанные с длиной отдельного сегмента кабеля а также количеством повторителей и общей длиной сети. Правила 543 для коаксиальных сетей и 4х хабов для сетей на основе витой пары и оптоволокна не только дают гарантии работоспособности сети но и оставляют большой запас прочности сети.

Русский

2014-08-27

3.24 MB

33 чел.

Материал для расчета корректной конфигурации

для сетей Ethernet и Fast Ethernet

Таблица 1

Общие ограничения для всех стандартов Ethernet

Номинальная пропускная способность

10 Мбит/с

Максимальное число станций в сети

1024

Максимальное расстояние между узлами в сети

2500 м (в 10Ваsе-FВ 2750 м)

Максимальное число коаксиальных сегментов в сети

5

Таблица 2

Параметры спецификаций физического уровня для стандарта Ethernet

10Ваse-5

10Base-2

10Base

10Ваse-F

Кабель

Толстый коаксиальный кабель RG-8 или RG-11

Тонкий коаксиальный кабель RG-58

Неэкраниро-ванная витая пара категорий 3, 4, 5

Многомодовый

волоконно-оптический кабель

Максимальная длина сегмента, м

500

185

100

2000

Максимальное расстояние между узлами сети (при использовании повторителей), м

2500

925

500

2500 (2740 для 10Ваse-FВ}

Максимальное число станций в сегменте

100

30

1024

1024

Максимальное число повторителей между любыми станциями сети

4

4

4

4 (5 для              10Ваsе-FВ)

Методика расчета конфигурации сети Ethernet

Соблюдение многочисленных ограничений, установленных для различных стандартов физического уровня сетей Ethernet, гарантирует корректную работу сети (естественно, при исправном состоянии всех элементов физического уровня).

Наиболее часто приходится проверять ограничения, связанные с длиной отдельного сегмента кабеля, а также количеством повторителей и общей длиной сети. Правила «5-4-3» для коаксиальных сетей и «4-х хабов» для сетей на основе витой пары и оптоволокна не только дают гарантии работоспособности сети, но и оставляют большой «запас прочности» сети. Например, если посчитать время двойного оборота в сети, состоящей из 4-х повторителей 10Ваsе-5 и 5-ти сегментов максимальный длины 500 м, то окажется, что оно составляет 537 битовых интервала. А так как время передачи кадра минимальной длины, состоящего вместе с преамбулой 72 байт, равно 575 битовым интервалам, то видно, что разработчики стандарта Ethernet оставили 38 битовых интервала в качестве запаса для надежности. Тем не менее, комитет 802.3 говорит, что и 4 дополнительных битовых интервала создают достаточный запас надежности.

Комитет IЕЕЕ 802.3 приводит исходные данные о задержках, вносимых повторителями и различными средами передачи данных, для тех специалистов, которые хотят самостоятельно рассчитывать максимальное количество повторителей и максимальную общую длину сети, не довольствуясь теми значениями, которые приведены в правилах «5-4-3» и «4-х хабов». Особенно такие расчеты полезны для сетей, состоящих из смешанных кабельных систем, например коаксиала и оптоволокна, на которые правила о количестве повторителей не рассчитаны. При этом максимальная длина каждого отдельного физического сегмента должна строго соответствовать стандарту, то есть 500 м для «толстого» коаксиала, 100 м для витой пары и т.д.

Чтобы сеть Ethernet, состоящая из сегментов различной физической природы, работала корректно, необходимо выполнение четырех основных условий:

1) количество станций в сети не более 1024;

2) максимальная длина каждого физического сегмента не более величины, определенной в соответствующем стандарте физического уровня;

3) время двойного оборота сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети не более 575 битовых интервала;

4) сокращение межкадрового интервала IPG (Path Variability Value, PVV) при прохождении последовательности кадров через все повторители должно быть не больше, чем 49 битовых интервала. Так как при отправке кадров конечные узлы обеспечивают начальное межкадровое расстояние в 96 битовых интервала, то после вхождения повторителя оно должно быть не меньше, чем 96 - 49 = 47 битовых интервала.

Соблюдение этих требований обеспечивает корректность работы сети даже в случаях, когда нарушаются простые правила конфигурирования, определяющие максимальное количество повторителей и общую длину сети в 2500 м.

Расчет PDV

Для упрощения расчетов обычно используются справочные данные IEЕЕ, содержащие значения задержек распространения сигналов в повторителях, приемопередатчиках и различных физических средах. В табл. 3 приведены данные, необходимые для расчета значения PDV для всех физических стандартов сетей Ethernet. Битовый интервал обозначен как bt.

Таблица 3

Данные для расчета значения PDV

Тип сегмента

База левого сегмента, bt

База промежуточного сегмента, bt

База правого сегмента, bt

Задержка среды на 1 м, bt

Максимальная длина сегмента, м

10Base-5

11,8

46,5

169,5

0,0866

500

10Base-2

11,8

46,5

169,5

0,1026

185

10Base-Т

15,3

42,0

165,0

0,113

100

10Base-FB

24,0

0,1

2000

10Base-FL

12,3

33,5

156,5

0,1

2000

FOIRL

7,8

29,0

152,0

0,1

1000

AUI (> 2 м)

0

0

0

0,1026

2+48

Комитет 802.3 старался максимально упростить выполнение расчетов, поэтому данные, приведенные в таблице, включают сразу несколько этапов прохождения. Например, задержки, вносимые повторителем, состоят из задержки входного трансивера, задержки блока повторения и задержки выходного трансивера. Тем не менее в таблице все эти задержки представлены одной величиной, названой базой сегмента.

Чтобы не нужно было два раза складывать задержки, вносимые кабелем, в таблице даются удвоенные величины задержек для каждого типа кабеля.

В таблице используются также такие понятия, как левый сегмент, правый сегмент и промежуточный сегмент. Поясним эти термины на примере сети, приведенной на рис. 1. Левым сегментом называется сегмент, в котором начинается путь сигнала от выхода передатчика конечного узла. На примере это сегмент 1. Затем сигнал проходит через промежуточные сегменты 2-5 и доходит до приемника наиболее удаленного узла наиболее удаленного сегмента 6, который называется правым. Именно здесь в худшем случае происходит столкновение кадров и возникает коллизия, что и подразумевается в таблице.

С каждым сегментом связана постоянная задержка, названная базой, которая зависит только от типа сегмента и от положения сегмента на пути сигнала (левый, промежуточный или правый). База правого сегмента, в котором возникает коллизия, намного превышает базу левого и промежуточных сегментов.

Кроме этого, с каждым сегментом связана задержка распространения сигнала вдоль кабеля сегмента, которая зависит от длины сегмента и вычисляется путем умножения времени распространения сигнала по одному метру кабеля (в битовых интервалах) на длину кабеля в метрах.

Расчет заключается в вычислении задержек, вносимых каждым отрезком кабеля (приведенная в таблице задержка сигнала на 1 м кабеля умножается на длину сегмента), а затем суммировании этих задержек с базами левого, промежуточных и правого сегментов. Общее значение PDV не должно превышать 575.

Так как левый и правый сегменты имеют различные величины базовой задержки, то в случае различных типов сегментов на удаленных краях сети необходимо выполнить расчеты дважды: один раз принять в качестве левого сегмента сегмент одного типа, а во второй — сегмент другого типа. Результатом можно считать максимальное значение PDV. В нашем примере крайние сегменты сети принадлежат к одному типу — стандарту 10Ваsе-Т, поэтому двойной расчет не требуется, но если бы они были сегментами разного типа, то в первом случае нужно было бы принять в качестве левого сегмент между станцией и концентратором 1, а во втором считать левым сегмент между станцией и концентратором 5.

Приведенная на рисунке сеть в соответствии с правилом 4-х хабов не является корректной — в сети между узлами сегментов 1 и 6 имеется 5 хабов, хотя не все сегменты являются сегментами 10Ваsе-FВ. Кроме того, общая длина сети равна 2800 м, что нарушает правило 2500 м. Рассчитаем значение PDV для нашего примера.

Левый сегмент 1: 15,3 (база) + 100 х 0,113 = 26,6.

Промежуточный сегмент 2: 33,5 + 1000 х 0,1 = 133,5.

Промежуточный сегмент 3: 24 + 500 х 0,1 = 74,0.

Промежуточный сегмент 4: 24 + 500 х 0,1 = 74,0.

Промежуточный сегмент 5: 24 + 600 х 0,1 = 84,0.

Правый сегмент 6: 165 + 100 х 0,113 = 176,3.

Сумма всех составляющих дает значение PDV, равное 568,4.

Так как значение PDV меньше максимально допустимой величины 575, то эта сеть проходит по критерию времени двойного оборота сигнала несмотря на то, что ее общая длина составляет больше 2500 м, а количество повторителей — больше 4-х.

Расчет РVV

Чтобы признать конфигурацию сети корректной, нужно рассчитать также уменьшение межкадрового интервала повторителями, то есть величину РVV.

Для расчета РVV также можно воспользоваться значениями максимальных величин уменьшения межкадрового интервала при прохождении повторителей различных физических сред, рекомендованными IЕЕЕ и приведенными в табл. 4.

Таблица 4 

Сокращение межкадрового интервала повторителями

Тип сегмента

Передающий сегмент, bt

Промежуточный сегмент, bt

10Ваsе-5 или 10Ваsе-2

16

11

10Вase-FВ

2

10Base-FL

10,5

8

10Base

10,5

8

В соответствии с этими данными рассчитаем значение РVV для нашего примера.

Левый сегмент 1 10Ваsе-Т: сокращение в 10,5 bt.

Промежуточный сегмент 2 10Ваsе-FL: 8.

Промежуточный сегмент 3 10Ваsе-FВ: 2.

Промежуточный сегмент 4 10Ваsе-FВ: 2.

Промежуточный сегмент 5 10Ваsе-FВ: 2.

Сумма этих величин дает значение РVV, равное 24,5, что меньше предельного значения в 49 битовых интервала.

В результате приведенная в примере сеть соответствует стандартам Ethernet по всем параметрам, связанным и с длинами сегментов, и с количеством повторителей.

(Олифер В.Г. Компьютерные сети, 2001 г. с. 215-219).

Методика расчета конфигурации сети Fast Ethernet

Ограничения длин сегментов DТЕ-DТЕ

В качестве DТЕ может выступать любой источник кадров данных для сети: сетевой адаптер, порт моста, порт маршрутизатора, модуль управления сетью и другие подобные устройства. Отличительной особенностью DТЕ является то, что он вырабатывает новый кадр для разделяемого сегмента (мост или коммутатор, хотя и передают через выходной порт кадр, который выработал в свое время сетевой адаптер, но для сегмента сети, к которому подключен выходной порт, этот кадр является новым). Порт повторителя не является DТЕ, так как он побитно повторяет уже появившийся в сегменте кадр.

В типичной конфигурации сети Fast Ethernet несколько DТЕ подключается к портам повторителя, образуя сеть звездообразной топологии. Соединения DТЕ-DТЕ в разделяемых сегментах не встречаются (если исключить экзотическую конфигурацию, когда сетевые адаптеры двух компьютеров соединены прямо друг с другом кабелем), а вот для мостов/коммутаторов и маршрутизаторов такие соединения являются нормой — когда сетевой адаптер прямо соединен с портом одного из этих устройств, либо эти устройства соединяются друг с другом.

Спецификация 1ЕЕЕ 802.3и определяет следующие максимальные длины сегментов DТЕ-DТЕ, приведенные в табл. 5.

Таблица 5

Максимальные длины сегментов DТЕ-DТЕ

Стандарт

Тип кабеля

Максимальная длина сегмента

100Ваsе-ТХ

Категория 5 UTP

100м

100Ваsе-FХ

Многомодовое оптоволокно 62,5/125 мкм

412 м (полудуплекс)

2 км (полный дуплекс)

100Ваsе-T4

Категория 3,4 или 5 UTP

100 м

       

Ограничения сетей Fast Ethernet, построенных на повторителях

Повторители Fast Ethernet делятся на два класса. Повторители класса I поддерживают все типы логического кодирования данных: как 4В/5В, так и 8В/6Т. Повторители класса II поддерживают только какой-либо один тип логического кодирования — либо 4В/5В, либо 8В/6Т. То есть повторители класса I позволяют выполнять трансляцию логических кодов с битовой скоростью 100 Мбит/с, а повторителям класса II эта операция недоступна.

Поэтому повторители класса I могут иметь порты всех трех типов физического уровня: 100Ваsе-ТХ, 100Ваsе-FХ и 100Ваsе-Т4. Повторители класса II имеют либо все порты 100Ваsе-Т4, либо порты 100Ваsе-ТХ и 100Ваsе-FХ, так как последние используют один логический код 4В/5В.

В одном домене коллизий допускается наличие только одного повторителя класса I. Это связано с тем, что такой повторитель вносит большую задержку при распространении сигналов из-за необходимости трансляции различных систем сигнализации — 70 bt.

Повторители класса II вносят меньшую задержку при передаче сигналов: 46 bt для портов ТХ/FХ и 33,5 bt для портов Т4. Поэтому максимальное число повторителей класса II в домене коллизий — 2, причем они должны быть соединены между собой кабелем не длиннее 5 метров.

Небольшое количество повторителей Fast Ethernet не является серьезным препятствием при построении больших сетей, так как применение коммутаторов и маршрутизаторов делит сеть на несколько доменов коллизий, каждый из которых будет строиться на одном или двух повторителях. Общая длина сети не будет иметь в этом случае ограничений.

В табл. 6 приведены правила построения сети на основе повторителей класса I.

Таблица 6

Параметры сетей на основе повторителей класса I

Тип кабелей

Максимальный диаметр сети, м

Максимальная длина сегмента, м

Только вита пара (ТХ)

200

100

Только оптоволокно (FХ)

272

136

Несколько сегментов на витой паре и один на оптоволокне

260

100 (TX)

160 (FХ)

Несколько сегментов на витой паре и несколько сегментов на оптоволокне

272

100 (ТХ)

136 (FХ)

Эти ограничения проиллюстрированы типовыми конфигурациями сетей, показанными на рис. 2.

Таким образом, правило 4-х хабов превратилось для технологии Fast Ethernet в правило одного или двух хабов, в зависимости от класса хаба.

При определении корректности конфигурации сети можно не руководствоваться правилами одного или двух хабов, а рассчитывать время двойного оборота сети, как это было показано выше для сети Ethernet 10 Мбит/с.

Как и для технологии Ethernet 10 Мбит/с, комитет 802.3 дает исходные для расчета времени двойного оборота сигнала. Однако при этом сама форма представления этих данных и методика расчета несколько изменились. Комитет предоставляет данные об удвоенных задержках, вносимых каждым элементом сети, не разделяя сегменты сети на левый, правый и промежуточный. Кроме того, задержки, вносимые сетевыми адаптерами, учитывают преамбулы кадров, поэтому время двойного оборота нужно сравнивать с величиной 512 битовых интервала (bt), то есть со временем передачи кадра минимальной длины без преамбулы.

Для повторителей класса I время двойного оборота можно рассчитать следующим образом.

Задержки, вносимые прохождением сигналов по кабелю, рассчитываются я основании данных табл. 7, в которой учитывается удвоенное прохождение сигнала по кабелю.

Таблица 7

Задержки, вносимые кабелем

Тип кабеля

Удвоенная задержка в bt на 1 м

Удвоенная задержка на кабеле максимальной длины

UTP Cat 3

1,14 bt

114 bt (100 м)

UTP Cat 4

1,14 bt

114 bt (100 м)

UTP Cat 5

1,112 bt

111,2 bt (100 м)

STP

1,112 bt

111,2 bt (100 м)

Оптоволокно

1,0 bt

412 bt (412 м)

Задержки, которые вносят два взаимодействующих через повторитель сетевых адаптера (или порта коммутатора), берутся из табл. 8.

Таблица 8

Задержки, вносимые сетевыми адаптерами

Тип сетевых адаптеров

Максимальная задержка при двойном обороте

Два адаптера ТХ/FХ

100 bt

Два адаптера Т 4

138 bt

Один адаптер ТХ/FХ и один Т4

137 bt

Учитывая, что удвоенная задержка, вносимая повторителем класса I, равна 140 можно рассчитать время двойного оборота для произвольной конфигурации, естественно, учитывая максимально возможные длины непрерывных сегментов кабелей, приведенные в табл. 7. Если получившееся значение меньше 512, значит по критерию распознавания коллизий сеть является корректной. Комитет 802.3 рекомендует оставлять запас в 4 bt для устойчиво работающей сети, но разрешает выбирать эту величину из диапазона от 0 до 5 bt.

Рассчитаем для примера рекомендуемую в таблице конфигурацию сети, состоящую из одного повторителя и двух оптоволоконных сегментов длиной 136 метров.

Каждый сегмент вносит задержку по 136 bt, пара сетевых адаптеров FХ дает задержку в 100 bt, а сам повторитель вносит задержку в 140 bt. Сумма задержек равна 512 bt, что говорит о том, что сеть корректна, но запас принят равным 0.

(Олифер В.Г. Компьютерные сети, 2001 г. с. 246-248).


Рис. 1. Пример сети
Ethernet, состоящей из сегментов различных физических стандартов

ис.2. Пример построения сети Fast Ethernet с помощью повторителей класса I


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

4450. Стены из сплошной кладки 152 KB
  Стены из сплошной кладки. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучить виды сплошной кладки из кирпича, керамических, бетонных и природных камней. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. Сплошную кладку выполняют из кирпича всех видов, керамических, бетонных и природных камней. Для обеспечения мо...
4451. Страховой рынок России 63.5 KB
  Страховой рынок России Понятие и структура страхового рынка Деятельность страховых агентов Деятельность страховых брокеров Маркетинг в страховании Страхование внешнеэкономической деятельности 1. Понятие и структура стра...
4452. Коммуникация как функция управления организацией 92 KB
  Введение. Коммуникации являются важнейшей составляющей в деятельности руководителя, поскольку коммуникации - это обмен информацией между людьми. Без обмена информацией они не могут вместе работать, формулировать задачи и решать их...
4453. История развития микропроцессоров 45.5 KB
  Все персональные компьютеры и растущее число наиболее современного оборудования работают на специальной электронной схеме, названной микропроцессором. Часто его называют компьютер в чипе. Современный микропроцессор- это кусочек кремния, который был ...
4454. Управление конфликтами 210.5 KB
  Введение. Чем отличаются 20 пауков в одной банке от 20 сотрудников в одном отделе? - Пауки могут съесть друг друга, но банка останется цела, а сотрудники сами останутся целы, но могут разнести вдребезги не только отдел, но и всю компанию. Руководить...
4455. Керамика. История стилей керамических изделий 2.2 MB
  История керамики Керамика принадлежит к древнейшим созданиям человека, рожденным из его жизненно необходимых потребностей. В первобытные времена ее производство определялось исключительно факторами пользы. Творческих за­мыслов сперва не было. Высоко...
4456. Органи державного регулювання митною справою і їх повноваження. Організаційна структура митної системи України 350 KB
  Органи державного регулювання митною справою і їх повноваження. Організаційна структура митної системи України Вступ Дотримуючись міжнародних правових норм, Україна розвиває власну систему митного регулювання. На основі головних законодавчих актів, ...
4457. Геометрические характеристики координатных осей 46 KB
  Геометрические характеристики координатных осей. Главные оси и главные моменты инерции При повороте осей координат центробежный момент инерции меняет знак, а следовательно, существует такое положение осей, при котором центробежный момент равен нулю....
4458. Экономический ущерб 95 KB
  Экономический ущерб Оценку экономического ущерба от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера затрудняет отсутствие единого подхода к содержанию данного показателя. Единственным законнодательным актом в нашей стране, в котором дается...