Методика расчета конфигурации сети Fast Ethernet

Методика расчета конфигурации сети Fast Ethernet
Если говорить о сетевом оборудовании, то кроме кабелей, для установки Fast
Ethernet потребуются сетевые адаптеры для рабочих станций и серверов,
концентраторы 100BaseT и, возможно, некоторое количество коммутаторов
100BaseT.
Адаптеры, необходимые для организации сети 100BaseT, носят название
адаптеров Ethernet 10/100 Мбит/с. Они способны самостоятельно отличать
скорость 10 Мбит/с от 100 Мбит/с.
В сетях Fast Ethernet любой источник кадров данных для сети: сетевой адаптер,
порт моста, порт маршрутизатора, модуль управления сетью и др. относят к
определенной категории оборудования, которая называется - DTE (Data Terminal
Equipment) или по-русски аппаратура передачи данных (АПД).
Каждый кадр, который вырабатывает такое устройство для разделяемого
сегмента - это новый кадр. Так, к примеру, если мост (коммутатор) передает через
свой выходной порт кадр, который поступил в свое время от подключенного к нему
сетевого адаптера, то для сегмента сети, к которому подключен этот выходной порт,
этот кадр является новым.
Порт повторителя не является DTE, так как он просто побитно повторяет на
выходе, то, что получает на входе, то есть повторяет уже появившийся в сегменте
кадр.
Правила корректного построения сегментов сетей Fast Ethernet включают:

ограничения на максимальные длины сегментов, которые соединяют
устройства-источники кадров (соединение DTE- DTE);

ограничения
на
максимальные
длины
сегментов,
соединяющих
устройства-источники кадров (DTE) с портом повторителя;

ограничения на общий максимальный диаметр сети;

ограничения на максимальное число повторителей и максимальную
длину сегмента, соединяющего повторители.
В типичной конфигурации сети Fast Ethernet несколько устройств-источников
кадров (DTE) подключается к портам повторителя, образуя сеть топологии звезда.
Соединения DTE-DTE в разделяемых сегментах не встречаются, 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 IEEE 802.3u определяет следующие максимальные значения
сегментов, которые соединяют устройства-источники кадров (DTE-DTE)
Стандарт
Тип кабеля
Максимальная длина
сегмента
100Base-TX
Category 5 UTP
100 метров
100Base-FX
100Base-T4
многомодовое оптоволокно
62.5/125 мкм
Category 3,4 или 5 UTP
412 метров (полудуплекс)
2 км (полный дуплекс)
100 метров
Теперь поговорим об использовании повторителей в сетях Fast Ethernet.
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.
Таким образом, повторители класса I позволяют выполнять передачу
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 Fast Ethernet: 100Base-TX, 100Base-FX и 100Base-T4.
Повторители класса II имеют либо все порты 100Base-T4, либо порты
100Base-TX и 100Base-FX, так как последние оба используют один и тот же
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 передачи различных систем
сигнализации. Величина этой задержки распространения для одного повторителя
класса I равна - 70 bt.
Повторители класса II вносят меньшую задержку при передаче сигналов:
46 bt для портов TX/FX и 33,5 bt для портов Т4.
Поэтому максимальное число повторителей класса II в одном домене коллизий
определили - 2.
Причем допустимое расстояние между этими двумя повторителями, по
соответствию выполнения условия допустимого PDV, можно выбирать не больше 5
метров.
Итак, максимальное число повторителей класса II в домене коллизий 2, причем они соединяются между собой кабелем не длиннее 5 метров.
Условие не длиннее 5-ти метров на самом деле универсальное, справедливое
для всех типов конфигураций, но если произвести необходимые расчеты, то можно
показать, что для некоторых конфигураций это расстояние может быть и больше. С
другой стороны, если просто пользоваться именно этим ограничением, то вы
никогда не ошибетесь. Для того, чтобы проводить какие либо расчеты нам нужны
некоторые справочные данные для стандарта Fast Ethernet.
То, что в сети Fast Ethernet можно использовать небольшое количество
повторителей 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.
1. Сеть Fast Ethernet на основе концентраторов II класса
Сеть Fast Ethernet максимальной длины строится на концентраторах II класса,
которые вносят меньшую задержку в PDV.
Однако, для расчета конкретной конфигурации сети нужно рассчитывать время
двойного оборота сети - PDV.
2. Сеть Fast Ethernet на основе концентраторов I класса.
Комитет 802.3 дает исходные данные для расчета времени двойного оборота
сигнала: это данные об удвоенных задержках, вносимых каждым элементом сети.
Кроме того, задержки, вносимые сетевыми адаптерами, учитывают
преамбулы кадров, поэтому
время двойного оборота при расчете конфигурации Fast Ethernet нужно
сравнивать с величиной 512 битовых интервала (bt), то есть со временем
передачи кадра минимальной длины без преамбулы.
Правила построения сети на основе повторителей класса I.
Максимальный диаметр сети,
Максимальная длина сегмента
Тип кабелей
Только витая пара (TX)
200 м ,
100 м
Только оптоволокно (FX)
272 м ,
136 м
Несколько сегментов на витой паре и один
на оптоволокне
260 м , 100 м (TX)
160 м (FX)
Несколько сегментов на витой паре и
несколько сегментов на оптоволокне
272 м , 100 м (TX)
136 м (FX)
Эти ограничения
показанными на рис. 1.
проиллюстрированы
типовыми
конфигурациями
сетей,
Рис. 1. Пример построения сети Fast Ethernet с помощью повторителей класса I
Таким образом, правило 4-х хабов превратилось для технологии Fast
Ethernet в правило одного или двух хабов, в зависимости от класса хаба.
Для повторителей класса I PDV можно рассчитать следующим образом:
Задержки, вносимые прохождением сигналов по кабелю, рассчитываются на
основании данных таблицы, в которой учитывается удвоенное прохождение сигнала
по кабелю.
Тип
кабелей
Удвоенная задержка в
bt на 1м
Удвоенная задержка на кабеле
максимальной длины
UTP Cat 3
1,14bt
114bt (100м)
UTP Cat 4
1,14bt
114bt(100м)
UTP Cat 5
1,112bt
111,2 bt(100м)
STP
1,112 bt
111,2 (100м)
1,0 bt
412 (412м)
Оптоволокно
Все задержки, приведенные в таблице, даны для наихудшего случая.
Задержки, которые вносят два взаимодействующих через повторитель сетевых
адаптера (или порта коммутатора), берутся из другой таблицы.
Тип сетевых адаптеров
Максимальная задержка при двойном обороте
Два адаптера TX/FX
100bt
Два адаптера T4
138 bt
Один адаптер TX/FX и один Т4
127 bt
Промежуточное оборудование
Репитер (концентратор) класса I
Максимальная задержка при
двойном обороте
140
Репитер (концентратор) класса II с портами
TX/FX
92
Репитер (концентратор) класса II с портами Т4
67
Если известны временные характеристики конкретных кабелей,
концентраторов и адаптеров, то практически всегда лучше использовать
именно их. В ряде случаев это может дать заметную прибавку к допустимому
размеру сети!!!
Используя все данные из таблиц, можно рассчитать время двойного оборота
для произвольной конфигурации сети. И если получившееся значение меньше
512, значит, по критерию распознавания коллизий сеть является
корректной.
Комитет 802.3 рекомендует оставлять еще запас в 4 bt для устойчиво
работающей сети, но разрешает выбирать эту величину из диапазона от 0 до 5 bt.
Для примера рассчитаем рекомендуемую в таблице конфигурацию сети,
состоящую из одного повторителя и двух оптоволоконных сегментов длиной по 136
метров (рис.3).
Каждый сегмент вносит задержку по 136 bt, пара сетевых адаптеров FX 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
в этом случае принят равным 0.
Естественно, в данном случае важна только суммарная длина обоих кабелей.
При уменьшении длины какого-нибудь из сегментов можно без потери
работоспособности увеличить на точно такую же величину длину другого сегмента.
Таким образом, мы научились с помощью справочных данных рассчитывать
корректную конфигурацию сетей Fast Ethernet.
Еще раз напоминаю, что для определения корректной конфигурации сети
можно не руководствоваться правилами одного или двух хабов, а нужно
рассчитывать время двойного оборота сети PDV.
Самое главное как для расчета конфигурации сетей классического Ethernet,
так и сетей Fast Ethernet определять выполнение критерия распознавания
коллизий. Все остальные правила и ограничения (1024 узла, 2500 м, 5-4-3, 5 метров
между повторителями класса II, и т.п.) помогают подобрать оптимальную
конфигурацию сети, но они не являются строгими критериями.
Ограничения длины кабеля
В сетях 100Base-TX уровень сигнала не так важен по сравнению со временем
распространения сигналов. Механизм CSMA/CD в сети Fast Ethernet работает так же, как в
сети Ethernet 10 Мбит/с, и пакеты имеют аналогичный размер, но их скорость
распространения через среду передачи в десять раз выше. Из-за того, что механизм
детектирования коллизий остался тем же, системы все еще должны выявлять возникновение
коллизии прежде, чем истечет время состязания (то есть прежде, чем будут переданы 512
байт данных). Таким образом, поскольку трафик распространяется быстрее, временной
зазор уменьшается, и максимальная длина сети также должна быть сокращена, чтобы
выявление коллизий происходило безошибочно. По этой причине предельная общая длина
сети 100Base-TX примерно составляет 210 м. Это значение необходимо соблюдать намного
более жестко, чем максимум в 500 м для сети 10Base-T.
Когда планируется сеть, необходимо учитывать тот факт, что требование стандарта Fast
Ethernet к максимальной длине сегмента кабеля в 100 м включает в себя всю длину кабеля,
соединяющего компьютер с концентратором. Если кабельная разводка внутренняя и
заканчивается на стороне компьютера настенной розеткой, а на стороне концентратора —
коммутационной панелью, то в длину сегмента необходимо включить коммутационные
кабели, соединяющие компьютер с розеткой и коммутационную панель с концентратором.
Спецификация рекомендует брать максимальную длину для сегмента кабеля внутренней
разводки, равной 90 м, оставляя 10 м для коммутационных кабелей.
Задача №1
Сеть состоит из двух повторителей класса II и сегментов различного
стандарта, как показано на рисунке. Расстояние между повторителями (B) и длины
сегментов A и C даны в таблице. В таблице также указано, какой стандарт кабеля
используется в данном сегменте.
Здесь максимальный размер зоны конфликта складывается из сегментов A, B и
С. Сегмент D тоже входит в зону конфликта, так как коммутатор также является
полноправным передатчиком пакетов сети. Поэтому длина сегмента D не может
превышать определенного размера.
Сегменты, отделенные от рассматриваемой зоны конфликта коммутатором,
никак не влияют на её работоспособность.
№
варианта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Все сегменты
стандарта
100Base-T4
100Base-FX
100Base-TX
100Base-T4
100Base-FX
100Base-TX
100Base-T4
100Base-FX
100Base-TX
100Base-T4
100Base-FX
100Base-TX
Длины сегментов, м
A
B
C
90
10
80
50
15
10
100
5
100
50
20
30
60
25
40
70
7
20
80
12
50
90
15
30
40
17
50
10
20
90
20
22
30
30
5
40
Определить максимальное расстояние D, на котором можно установить коммутатор.
Задача №2
Имеется повторитель класса I. К нему подключены сегменты Tx, T4 как показано
на рисунке.
Все длины сегментов A, B, C, D, E, F указаны в таблице.
№
варианта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
A
100
90
60
70
80
50
30
100
90
20
40
10
B
30
40
50
60
80
20
100
90
90
50
70
50
Длины сегментов, м
C
D
E
50
70
50
100
100
30
40
20
100
10
25
100
100
50
30
40
40
100
10
50
70
80
100
40
50
30
40
60
90
100
90
70
60
20
60
90
F
90
50
90
100
40
90
100
60
70
100
50
80
1. Проверьте, будет ли соответствовать данная сеть условиям корректной
сети.
Необходимо подключить к этой сети один сегмент оптики Fx.
2. Какая будет максимальная длина этого сегмента (х)?
Необходимо подключить дополнительно еще один сегмент Fx.
3. Вычислите максимальную длину и для этого сегмента Fx (y).
ПРИМЕЧАНИЕ
В каждой из задач имеется в виду, что при подключении нового сегмента, остальные
остаются работоспособными.
Задача №3
Сеть состоит из двух повторителей класса II и оптоволоконных сегментов, как
показано на рисунке. Расстояние между повторителями (E) и длины сегментов (A, B,
C, D) указаны в таблице.
№
варианта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
A
90
100
70
80
60
20
30
100
10
90
50
40
Длины сегментов, м
B
C
D
40
100
100
30
50
70
60
10
25
80
100
50
50
40
20
50
60
90
100
10
50
90
80
100
50
20
60
90
50
30
20
40
40
70
90
70
E
30
10
10
30
20
10
10
20
30
30
20
20
1. Проверьте, будет ли соответствовать данная сеть условиям корректной
сети.
Необходимо подключить поочередно сегметы с длинами X, Y, Z.
2. Вычислите максимально возможные длины для этих сегментов по
очереди (X, Y, Z).
4. Сделайте выводы после всех расчетов.