Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
КОМП’ЮТЕРНА МЕРЕЖА ТЕХНОЛОГІЇ ETHERNET МАСШТАБУ БУДИНКУ
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Кафедра електронних обчислювальних машин
Інформація про роботу
Рік:
2005
Тип роботи:
Курсова робота
Предмет:
Комп'ютерні мережі
Група:
КІ-44
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
Національний університет „Львівська політехніка”
Кафедра електронних
обчислювальних машин
Курсова робота
з дисципліни “Комп’ютерні мережі”
КОМП’ЮТЕРНА МЕРЕЖА ТЕХНОЛОГІЇ ETHERNET
МАСШТАБУ БУДИНКУ
Львів – 2005
Зміст
Вступ 3 1. Завдання на проектування 4 2. Теоретичні відомості 5 2.1 Мережні топології 5 2.2 Кабельні системи 7 2.3 Комунікаційні мережні засоби 7 2.4 Технологія Ethernet 9 2.5 Метод доступу до середовища CSMA/CD 11 2.6 Формати кадрів технології Fast Ethernet 12 2.7 Правила побудови мереж Fast Ethernet 13 2.8 Середовища передавання для 100 Мб/с Ethernet 14 2.9 Мережа 100Base-TX: основні властивості 14 2.10 Правила конфігурування для 100Base-T 16 3. Опис проекту мережі 19 4. Обрахунки працездатності мережі 21 4.1 Розрахунок PDV 22 4.2 Розрахунок PVV 22 5. Висновок 24 6. Список використаної літератури 25
Вступ
Швидкий розвиток інформаційних технологій зумовив широке використання комп’ютерних методів обробки інформації. Технологічні досягнення в галузі виробництва комп’ютерних компонентів дозволили навіть малим компаніям використовувати в своїй діяльності компю’терну техніку. Проте з ростом потреб виникає необхідність об’єднання комп’ютерів та комп’ютерних засобів в єдину інформаційну розподілену систему, яка забезпечить такі переваги для компанії, яка її використовує:
Можливість спільного (sharing) використання дорогих ресурсів (мережеві принтери, доступ до Internet, мережеві сховища даних та ін).
Покращення комунікацій
Покращення доступу до даних - можливість оперативного доступу до існуючих даних із будь-якої точки системи, ненадлишковість даних, захист та ін.
Швидке та якісне прийняття рішень
Свобода в територіальному розміщенні комп’ютерів
Усе це направлене для досягнення єдиної мети мінімізація затрат, зменшення терміну виходу нового продукту на ринок, а отже, збільшення прибутку.
Єдина інформаційна розподілена система включає в себе дві складові:
Апаратна (Локальна обчислювальна мережа, робочі станції, термінали, персональні комп’ютери, комп’ютерне обладнання та ін.)
Програмна (Мережеві: операційні системи, бази даних, системи прийняття рішень, службові програми та інше програмне забезпечення).
Метою даної роботи є створення локальної обчислювальної мережі, побудова її структури, визначення технології, кількості обладнання, розрахунок її параметрів та ін.
Усім попередньо викладеним вимогам відповідають мережі стандарту Ethernet. На даній технології й буде базуватися курсова робота.
1. Завдання на проектування
Розробити дворангову комп’ютерну мережу масштабу будівлі, використовуючи технологію Ethernet, виходячи з таких умов:
Базова технологія: Стандарти Ethernet 100Base-TХ
та Ethernet 100Base-T4
Кількість поверхів будинку: 1.
Кількість комп’ютерів в кімнаті: 10.
Кількість кімнат на поверсі: 5.
Площа кімнати: 42 м2.
Коридор: односторонній.
Ширина коридору: 3 м.
2. Теоретичні відомості
2.1 Мережні топології
Топологія „загальна шина”
Усі комп'ютери підключаються до одного кабеля. На його кінцях повинні бути розташовані термінатори (“заглушки”). Їхня наявність для мереж Ethernet обов’язкова. За такою топологією будуються 10 Мегабітні мережі Ethernet (10Base-2 і 10Base-5). Як правило використовуються коаксіальні кабелі. Це пасивна топологія, яка грунтується на використанні одного загального каналу зв'язку і колективного використання його в режимі розподілу часу. Порушення кабеля між термінаторами, або кожного з двох термінаторів, приводить до виходу з ладу ділянки мережі між цими термінаторами (тобто сегмента мережі). Відключення кожного з підключених пристроїв на роботу мережі не впливає. Несправність каналу зв'язку виводить з ладу всю мережу.
Усі комп'ютери в мережі “слухають” несучий сигнал і не беруть участі в обміні даними між двома комп’ютерами, які спілкуються. Пропускна здатність такої мережі знижується із збільшенням інформаційного навантаження а також при збільшенні кількості підключених комп’ютерів.
Для об'єднання окремих сегментів шини можуть використовуватися активні пристрої - повторювачі (repeaters) з окремим джерелом живлення.
В 100 Мбітних мережах Ethernet така топологія не застосовується.
Топологія “зірка”
В цьому випадку кожний комп'ютер ( або інший пристрій ) підключається окремим кабелем до окремого порту спеціального мережного пристрою, що утворює центр “зірки”, яким може бути концентратор (Hub), повторювач (Repeater), комутатор (Switch) або міст (Bridge).
Центр “зірки” може бути як активними, так і пасивними. Якщо між підключеним до мережі пристроєм і , наприклад, концентратором відбувається розрив з'єднання, то вся інша мережа продовжує працювати. Правда, якщо цим пристроєм був єдиний сервер, то відновити роботу мережі буде досить важко. При виході з ладу концентратора ( або іншого “центра”) мережа перестане працювати. Ця топологія має переваги при пошуку ушкоджень мережних елементів: кабеля, мережних адаптерів, з‘єднань та ін.. При підключенні нових пристроїв "зірка" також зручніша у порівнянні з топологією загальна шина. Як передаюче середовище використовуються скручена пара та оптоволоконні кабелі.
В теперішній час 100 і 1000 Мбітні мережі Ethernet будуються переважно за топологією "зірка".
Топологія “кільце”
Це активна топологія. Усі комп'ютери (робочі станції) в мережі зв'язані замкнутим фізичним кільцем. Прокладка кабелів між робочими станціями може виявитися досить складною і дорогою, якщо вони розташовані не по колу, а , наприклад, у лінію. В якості передаючого середовища в мережі можуть використовуватись всі існуючі види кабелів, але переважно скручена пара або оптоволокно. Повідомлення циркулюють по колу. Робоча станція може передавати інформацію іншій робочій станції тільки після того, як одержить право на передачу (тобто отримає “маркер”, спеціальний інформаційний кадр), тому колізії виключені. Інформація передається по фізичному кільцю від однієї робочої станції до іншої, тому при виході з ладу одного комп'ютера, якщо не приймати спеціальних заходів, вийде з ладу вся мережа. Час передачі повідомлень зростає пропорційно збільшенню кількості робочих станцій у мережі . Обмежень на діаметр кільця не існує, тому що він визначається тільки відстанню між станціями в мережі. В мережах Ethernet ця топологія не використовується.
Крім розглянутих вище, широко застосовуються так звані гибридні мережні топології: “зірка-шина”, “зірка-кільце”, “зірка-зірка”, “дерево”, які є розвитком “зірки”, та ін..
2.2 Кабельні системи
Категорії та класи кабелів
Частота, МГц
Швидкість передавання, Мбіт/с
Клас, категорія
Менше 1
1
16
20
100
100
200
600
До 20 Кбіт/с
1
16
20
100
1000
більше 1 Гбіт/с
1,А
2,В
3,С
4
5,Д
5+
6,Е
7,F
2.3 Комунікаційні мережні засоби
Повторювачі (Repeaters)
Для побудови найпростішої односегментної мережі досить мати мережні адаптери і кабель відповідного типу. Але навіть у цьому простому випадку часто використовуються додаткові пристрої - повторювачі сигналів (repeaters), які дозволяють подолати обмеження на максимальну довжину кабельного сегмента.
Основна функція повторювача - одержавши дані на одному із своїх портів негайно перенаправляти (forward) їх на інші порти. У процесі передачі даних на інші порти дані формуються заново, щоб виключити будь-які відхилення, що могли виникнути під час руху сигналу від джерела.
Повторювачі також можуть виконувати функцію, названу "поділ". Якщо визначено велику кількість колізій, що відбуваються на одному з портів повторювача, останній робить висновок, що відбулася аварія на сегменті, підключеному до цього порту, і ізолює такий сегмент від іншої мережі. Функція “поділ”, таким чином, запобігає поширенню помилок в одному сегменті на всю мережу.
Концентратори (Hubs)
Багатопортовий повторювач часто називають концентратором (hub, concentrator), тому що даний пристрій реалізує не тільки функцію повторення сигналів, але і функції об'єднання комп'ютерів та окремих сегментів в мережу. Практично в усіх сучасних мережних стандартах концентратор є необхідним елементом.
Концентратори утворюють з окремих фізичних відрізків кабеля загальне середовище передачі даних - логічний сегмент. Логічний сегмент також називають доменом колізій.
Мости (Bridges)
При використанні повторювачів максимальна довжина мережі складає 2500 метрів. Для подолання цього обмеження потрібні інші пристрої, так звані мости (bridge). Мости мають багато відмінностей від повторювачів. Повторювачі передають усі мережні пакети, а мости тільки ті, які потрібні в конкретному сегменті. Якщо пакет не треба передавати в інший сегмент, він фільтрується. Для мостів існують численні алгоритми (правила) передачі і фільтрації пакетів. Мінімальною вимогою є фільтрація пакетів за адресою одержувача.
Іншою важливою відмінністю мостів від повторювачів є те, що сегменти, підключені до повторювача, утворюють одне передаюче середовище, яке розділяється, а сегменти, підключені до кожного порту моста утворюють своє окреме середовище.
При використанні моста користувачі одного сегмента розділяють смугу перепускання, а користувачі різних сегментів використовують незалежні середовища. Отже, міст забезпечує переваги як з погляду розширення мережі, так і забезпечення більшої смуги перепускання для кожного користувача.
Комутатори (Switches)
Зменшення числа вузлів в мережі називається сегментацією. Вона здійснюється за рахунок поділу великої мережі на менші частини - сегменти. Оскільки користувачам, як правило, необхідно мати доступ до ресурсів всіх сегментів, потрібні механізми забезпечення міжсегментного обміну з досить високою швидкістю. Пристрої, які називаються комутаторами, надають такі можливості.
Комутатори подібно мостам і маршрутизаторам здатні сегментувати мережі. Як і багатопортові мости, комутатори передають пакети між портами на основі адреси одержувача, яка включена до кожного пакета. Реалізація комутаторів звичайно відрізняється від мостів у частині можливості організації одночасних з'єднань між будь-якими парами портів пристрою - це значно розширює сумарну пропускну здатність мережі. Більше того, мости у відповідності із стандартом IEEE 802.1d, повинні прийняти весь пакет до того моменту, як він почне передаватись адресату, а комутатори можуть почати передачу пакета, не прийнявши його повністю.
Віртуальні з'єднання. Комутатор Ethernet підтримує внутрішню таблицю, яка зв'язує порти з адресами підключених до них пристроїв. Цю таблицю адміністратор мережі може створити самостійно або задати її автоматичне створення засобами комутатора.
Маршрутизатори (Routers)
Маршрутизатор (router) дозволяє організовувати в мережі надлишкові зв'язки, які утворюють петлі. Це стає можливим тому, що маршрутизатор приймає рішення про передачу пакетів на підставі більш повної інформації про зв'язки у мережі, ніж міст чи комутатор. Маршрутизатор має у своєму розпорядженні базу топологічної інформації, яка містить дані про те, наприклад, між якими підмережами деякої мережі існують зв'язки і в якому стані (працездатному чи ні) вони знаходяться. Маючи таку інформацію, маршрутизатор може вибрати один з декількох можливих маршрутів доставки пакета адресату. У даному випадку під маршрутом розуміють проходження пакетом послідовності з декількох маршрутизаторів. На відміну від моста/комутатора, який не володіє інформацією про те, як зв'язані сегменти мережі за межами його портів, маршрутизатор аналізує всі існуючі зв'язки підмереж, тому він може вибрати оптимальний за деяким критерієм маршрут при наявності декількох альтернативних маршрутів. Рішення про вибір того чи іншого маршруту приймається кожним маршрутизатором, через який проходить пакет.
Робота маршрутизаторів залежить від мережних протоколів і визначається зв'язаною з протоколом інформацією, переданої в пакеті. Подібно мостам, маршрутизатори не передають адресату фрагменти пакетів при виникненні колізій. Маршрутизатори зберігають пакет повністю у своїй пам'яті перед тим, як передати його адресату, отже, при використанні маршрутизаторів пакети передаються з затримкою. Маршрутизатори можуть забезпечувати смугу перепускання, яка дорівнює перепускній здатності каналу, але для них характерна наявність внутрішнього блокування. На відміну від повторювачів, мостів і комутаторів маршрутизатори змінюють усі передані пакети.
2.4 Технологія Ethernet
Ethernet - це найпоширеніший на сьогоднішній день стандарт локальних мереж . Загальна кількість мереж, що працюють по протоколу Ethernet у даний час, оцінюється в 5 мільйонів, кількість комп'ютерів з установленими мережними адаптерами Ethernet — у 50 мільйонів.Коли говорять Ethernet, то під цим звичайно, розуміють будь-який з варіантів цієї технології. У більш вузькому змісті Ethernet — це мережний стандарт, заснований на експериментальній мережі Ethernet Network, що фірма Xerox розробила й реалізувала в 1975 році. Метод доступу було випробувано ще раніще: у другій половині 60-х років у радіомережі Гавайського університету використовувалися різні варіанти випадкового доступу до загального радіосередовища, що одержали загальну назву Aloha. B 1980 році фірми Dес, Intel та Xerox спільно розробили й опублікували стандарт Ethernet версії II для мережі, побудованої на основі коаксіального кабелю, що став останньою версією фірмового стандарту Ethernet Тому фірмову версію стандарту Ethernet називають стандартом Ethernet DIX або Ethernet II.
Технологія Fast Ethernet є еволюційним розвитком класичної технології Ethernet. 10-мегабітний Ethernet влаштовував більшість користувачів протягом близько 15 років. Проте на початку 90-х років почала відчуватися його недостатня пропускна здатність. Якщо для комп'ютерів на процесорах Intel 80286 чи 80386 із шинами ISA (8 Мбайт/с) чи EISA (32 Мбайт/с) пропускна здатність сегмента Ethernet складала 1/8 чи 1/32 каналу "пам'ять - диск", то це добре узгоджувалося із співвідношенням обсягів локальних даних і зовнішніх даних для комп'ютера. Тепер же в потужних клієнтських станцій із процесорами Pentium чи Pentium PRO і шиною PCI (133 Мбайт/с) ця частка впала до 1/133, чого явно недостатньо. Тому багато сегментів 10-Мегабітного Ethernet'а стали перевантаженими, реакція серверів на них значно упала, а частота виникнення колізій істотно зросла, ще більш знижуючи номінальну пропускну здатність. У 1992 році група виробників мережного устаткування, включаючи таких лідерів технології Ethernet як SynOptics, 3Com та ряд інших, утворили некомерційне об'єднання Fast Ethernet Alliance для розробки стандарту нової технології, що узагальнила б досягнення окремих компаній в області Ethernet-спадкоємного високошвидкісного стандарту. Нова технологія одержала назву Fast Ethernet.
Одночасно були початі роботи в інституті IEEE по стандартизації нової технології - там була сформована дослідницька група для вивчення технічного потенціалу високошвидкісних технологій. За період з кінця 1992 року і по кінець 1993 року група IEEE вивчила 100-Мегабітні рішення, запропоновані різними виробниками. Поряд із пропозиціями Fast Ethernet Alliance група розглянула також і іншу високошвидкісну технологію, запропоновану компаніями Hewlett-Packard і AT&T. У центрі дискусій була проблема збереження конкурентного методу доступу CSMA/CD. Пропозиція по Fast Ethernet'у зберігала цей метод і тим самим забезпечувало наступність і погодженість мереж 10Base-T і 100Base-T. Коаліція HP і AT&T, що мала підтримку набагато меншого числа виробників у мережній індустрії, ніж Fast Ethernet Alliance, запропонувала зовсім новий метод доступу, названий Demand Priority. Він істотно змінював картину поводження вузлів у мережі, тому не зміг уписатися в технологію Ethernet і стандарт 802.3, і для його стандартизації був організований новий комітет IEEE 802.12.
У травні 1995 року комітет IEEE прийняв специфікацію Fast Ethernet як стандарт 802.3u, що не є самостійним стандартом, а являє собою доповнення до існуючого стандарту 802.3 у якості розділів з 21 по 30. Відмінності Fast Ethernet від Ethernet зосереджені на фізичному рівні.
Більш складна структура фізичного рівня технології Fast Ethernet викликана тим, що в ній використовується три варіанти кабельних систем - оптоволокно, 2-х парна сручена пари категорії 5 і 4-х парна сручена пара категорії 3, причому в порівнянні з варіантами фізичної реалізації Ethernet (а їх нараховується шість), тут відмінності кожного варіанта від інших глибша - міняється і кількість провідників, і методи кодування. А тому що фізичні варіанти Fast Ethernet створювалися одночасно, а не еволюційно, як для мереж Ethernet, то існувала можливість детально визначити ті підрівні фізичного рівня, що не змінюються від варіанта до варіанта, і інші підрівні, специфічні для кожного варіанту.
Основними перевагами технології Fast Ethernet є:
збільшення пропускної здатності сегментів мережі до 100 Мб/c;збереження методу випадкового доступу Ethernet;
збереження зіркоподібної топології мереж і підтримка традиційних середовищ передачі даних - срученої пари й оптоволоконного кабелю.
Зазначені властивості дозволяють здійснювати поступовий перехід від мереж 10Base-T - найбільш популярного на сьогоднішній день варіанту Ethernet - до швидкісних мереж, що зберігають значну наступність з добре знайомою технологією: Fast Ethernet не вимагає суттєвого перенавчання персоналу і заміни устаткування у всіх вузлах мережі.
Офіційний стандарт 100Base-T (802.3u) установив три різних специфікації для фізичного рівня (у термінах семирівневої моделі OSI) для підтримки наступних типів кабельних систем:
100Base-TX для двохпарного кабелю на неекранованій срученій парі UTP категорії 5, чи екранованої срученої пари STP Type 1;
100Base-T4 для чотирьохпарного кабелю на неекранованій срученій парі UTP категорії 3, 4 або 5;
100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабелю.
2.5 Метод доступу до середовища CSMA/CD
Підрівні LLC і MAC у стандарті Fast Ethernet не зазнали змін Їхні функції:
Підрівень LLC забезпечує інтерфейс протоколу Ethernet із протоколами які розташовані на вищих рівнях, наприклад, із IP чи IPX. Кадр LLC, зображений на малюнку 1.2.1, вкладається в кадр MAC і дозволяє за рахунок полів DSAP і SSAP ідентифікувати адреси сервісів призначення й джерела відповідно. Наприклад, при вкладенні в кадр LLC пакету IPX, значення як DSAP, так і SSAP повинні бути рівні Е0. Поле керування кадру LLC дозволяє реалізувати процедури обміну даними трьох типів:
Процедура типу 1 визначає обмін даними без попереднього встановлення з'єднання і без повторної передачі кадрів у випадку виявлення помилкової ситуації, тобто є процедурою дейтаграммного типу. Поле керування для цього типу процедур має значення 03, що визначає всі кадри як ненумеровані.
Процедура типу 2 визначає режим обміну з установленням з'єднань, нумерацією кадрів, керуванням потоком кадрів і повторною передачею помилкових кадрів. У цьому режимі протокол LLC аналогічний протоколу HDLC.
Процедура типу 3 визначає режим передачі даних без встановлення з'єднання, але з одержанням підтвердження про доставку інформаційного кадру адресату.
Формат кадру LLC із розширенням SNAP
Існує розширення формату кадру LLC, називане SNAP (Subnetwork Access Protocol). У випадку використання розширення SNAP у поля DSAP і SSAP записується значення AA, тип кадру як і раніше дорівнює 03, а для позначення типу протоколу, вкладеного в поле даних, використовуються наступні 4 байти, причому байти ідентифікатора організації (OUI) завжди рівні 00 (за винятком протоколу AppleTalk), а останній байт (TYPE) містить ідентифікатор типу протоколу (наприклад, 0800 для IP).Заголовки LLC чи LLC/SNAP використовуються мостами й комутаторами для трансляції протоколів канального рівня по стандарті IEEE 802.2H.
Підрівень MAC відповідальний за формування кадру Ethernet, одержання доступу до розподілюваного середовища передачі даних і за відправлення за допомогою фізичного рівня кадру по фізичному середовищу вузлу призначення. Розділюване середовище Ethernet, незалежно від її фізичної реалізації (коаксіальний кабель, сручена пара чи оптоволокно з повторювачами), у будь-який момент часу знаходиться в одному із трьох станів - вільне, зайняте, колізія. Стан зайнятості відповідає нормальній передачі кадру одним із вузлів мережі. Стан колізії виникає при одночасній передачі кадрів більш ніж одним вузлом мережі. MAC-підрівень кожного вузла мережі одержує від фізичного рівня інформацію про стан розділюваного середовища. Якщо вона вільна, і в MAC-підрівня є кадр для передачі, то він передає його через фізичний рівень у мережу. Фізичний рівень одночасно з побітною передачею кадру стежить за станом середовища. Якщо за час передачі кадру колізія не виникла, то кадр вважається переданим. Якщо ж за цей час колізія була зафіксована, то передача кадру припиняється, і у мережу видається спеціальна послідовність з 32 біт (jam-послідовність), що повинна допомогти однозначно розпізнати колізію всіма вузлами мережі. Після фіксації колізії MAC-підрівень робить випадкову паузу, а потім знову намагається передати даний кадр. Випадковий характер паузи зменшує ймовірність одночасної спроби захоплення розділюваного середовища декількома вузлами при наступній спробі. Інтервал, з якого вибирається випадкова величина паузи, зростає з кожною спробою (до 10-ої), так, що при великому завантаженні мережі і частому виникненні колізій відбувається загальмування вузлів. Максимальна кількість спроб передачі одного кадру - 16, після чого MAC-підрівень залишає даний кадр і починає передачу наступного кадру, що надійшов із LLC-підрівня. MAC-підрівень вузла приймача, що одержує біти кадру від свого фізичного рівня, перевіряє поле адреси кадру, і якщо адреса збігається з його власним, то він копіює кадр у свій буфер. Потім він перевіряє, чи не містить кадр специфічні помилки: по контрольній сумі (FCS error), по максимально припустимому розмірі кадру (jabber error), по мінімально припустимому розмірі кадру (runts), по невірно знайдених границях байт (alignment error). Якщо кадр коректний, то його поле даних передається на LLC-підрівень, якщо немає - то відкидається.
2.6 Формати кадрів технології Fast Ethernet
Формати кадрів технології Fast Ethernet не відрізняються від форматів кадрів технологій 10-мегабітного Ethernet'a. На малюнку 1.3.1 приведений формат MAC-кадру Ethernet, а також тимчасові параметри його передачі по мережі для швидкості 10 Мб/з і для швидкості 100 Мб/с.
У кадрах стандарту Ethernet-II (чи Ethernet DIX), опублікованого компаніями Xerox, Intel і Digital ще до появи стандарту IEEE 802.3, замість двобайтового поля L (довжина поля даних) використовується двобайтовое поле T (тип кадру). Значення поля типу кадру завжди більше 1518 байт, що дозволяє легко розрізнити ці два різних формати кадрів Ethernet DIX і IEEE 802.3. Усі часи передачі кадрів Fast Ethernet у 10 разів менше відповідних часів технології 10-Мегабітного Ethernet'у: міжбітовий інтервал складає 10 нс замість 100 нс, а міжкадровий інтервал - 0.96 мкс замість 9.6 мкс відповідно.
Формат MAC-кадру й час його передачі
2.7 Правила побудови мереж Fast Ethernet
Для технології Fast Ethernet розроблені різні варіанти фізичного рівня, що відрізняються не тільки типом кабелю й електричних параметрів імпульсів, як це зроблено в технології 10 Мбіт Ethernet, але і способом кодування сигналів, і кількістю провідників , які використовуються у кабелі. Тому фізичний рівень Fast Ethernet має більш складну структуру, ніж класичний Ethernet.
Структура фізичного рівня Fast Ethernet
Фізичний рівень складається із трьох підрівнів:
Рівень узгодження (reconciliation sublayer).
Незалежний від середовища інтерфейс (Media Independent Interface, MII).
Пристрій фізичного рівня (Physical layer device, PHY).
Пристрій фізичного рівня (PHY) забезпечує кодування даних, що надходять від MAC-підрівня для передачі їх по кабелю визначеного типу, синхронізацію переданих по кабелю даних, а також приймання і декодування даних у вузлі-приймачі.
2.8 Середовища передавання для 100 Мб/с Ethernet
У порівнянні з специфікаціями Ethernet 10 Мб/с, система Ethernet 100 Мб/с (Fast Ethernet - швидкий Езернет) має у десять разів коротшу тривалість бітів, тобто 10-кратно менші витрати часу на передавання бітів через канали Ethernet або швидкість передавання, більшу у 10 разів. Однак формат рамок, кількість даних в рамці та управління доступом до середовища залишені без змін. Специфікації Fast Ethernet включають механізм автоузгодження (Auto-Negotiation) щодо швидкості передавання даних в середовищах. Це дає виробникам можливість забезпечити двошвидкісний інтерфейс, який дозволяє автоматично використовувати будь-яку з вказаних систем - із швидкістю 10 Мб/с або 100 Мб/с.
На рисунку показані три можливі варіанти середовищ, визначених для передавання сигналів Ethernet із швидкістю 100 Мб/с.
Управління доступом до середовища (MAC)
100Base-T4
100Base-TX
100Base-FX
Три види середовищ (кабельних систем) для мереж Ethernet 100 Мб/с.
Ідентифікатори середовищ згідно із стандартом IEEE складаються із трьох частин. Цифра “100” означає швидкість передавання даних, рівну 100 Мб/с. Слово “Base” означає застосування основної смуги частот сигналу. Третя частина визначає вид середовища: “Т4” - кабель типу “скручена пара” телефонної якості (категорія 3), “TX” - кабель типу “скручена пара” для передавання даних (категорія 5), “FX” - оптоволоконний кабель із використанням двох оптичних волокон для передавання даних. Середовища TX і FX разом позначають як 100Base-X.
Відмінності між різними топологіями мереж 100 Мб/с зосереджені в частині PHY. Ця секція під'єднується безпосережньо до кабеля та відповідає за все, що стосується справ, залежних від середовища - за лінійне кодування, напругу при передаванні тощо.
2.9 Мережа 100Base-TX: основні властивості.
Основна властивість PHY TX - використання методу MLT-3 для передачі сигналів - 5-бітових порцій коду 4В/5B по скрученій парі, а також наявність функції автопереговорів (Auto-negotiation) для вибору режиму роботи порту. Метод MLT-3 використовує потенційні сигнали двох полярностей для представлення 5-бітових порцій інформації.
Метод кодування MLT-3
Крім використання методу MLT-3, специфікація PHY TX є те, що в ній використовується пара шифратор-дешифратор (scrambler/descrambler), як це зазначено в специфікації ANSI TP-PMD. Шифратор приймає 5-бітові порції даних від підрівня PCS, що виконує кодування 4B/5B, і зашифровує сигнали перед передачею на підрівень MLT-3 таким чином, щоб рівномірно розподілити енергію сигналу по всьому частотному спектрі - це зменшує електромагнітне випромінювання кабелю.
Автопереговорний процес
Специфікації PHY TX є підтримка функції Auto-negotiation, за допомогою якої два взаємодіючих пристрої PHY можуть автоматично вибрати найбільш ефективний режим роботи.
Описана нижче схема Auto-negotiation є тепер стандартом технології 100Base-T. До цього виробники застосовували різні власні схеми автоматичного визначення швидкості роботи взаємодіючих портів, що не були сумісні. Прийняту як стандарт схему Auto-negotiation запропонувала спочатку компанія National Semiconductor за назвою NWay.
Усього в даний час визначено 5 різних режимів роботи, що можуть підтримувати пристрої PHY TX чи PHY T4 на скручених парах:
10Base-T - 2 пари категорії 3;
10Base-T full-duplex - 2 пари категорії 3;
100Base-TX - 2 пари категорії 5 (чи Type 1A STP);
100Base-TX full-duplex - 2 пари категорії 5 (чи Type 1A STP);
100Base-T4 - 4 пари категорії 3.
Режим 10Base-T має найнижчий пріоритет при переговорному процесі, а режим 100Base T4 - найвищий. Переговорний процес відбувається при включенні живлення пристрою, а також може бути ініційований і в будь-який момент модулем керування.
Для організації переговорного процесу використовуються службові сигнали перевірки цілісності лінії технології 10Base-T - link test pulses, якщо вузол-партнер підтримує тільки стандарт 10Base-T. Вузли, що підтримують функцію Auto-negotiation, також використовують існуючу технологію сигналів перевірки цілісності лінії, при цьому вони посилають пачки таких імпульсів, які інкапсулюють інформацію переговорного процесу Auto-negotiation. Такі пачки звуться Fast Link Pulse burst (FLP).
Пристрій, що почав процес auto-negotiation, посилає своєму партнеру пачку імпульсів FLP, у якому міститься 8-бітне слово, що кодує пропонований режим взаємодії, починаючи з самого пріоритетного, підтримуваного даним вузлом.
Якщо вузол-партнер підтримує функцію Auto-negotuiation і також може підтримувати запропонований режим, то він відповідає пачкою імпульсів FLP, у якій підтверджує даний режим і на цьому переговори закінчуються. Якщо ж вузол-партнер може підтримувати менш пріоритетний режим, то він указує його у відповіді і цей режим вибирається як робочий. Таким чином, завжди вибирається найбільш пріоритетний загальний режим роботи вузлів.
Вузол, що підтримує тільки технологію 10Base-T, кожні 16 мілісекунд посилає імпульси для перевірки цілісності лінії, що зв'язує його із сусіднім вузлом. Такий вузол не розуміє запит FLP, що робить йому вузол із функцією Auto-negotiation, і продовжує посилати свої імпульси. Вузол, що одержав у відповідь на запит FLP тільки імпульси перевірки цілісності лінії, розуміє, що його партнер може працювати тільки по стандарту 10Base-T і встановлює цей режим роботи і для себе.
2.10 Правила конфігурування для 100Base-T.
Сегмент Etherenet 100Base-T в специфікації Ethernet означений як сполучний сегмент, тобто як середовище, що з’єднує два і тільки два MDI. Найменша мережа із сполучним сегментом складається з двох комп’ютерів, по одному на кожному з кінців сегменту. Більш типова конфігурація включає багатопортовий габ-повторювач або габ-комутатор для з’єднання більшої кількості сполучних сегментів. Тоді мережева карта комп’ютера під’єднується до одного кінця сполучного сегменту, а другий його кінець з’єднаний з портом габа і комп’ютери комунікуються між собою через габ.
Специфікації 100Base-T дозволяють довжину сполучних сегментів до 100 м. Два 100-метрові сегменти можуть бути сполучені між собою через один повторювач Класу I або Класу II, тобто максимальна відстань між двома DTE становить 200 м. Правила конфігурування для сегментів Fast Ethernet змішаних типів та з різними класами повторювачів описані нижче.
Фізичною топологією 100BASE-T є зірка .
Правила побудови сегментів Fast Ethernet при використанні повторювачів класу I і класу II
Технологія Fast Ethernet, як і всі некоаксіальні варіанти Ethernet, розрахована на підключення кінцевих вузлів - комп'ютерів із відповідними мережними адаптерами - до багатопортового повторювача ( концентратора) або комутатора.
Правила коректної побудови сегментів мереж Fast Ethernet включають:
обмеження на максимальні довжини сегментів, що з'єднують DTE c DTE;
обмеження на максимальні довжини сегментів, що з'єднують DTE із портом повторювача;
обмеження на максимальний діаметр мережі;
обмеження на максимальне число повторювачів і максимальну довжину сегмента, що з'єднує повторювачі.
Розглянемо спочатку вплив обмежень довжин сегментів DTE-DTE.
У якості DTE (Data Terminal Equipment) може виступати будь-яке джерело кадрів даних для мережі: мережний адаптер, порт моста, порт маршрутизатора, модуль керування мережею та інші подібні пристрої. Порт повторювача не є DTE. У типовій конфігурації мережі Fast Ethernet декілька DTE підключаються до портів повторювача, утворюючи мережу зіркоподібної топології.
Специфікація IEEE 802.3u визначає такі максимальні значення сегментів DTE-DTE:
Максимальні довжини сегментів DTE-DTE.
Стандарт
Тип кабелю
Максимальна довжина сегмента
100Base-TX
Category 5 UTP
100 метрів
100Base-FX
Багатомодове опто-волокно 62,5/125 мкм
412 метрів (напівдуплекс) 2 км (повний дуплекс)
100Base-T4
Category 3,4 або 5 UTP
100 метрів
Зупинимося докладніше на обмеженнях, зв'язаних із з'єднаннями з повторювачами.
Повторювачі Fast Ethernet поділяються на два класи.
Повторювачі класу I підтримують усі типи систем кодування фізичного рівня: 100Base-TX/FX і 100Base-T4.
Повторювачі класу II підтримують тільки один тип системи кодування фізичного рівня - 100Base-TX/FX чи 100Base-T4.
Введемо поняття бітового інтервалу. Бітовий інтервал ( bt ) – це час між появою двох послідовних бітів даних на кабелі [1].
Для 10 мегабітного Ethernet мкс.
Для 100 мегабітного Ethernet мкс.
Для 1000 мегабітного Ethernet мкс.
В одному домені колізій допускається наявність тільки одного повторювача класу I. Це зв'язано з тим, що такий повторювач вносить велику затримку при поширенні сигналів через необхідність трансляції різних систем сигналізації ( 70 bt) .
Повторювачі класа ІІ вносять меньшу затримку при передачі сигналів: 46bt для портів TX/FX та 33,5bt для портів Т4. Тому максимальне число повторювачів класу II у домені колізій - 2, причому вони повинні бути з'єднані між собою кабелем не довшим 5 метрів.
Невелика кількість повторювачів Fast Ethernet не є серйозною перешкодою при побудові мереж. По-перше, наявність стекових повторювачів знімає проблеми обмеженого числа портів - усі каскадовані повторювачі являють собою один повторювач із достатнім числом портів - до декількох сотень. По-друге, застосування комутаторів і маршрутизаторів поділяє мережу на кілька доменів колізій, у кожному з яких , звичайно, є не надто велика кількість станцій. Загальна довжина мережі не буде мати в цьому випадку обмежень.
У наступній таблиці зведені правила побудови мережі на основі повторювачів класу I.
Параметри мереж на основі повторювачів класу 1.
Тип кабелів
Максимальний діаметр мережі
Максимальна довжина сегмента
Тільки скручена пара (TX)
200 м
100 м
Тільки оптоволокно (FX)
272 м
136 м
Кілька сегментів на cкрученій парі й один на оптоволокні
260 м
160 м (FX)
100 м (TX)
Кілька сегментів на скрученій парі і кілька сегментів на оптоволокні
272 м
100 м (TX)
136 м (FX)
3. Опис проекту мережі
Використовуючи вихідні дані на проектування плануємо розташування комп’ютерів, концентраторів та комутаторів. Розміщення кімнат в будинку вибираємо на власний розсуд.
Нижче подано загальний план будівлі і розташування комп’ютерів в ній.
На планах використано наступні умовні позначення:
робоча станція, що відповідає одному робочому місцю в мережі.
комутатор
концентратор (використовувалися концентратори класу II)
сервер мережі
набір всіх ліній, що йдуть від терміналів до концентратора, тобто вони не з’єднуються в одну, а просто використовують суміжний простір кімнати для свого прокладання.
З’єднання виконували неекранованою витою парою кат.5 (UTP5). Єдиний комутатор розміщується в спеціально відділеній серверній кімнаті. Комутатор має резервні порти, що забезпечує розширення мережі у всьому будинку. Концентратори, в свою чергу, теж мають вільні порти, що забезпечує під’єднання додаткових комп’ютерів в межах кімнати.
4.Обрахунки працездатності мережі
Обрахунок мережі Fast Ethernet
Для того, щоб мережа Fast Ethernet, що складається із сегментів різної фізичної природи, працювала коректно, необхідно, щоб виконувалися три основних умови:
Кількість станцій у мережі не повинна перевищувати 1024 .
Подвоєна затримка поширення сигналу (Path Delay Value, PDV), між двома найбільш віддаленими одна від одної станціями мережі не повинна перевищувати 512 бітових інтервалів.
Скорочення міжкадрової відстані (Interpacket Gap Shrinkage), при проходженні послідовності кадрів через усі повторювачі , не більш, ніж на 96 бітових інтервалів.
Примітка: бітовий інтервал для 100 мегабітного Ethernet дорівнює 10 нс.
В наступних таблицях подано затримки в компонентах мережі стандарту 100-Base.
Затримки, що вносяться проходженням сигналів по кабелю
Тип кабелів
Подвоєна затримка в bt на 1 метр кабелю
UTP Cat 3
1,14bt
UTP Cat 4
1,14bt
UTP Cat 5
1,112bt
STP
1,112 bt
Оптоволокно
1,0 bt
Затримки, що вносяться адаптерами
Тип адаптерів
Затримка, bt
Два адаптера TX/FX
100
Два адаптера Т4
138
Один TX/FX и один T4
127
Подвоєні затримки повторювачів
Тип повторювачів
Затримка, bt
класу 1
140
класу 2(Т4)
67
класу 2(TX/FX)
92
4.1 Розрахунок PDV
Оскільки в даній мережі використовуються дві базові технології 100BaseTX та 100BaseT4, то розраховуємо PDV для кожної з технології окремо, порівнюємо отримані результати, приймаємо рішення про відповідність чи невідповідність мережі умовам стандартів орієнтуючись на гірший варіант.
Спочатку розглянемо ділянку мережі – з найбільш віддаленим концентратором і комп’ютерами побудовану за стандартом 100BaseTX (ліва частина).
1) Ділянка 100Base-TX із найдовшими відрізками кабелів між двома DTE
Врахуємо що:
Подвоєна затримка, що вноситься повторювачем класу 2, рівна 46*2 = 92 bt (bit interval – бітові інтервали)
Затримка, що вноситься кабелем UTP Cat 5 - 1,112 bt на метр
Два адаптера 100Base-TX - 100 bt
Для розрахунку PDV розглянемо один домен колізій
PDV1 = 92 + 11,5*1,112 + 12,5*1,112 + 100 = 218,688 bt
Додамо ще 10% запасу до знайденого PDV. В результаті PDV1 = 240,5568 bt. Знайдене значення значно менше за 512 bt, отже розрахунок можна продовжувати.
2) Ділянка 100Base-T4 із найдовшими відрізками кабелів між двома DTE
Врахуємо що:
Подвоєна затримка, що вноситься повторювачем класу 2, рівна 33,5*2 = 67 bt Затримка, що вноситься кабелем UTP Cat 5 - 1,112 bt на метр
Два адаптера 100Base-T4 - 138 bt
Для розрахунку PDV розглянемо один домен колізій
PDV2 = 67 + 14*1,112 + 12*1,112 + 138 = 233,912 bt
Додамо ще 10% запасу до знайденого PDV. В результаті PDV2 = 257,3032 bt. Знайдене значення, як і в попередньому випадку значно менше за 512 bt, отже розрахунок можна продовжувати.
4.2 Розрахунок PVV
Знову розглядаємо домени колізій. Скорочення міжкадрової відстані робить лише концентратор який вносить затримку в 33,5bt (для 100BaseT4) і 46bt (для 100BaseTX), що є меншим, ніж максимально допустиме значення 96bt. Тобто й по цьому характеристики мережі правильні.
Отже PVV1 = 33,5 bt, а PVV2 = 46 bt
5. Висновок
Під час виконання курсової роботи я спроектував мережу по технології Ethernet, стандарту 100Base-TХ та 100Base-T4 в межах п’ятикімнатного одноповерхового будинку, забезпечив виконання всіх вимог стандарту до мережі передбачив та забезпечив можливості її подальшого розвитку, та постарався щоб дане рішення було найбільш економічно виправдане, тобто не використовував надлишкової апаратури та кабелів.
В кімнатах передбачено встановлення 16-портових концентраторів, та їх під’єднання до 8-портового комутатора. Комутатор розміщено у спеціальній кімнаті, у якій розміщено сервер, та до якої згодом можна буде підвести зовнішні канали зв’язку, що забезпечить розширення мережі поза межі будівлі.
Використані в проекті стандарти – 100Base-TХ та 100Base-T4 ще досить довгий час задовольнятимуть вимоги до мереж такого масштабу.
6. Список використаної літератури
Комп’ютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. В.Г. Олифер,
Н.А. Олифер. – СПб.: Питер, 2001. – 672 с.: ил.
Комп’ютерні мережі. Є. Буров, 1999.
Комп’ютерные сети. Учебный курс, 2-е изд. (+ СD-ROM). Дж. Челлис, Ч. Перкинс, М. Стриб; перевод с англ. – Лори, 1997.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора