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:
ЗІ
Кафедра:
Кафедра ЕОМ
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Курсова робота
Предмет:
Комп'ютерні мережі
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
Національний університет „Львівська політехніка”
Кафедра ЕОМ
/
Курсова робота
з курсу: «Комп’ютерні мережі»
на тему: «Комп’ютерна мережа технології Ethernet масштабу будинку»
Львів 2017р
Завдання
Завданням даної курсової роботи є розробка плану побудови мережі зі стандартами 100Base-TХ і 100Base-T4. Також потрібно забезпечити 4 основні умови для яких мережа Ethernet , що складається з сегментів різних фізичних середовищ, має працювати коректно:
1. Кількість станцій в мережі не більше 1024;
2. Максимальна довжина кожного фізичного сегмента не більша величини дозволеної стандартом;
3. Час подвійного обертання сигналу (Path Delay Value, PDV) між двома найвіддаленішими одна від одної станціями в мережі не повинен перевищувати 575 бітових інтервалів;
4. Скорочення міжкадрового інтервалу IPG (Path Variability Value, PVV) при проходженні кадрів через всі повторювачі не повинно бути більшим ніж 49 бітових інтервалів. Оскільки при відправленні кадрів кінцеві вузли забезпечують початкову міжкадрову відстань в 96 бітових інтервалів, то після проходження повторювача вона повинна бути не менша ніж 96 – 49 = 47 бітових інтервалів.
Також потрібно обрахувати вартість побудованої мережі.
Анотація
В курсовій роботі розроблено план побудови мережі з використанням стандартів 100Base-TХ і 100Base-T4. Проведено оцінку працездатності комп’ютерної мережі згідно 4 основних умов і проведено грошову оцінку мережі.
Зміст
Завдання...………………………………………………………….…………………2
Анотація……………………...……………………………………….………………3
1. Вихідні дані для проектування…………………………………………………...5
2. Теоретичні відомості……………………………………………………………...5
2.1. Основні елементи LAN-технологій………………………………………..…..6
2.2. Кабельні системи……………………………………………………….………11
2.3. Комунікаційні мережні засоби………………...……………………...………16
2.4. Особливості мережної технології Ethernet………………………………...….22
2.4.1. Етапи розвитку технології Ethernet……………………………………….....22
2.4.2. Формати кадрів технології Ethernet………………………………………...25
2.4.3. Правила побудови мереж Ethernet стандарту 10 Base..................................25
3. Опис проекту мережі…………………………………………………………….30
4. Обрахунки працездатності мережі……………………………………………..34
4.1. Обрахунок PDV (Path Delay Value)……………………………………..…….34
4.2. Розрахунок PVV (Path Variability Value)…………………………..…………35
5.Розрахунок вартості мережі….………………………………………………….36
6.Висновок……………………….…………………………………...…………….37
Список використаної літератури………………………………………...………..38
Умовний план поверху…. ……………………………………………….Додаток А.
Умовний план з'єднання між поверхами………………………………..Додаток Б.
Вихідні дані на проектування
В таблиці 1.1. Наведені вихідні дані для проектування.
Таблиця 1.1.
Стандарти можливих технологій
Кількість поверхів
Габарити поверху
Кількість кімнат на поверсі
Кількість комп’ютері в кімнаті
100Base-TX
100Base-T4
2
16*16
4
6
2. Теоретичні відомості
З року в рік комп‘ютерна промисловість пропонує нові пристрої та нові технології, що сприяють подальшому ширшому впровадженню комп’ютерних та інформаційних засобів в наше життя, до яких відносяться і комп’ютерні мережі.
Зокрема, локальна комп’ютерна мережа - це комунікаційна система, яка дозволяє користувачам комп’ютерів (в даному випадку – мережних робочих станцій) обмінюватися інформацією, спільно використовувати прикладні програми, передавати файли між комп'ютерами, розділяти доступ і спільно використовувати ресурси комп'ютерів , а також таких пристроїв, підключених до мережі, як принтери, плотери, диски, модеми, приводи CD-ROM та ін.. Постійне зростання можливостей і продуктивності комп'ютерів обумовило зростання вимог до ефективності функціонування мереж.
Для локальних мереж , як правило, прокладається спеціалізована кабельна система і положення можливих точок підключення абонентів визначається цією кабельною системою.
Сьогодні локальні мережі - це складні системи , які вимагають кваліфікованого обслуговування і адміністрування.
Для побудови локальних зв'язків між комп'ютерами використовуються різні види кабельних систем, мережні адаптери, концентратори-повторювачі, мости, комутатори і маршрутизатори, а також пристрої передачі даних на значні відстані – модеми. Існують ряд стандартів мережних технологій, різні мережні операційні системи. Таким чином, при побудові конкретної локальної мережі дуже важливо зробити правильний вибір з огляду на усі вихідні умови та впливаючі фактори.
Запропоноване рішення повинно відповідати конкретним умовам застосування. Так вимоги висунуті невеликими фірмами, значно відрізняються від вимог з боку великих організацій. Вибір типу мережі залежить від багатьох факторів: масштабів підприємства, необхідного рівня безпеки, виду діяльності організації, рівня адміністративної підтримки, обсягу мережного трафіку, потреб мережних користувачів, фінансових витрат та ін. І навіть після розробки варіантів мереж, які відповідають конкретними вимогам, необхідно зробити вибір між ними, давши об'єктивну оцінку за багатьма критеріями.
2.1. Основні елементи LAN-технологій
Мережева топологія — опис конфігурації мережі, схема розміщення і з‘єднання мережевих пристроїв (архітектура мережі).
Топологія „загальна шина”
Топологія типу шина, являє собою головний кабель (називається шина або магістраль), до якого під‘єднані всі робочі станції. На кінцях кабеля знаходяться термінатори, для запобігання поверненню сигналу.
/
Наявність термінаторів для мереж Ethernet обов’язкова. За такою топологією будуються 10 Мегабітні мережі Ethernet (10Base-2 і 10Base-5). Як правило використовуються коаксіальні кабелі..
Сигнал, що відправляється з робочої станції розповсюджується на всі комп’ютери мережі. Кожна машина перевіряє – кому адресовано сигнал і якщо їй, то обробляє його. Для уникнення одночасної відправки даних застосовується або „несучий” сигнал або один з комп’ютерів є головним і „дає слово” решті станцій.
При побудові великих мереж виникає проблема обмеження на довжину зв’язку між вузлами, втакому випадку мережу розбивають на сигменти. Сигменти з’єднуються різними пристроями – повторювачами, концентраторами або хабами. Наприклад, технологія Ethernet дозволяє використовувати кабель довжиною не більше 185 метрів.
Переваги :
Малі затрати часу на встановлення;
Малі грошові витрати(необхідно менше кабеля і мережевих пристроїв);
Легкість настройки;
Вихід з ладу робочої станції не відбивається на роботі мережі.
Недоліки :
Будь-які несправності в мережі, такі як обрив кабеля, поламка термінатора повністю знищують роботу усієї мережі;
Складна локалізація несправностей;
З додаванням нових робочих станцій падає продуктивність мережі.
Топологія “зірка”
Зірка — базова топологія комп’ютерної мережі, в якій всі комп’ютери мережі приєднані до центрального вузла ( зазвичай мережевий концентратор). Одна з найбільш використовуваних топологій, оскільки легка в обслуговуванні.В основному використовується в мережах, де носієм виступає кабель „вита пара”.
/
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.
Робоча станція, якій треба відправити дані, відправляє їх на концентратор, а той визначає адресата і відправляє йому інформацію. В певний момент часу тільки одна машина в мережі може пересилати дані, якщо на концентратор одночасно приходять два пакети, то вони обидва не приймаються і відправник чекатиме випадковий проміжок часу щоб відновити передачу даних.
Як передаюче середовище використовуються скручена пара та оптоволоконні кабелі.
Переваги :
Вихід з ладу однієї робочої станції не відображається на роботі всієї мережі в цілому;
Добра маштабність мережі;
Легкий пошук несправностей і обривів в мережі;
Висока продуктивність мережі
Гнучкі можливості адміністрування.
Недоліки:
Вихід з ладу центрального концентратора призведе до непрацездатності мережі в цілому;
Для прокладання мережі доволі часто необхідно більше кабеля ніж для більшості інших топологій;
Кінцева кількість робочих станцій (користувачів) обмежена кількістю портів в концентраторі.
В теперішній час 100 і 1000 Мбітні мережі Ethernet будуються переважно за топологією "зірка".
Топологія “кільце”
Кільце — базова топологія компьютерної мережі, в якій робочі станції (комп’ютери) під’єднані послідовно один до одного, утворюючи замкнену мережу.
/
В якості передаючого середовища вмережі можуть використовуватись всі існуючі види кабелів, але переважно скручена пара або оптоволокно.
В кільці не використовується конкурентний метод відправлення даних, комп’ютер в мережі отримує дані від „сусіда” і перенаправляє їх далі, якщо вони адресовані не йому.Для визначення того, кому треба передавати дані зазвичай використовують маркер.Дані ходять по колу тільки в одному напрямі.
Переваги:
Легкість установки;
Практично повна відсутність додаткового обладнання;
Можливість стабільної роботи без значного падіння швидкості передачі даних при великій загрузці мережі, оскільки використання маркера виключає можливість виникнення незвичайних ситуацій.
Недоліки :
Вихід з ладу однієї робочої станції ,та інші неполадки (обрив кабеля) відобразяться на роботі всієї мережі;
Важкість конфігурування і настройки;
Важкість пошуку неполадок;
Крім розглянутих вище, також застосовуються такі топології:“ лінія ”,
“повного з’єднання” та “дерево”. А також широко застосовуються так звані гібридні мережні топології які є розвитком “зірки”, та ін..
A –лінія
B - повного з’єднання (кожен з кожним)
С - дерево
/
Мережева топологія буває:
фізичною — описує реальне розміщення і зв‘язки між вузлами мережі.
логічною — описує маршрут сигнала в межах фізичної топології.
2.2. Кабельні системи
У будь–якій комп'ютерній мережі передавання даних здійснюється за допомогою електричних (електромагнітних) сигналів. Середовище передавання може бути обмеженим (фізичний провідник сигналу – кабель) або ж необмеженим (передавання мікрохвильових та подібних їм сигналів через відкритий ефір). Кожне середовище має свої переваги та вади. Одним з основних показників є швидкість затухання сигналу, яка визначається фізичними характеристиками середовища та природою сигналу. Вибираючи середовище передавання, беруть до уваги також інші показники: вартість (придбання, монтажу та обслуговування), пропускну здатність, безпеку передавання інформації тощо.
Таблиця .2.2. Категорії та класи кабелів
Частота, МГц
Швидкість передавання, Мбіт/с
Клас, категорія
Менше 1
До 20 Кбіт/с
1,А
1
16
20
100
100
200
600
1
16
20
100
1000
більше 1 Гбіт/с
більше 1 Гбіт/с
2,В
3,С
4
5,Д
5+
6,Е
7,F
Тип кабелю “скручена пара”
Мережа Ethernet на базі скрученої пари розвивається з 1990 року і стає все популярнішою, поступово витісняючи «класичний» Ethernet на основі коаксіального кабелю. У даному різновиді Ethernet передача сигналів здійснюється по двох кручених парах проводів, кожна з який передає тільки в одному напрямку (одна пара – передавальна, інша – приймаюча). Кожен з абонентів мережі приєднується кабелем, що містить дві, або чотири скручені пари, до концентратора, використання якого в даному випадку обов'язкове. Концентратор здійснює змішання сигналів від абонентів для забезпечення методу доступу CSMA/CD. Скручування дозволяє підвищити завадостійкість кабелю і зменшити вплив сигналу в кожній парі на всі інші. Максимальна відстань передавання при його використанні 1.5-2.0 км, а максимальна швидкість - 1.2 Гбіт/с. Тривалість поширення сигналу 8-12 нс/м . Загасання сигналу 12-28 Дб на 100 м на частоті 10 МГц.
UTP-кабеліне мають металевого екрану, тому їх монтаж і обслуговування набагато простіше коаксіальних кабелів. У цьому і полягає головна причина популярності стандарту 10BASE-T, незважаючи на те, що апаратура для нього коштує дорожче, ніж для 10BASE-2 (обов'язково потрібен концентратор). UTP-кабелі коштують приблизно вдвічі дешевше, ніж тонкий коаксіальний кабель, але при цьому треба враховувати, що у випадку конфігурації «пасивна зірка» кабелю потрібно набагато більше, ніж при «шині».
Екранована скручена пара суттєво дорожча неекранованої, але забезпечує кращу електромагнітну сумісність кабельної системи з джерелами і приймачами сигналів, та забезпечує менший рівень випромінювання в навколишнє середовище ( показник ЕМІ- ElectromagneticInterference ). Використовують фольговану (FTP), та екрановану( STP) скручені пари та їх комбінації.
Все ж таки всі види скручених пар мають гірший захист від завад, ніж у коаксіальному кабелі.
Згідно європейського стандарту мережне обладнання в промислових умовах повинно мати випромінювання до 40 Дб на відстані 10 м, а для комерційних та непромислових умов експлуатації – до 30 Дб ( показник ЕМІ).
Найбільш популярним видом середовища передачі даних на невеликі відстані (до 100 м) стає неекранована скручена пара ( UTP ), що включена практично в усі сучасні стандарти і технології локальних мереж і забезпечує пропускну здатність до 100 Мб/с (на кабелях категорії 5) .
Коаксіальний кабель
Коаксіальний кабель складається із центрального провідника (одно- або багатожильного), покритого шаром полімерного ізолятора, поверх якого розташований інший провідник - екран. Екран являє собою плетіння з мідного проводу або фольги, обгорнених навколо ізолятора . У високоякісних кабелях присутні і плетіння і фольга. Коаксіальний кабель забезпечує більш високу завадостійкість у порівнянні із скрученою парою, але він значно дорожчий. Існують різні види коаксіальних кабелів.
За техніко-експлуатаційними характеристиками розрізняють широко- та вузькосмугові коаксіальні кабелі. Широкосмугові коаксіальні кабелі мають швидкість передавання сигналу 300-500 Мбіт/с, загасання сигналу на частоті 100 МГц – до 7 Дб на 100 м. Погонна затримка поширення сигналів – 2-5 нс/м.
Товстий кабель – це перший тип кабелю, що використовувався в Ethernet. В даний час він не дуже широко розповсюджений, хоча і забезпечує максимальну довжину мережі. Це пов'язано в першу чергу з великими труднощами монтажу апаратури і порівняно високою її вартістю.
Товстий коаксіальний кабель має діаметр близько 1,2 см і відрізняється високою твердістю. Він має два основних типи оболонки: стандартна PVC жовтого кольору (наприклад, кабель Belden 9880) і тефлонова Тeflon оранжево-коричневого кольору (наприклад, кабель Belden 89880). Широко розповсюджений товстий кабель типу RG-11.
Для з'єднання шматків товстого коаксіального кабелю і приєднання до нього термінаторів використовуються роз’єми N-типу, установка яких досить складна і вимагає спеціальних інструментів (в іншому разі можливі перекручування сигналів на стиках). Два роз’єми N-типу з'єднуються за допомогою Barrel-конекторів.
За стандартом до одного сегмента (довжиною до 500 м) не повинно підключатися більш 100 абонентів. Відстань між точками їхнього підключення не повинна бути менша, ніж 2,5 м, інакше виникають перекручування сигналів. Тому для зручності користувача на оболонку кабелю часто наносяться чорні смужки через кожні 2,5 м.
Останню функцію іноді називають «контролем балакучості», що є буквальним перекладом відповідного англійського терміна (jabber control). При виникненні несправностей в адаптері може виникнути ситуація, коли на кабель буде неперервно видаватися послідовність випадкових сигналів. Оскільки кабель – це загальне середовище для всіх станцій, то робота мережі буде заблокована одним несправним адаптером. Щоб цього не трапилося, на виході передавача ставиться схема, яка перевіряє час передачі кадру. Якщо максимально можливий час передачі пакета перевищується (з деяким запасом), то ця схема просто від'єднує вихід передавача від кабелю. Максимальний час передачі кадру (разом із преамбулою) дорівнює 1221 мкс, а час jabber-контролю встановлюється рівним 4000 мкс (4 мс).
Максимальне число сегментів при реалізації мережі тільки на товстому коаксіальному кабелі не повинне перевищувати п'яти (загальна довжина мережі – 2,5 кілометри), тобто загальна кількість комп’ютерів, приєднаних до товстого кабелю, не повинна перевищувати п'ятисот.
Вузькосмугові коаксіальні кабелі мають швидкість передавання до 50 Мбіт/с, загасання сигналів на частоті 10 МГц - 4 Дб на 100м , а інші параметри аналогічні. Довжина коаксіального кабелю в мережі переважно визначається загасанням сигналу. Якщо сигнал загасає дуже сильно, то використовують повторювач, який його поновлює.
Тонкий коаксіальний кабель відрізняється від товстого меншою товщиною (діаметр близько 5мм), значно більшою гнучкістю, зручністю монтажу, меншою вартістю (він приблизно в три рази дешевше товстого). Не дивно, що мережі на його основі одержали більше поширення. Тонкий кабель, як і товстий, має хвильовий опір 50 Ом і вимагає такого ж 50-омного кінцевого узгодження. Якщо товстий кабель обов'язково повинен бути надійно закріплений, наприклад, на стіні приміщення, то тонкий кабель цілком може бути прокладений начіпним монтажем, що дозволяє переміщати комп’ютери в межах приміщення.
Найбільшим недоліком тонкого кабелю є менша допустима довжина сегмента (до 185 м). Іноді виробники мережевих адаптерів вказують допустиму довжину сегмента 200 м або навіть 300 м. В останньому випадку може виявитися, що такі мережеві адаптери не здатні працювати з адаптерами інших типів, тому що використовують нестандартні рівні сигналів. Найбільш розповсюджений тип тонкого коаксіального кабелю – це RG-58 A/U.
При установці мережі необхідно вибирати кабель у точній відповідності із специфікацією на обладнання.
Оптоволоконний кабель
В оптоволоконних кабелях сигнали передаються у вигляді модульованих світлових імпульсів. У якості світловода виступає тонкий скляний циліндр. Довкола нього – скляна оболонка з великим коефіцієнтом переломлення. Усе це знаходиться під зовнішньою полівінілхлоридною оболонкою. Зверху може знаходитися броньоване плетіння зі сталі, чи пластику. Чим кабель краще захищений, тим він товстіший, і з ним складніше працювати. Останнім часом все ширше використовують прозорі пластикові волокна.
Оптоволоконні кабелі поділяються на 2 види – одномодові і багатомодові.
В одномодовому кабелі товщина внутрішньої жили дорівнює довжині хвилі світлового сигналу (~10мкм), ослаблення сигналу незначне. Для генерації світла використовуються напівпровідникові лазери. Теоретично можлива максимальна швидкість передавання доходить до 200 Гбіт/с, а відстань передачі до 110 км.
У багатомодовому кабелі декілька жил, є можливість одночасно посилати кілька потоків даних. Відстань передачі до 2-3 км.
Сигнал в оптоволокні майже не загасає і не спотворюється. Немає залежності і від електромагнітних перешкод. Оптоволоконні кабелі в основному використовують при створенні магістральних ліній зв’язку комп’ютерних мереж.
Стандарт FOIRL (FiberOpticInter-RepeaterLink) представляє собою перший стандарт комітету 802.3 для використання оптоволокна в мережах Ethernet. Він гарантує довжину оптоволоконного зв'язку між повторювачами до 1 км при загальній довжині мережі не більш 2500 м. Максимальне число повторювачів між будь-якими вузлами мережі – 4. Максимального діаметра в 2500 м тут досягти можна, хоча максимальні відрізки кабелю між усіма 4 повторювачами, а також між повторювачами і кінцевими вузлами неприпустимі – інакше вийде мережа довжиною 5000 м.
Стандарт 10Base-FL представляє собою незначне поліпшення стандарту FOIRL. Збільшено потужність передавачів, тому максимальна відстань між вузлом і концентратором збільшилося до 2000 м. Максимальне число повторювачів між вузлами залишилося рівним 4, а максимальна довжина мережі – 2500 м.
Стандарт 10Base-FB призначений тільки для з'єднання повторювачів. Кінцеві вузли не можуть використовувати цей стандарт для приєднання до портів концентратора. Між вузлами мережі можна встановити до 5 повторювачів 10Base-FB при максимальній довжині одного сегмента 2000 м і максимальній довжині мережі 2740 м.
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 наодному 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 кабелю загальне середовище передачі даних - логічний сегмент. Логічний сегмент також називають доменом колізій.
Конструкцію концентраторів визначає їх область застосування. Концентратори робочих груп найчастіше випускаються як пристрої з фіксованою кількістю портів, корпоративні концентратори – як модульні пристрої на основі шасі, а концентратори відділів можуть мати стекову конструкцію . Такий розподіл не є жорстким і в якості корпоративного концентратора може використовуватись, наприклад, модульний концентратор.
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.
Мости не залежать від протоколу і передають пакети порту, до якого підключений адресат. Усі пакети буферизуються перед їхнім пересиланням упорт адресата. Буферизація пакетів (store-and-forward) приводить до виникнення затримки в порівнянні з комутацією на ходу. Мости можуть забезпечувати продуктивність, рівну пропускній здатності середовища, однак внутрішнє блокування трохи знижує швидкість їхньої роботи.
Наприкінці 80-х років почалося широке поширення мереж на основі кабелю “скручена пара”. Нова технологія 10Base-T стала дуже популярною і привела до трансформації топології мереж від шинної магістралі до організації з'єднань типу "зірка". Вимоги до повторювачів і мостів для таких мереж істотно змінилися в порівнянні з простими двопортовими пристроями для мереж із шинною топологією. Сучасні мости і повторювачі це складні багатопортові пристрої. Мости дозволяють сегментувати мережі на менші частини, у яких загальне середовище передавання розділяє невелике число користувачів.
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.
Технологія комутації сегментів Ethernet була запропонована фірмою Kalpana у 1990 році у відповідь на зростаючі потреби у підвищенні пропускної здатності зв'язків високопродуктивних серверів із сегментами робочих станцій.
Віртуальні з'єднання. Комутатор Ethernetпідтримує 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.
/
Використовуючи таблицю адрес і адресу одержувача, що міститься в пакетіканального рівня, комутатор організує віртуальне з'єднання порту відправника з портом одержувача і передає пакет через це з'єднання.На Рис.2.3.1. вузол 1 посилає пакет вузлу 3. Знайшовши адресу одержувача у своїй внутрішній таблиці комутації, комутатор передає пакет у порт 1.
Виконується формування пакету з даними, та надсилання його на комутатор.
Виконується обробка пакету канального рівня, пошук адреси отримувача у таблиці комутації.
Виконується безпосереднє надсилання пакету отримувачу.
/
Рис.2.3.1. Віртуальне з’єднання
Віртуальне з'єднання між портами комутатора зберігається на час передачі одного пакета, тобто для кожного пакета віртуальне з'єднання організується знову наоснові адреси, що міститься в даному пакеті.
Оскільки пакет передається тільки в той порт, до якого підключений адресат, інші користувачі (у нашому прикладі - 2 і 3) не отримають цей пакет. Таким чином, комутатори забезпечують засоби безпеки, недоступні для стандартних повторювачів Ethernet.
/
Рис.2.3.2. Одночасні з’єднання
Одночасні з'єднання. У комутаторах Ethernet передача даних між будь – якими парами портів відбувається незалежно і, отже, для кожного віртуального з'єднання виділяється вся смуга перепускання каналу. Наприклад, комутатор 10 Mбіт/с на Рис.2.3.2 забезпечує одночасну передачу пакета з A в D і з порту B порт C зі смугою 10 Mбіт/с для кожного з'єднання.
Оскільки для кожного з'єднання дається смуга 10 Mбіт/с, сумарна перепускна здатність комутатора в наведеному прикладі складає 20 Mбіт/с. Якщо дані передаються між великим числом пар портів, інтегральна смуга відповідно розширюється. Наприклад, 24 портовий комутатор Ethernet може забезпечувати інтегральну пропускну здатність до 120 Mбіт/с при одночасній організації 12 з'єднань зі смугою 10 Mбіт/с для кожного з них. Теоретично, інтегральна смуга комутатора росте пропорційно числу портів. Однак, в реальності швидкість пересилання пакетів, що вимірюється в Mбіт/с, менша ніж сумарна смуга пар портів за рахунок так званого внутрішнього блокування. Для комутаторів високого класу блокування незначно знижує інтегральну перепускну смугу пристрою.
Комутатор Ethernet 10Mбіт/с може забезпечити високу перепускну здатність за умови організації одночасних з'єднань між усіма парами портів. Однак, реально трафік звичайно являє собою ситуацію "один до багатьох" (наприклад, безліч користувачів мережі звертається до ресурсів одного сервера). У таких випадках перепускна здатність комутатора в нашому прикладі не буде перевищувати 10 Mбіт/с і комутатор не забезпечить істотної переваги в порівнянні зі звичайним концентратором (повторювачем) з точки зору режиму, що розглядається.
Рис .2.3.3. три вузли 1, 2 і 4 передають дані вузлу 3. Комутатор зберігає пакети від вузлів 1 і 2 у своїй пам'яті доти, доки не завершиться передача пакета з вузла 4. Після завершення передачі цього пакета комутатор починає передавати пакети від вузлів 1 та 2, які зберігаються в пам’яті.
/
Рис .2.3.3. Варіант блокування
У даному випадку перепускна здатність комутатора визначається смугою каналу 3 (у даному випадку 10 Mбіт/с). Описана в даному прикладі ситуація є іншим варіантом блокування.
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.
При побудові складної мережі можуть бути корисні всі типи комунікаційних пристроїв: і концентратори, і мости, і комутатори, і маршрутизатори (мережні адаптери виключені з цього списку тому, що вони необхідні завжди). Найчастіше окремий комунікаційний пристрій виконує тільки одну основну функцію, представляючи собою або повторювач, або міст, або комутатор, або маршрутизатор. Але це не завжди зручно, тому що в деяких випадках більш раціонально мати в одному корпусі багатофункціональний пристрій, який може об’єднати ці базові функції і тим самим дозволяє розроблювачу мережі використовувати його більш гнучко.
2. 4. Особливості мережної технології Ethernet
2.4.1 Етапи розвитку технології Ethernet
Ethernet - це найпоширеніший на сьогоднішній день стандарт локальних мереж . Загальна кількість мереж, що працюють за протоколом Ethernet у теперішній час, оцінюється в 5 мільйонів, а кількість комп'ютерів з установленими мережними адаптерами Ethernet — у 50 мільйонів.
Коли говорять про Ethernet то під цим, звичайно, розуміють будь-який із варіантів цієї технології. У більш вузькому розумінні Ethernet — це мережний стандарт, впроваджений на експериментальній мережі EthernetNetwork, яку фірма Xerox розробила й реалізувала в 1975 році. Метод доступу було випробувано ще раніше. У другій половині 60-х років у радіомережі Гавайського університету Aloha використовувалися різні варіанти конкурентногодоступу до загального передаючого середовища (CSMA/CD).B 1980 році фірми DЕС, Intel та Xerox спільно розробили й опублікували стандарт Ethernet версії II для мережі, побудованої на основі коаксіального кабелю, який став останньою версією фірмового стандарту Ethernet. Тому фірмову версію стандарту Ethernet називають стандартом EthernetDIX або EthernetII.
Дещо пізніше на його основі з’явився стандарт IEEE 802.3. За першими літерами назв цих фірм утворено скорочення DIX, що фігурує в описі цієї технології. Слово Ether (ефір) в назві технології означає різноманіття можливих середовищ передачі. Перші версії – Ethernetv1.0 і Ethernetv2.0 застосовувались тільки для коаксіального кабелю, стандарт IEEE 802.3 розглядає і інші варіанти середовищ передачі – виту пару і оптоволокно . У стандарті IEEE 802.3 розрізняють рівні MAC і LLC , в оригінальному Ethernet обидва ці рівні об'єднані в єдиний канальний рівень.
У EthernetDIX визначається протокол тестування конфігурації (EthernetConfigurationTestProtocol), що відсутній у IEEE 802.3. Трохи відрізняється і формат кадру, хоча мінімальні і максимальні розміри кадрів у цих стандартах збігаються. Часто для того, щоб відрізнити Ethernet, визначений стандартом IEEE, і фірмовий EthernetDIX, перший називають технологією 802.3, а за фірмовим залишають назву Ethernet без додаткових позначень.
У залежності від типу фізичного середовища стандарт IEEE 802.3 має
різні модифікації - 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 10Base-FL, 10Base-FB.
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 перепускна здатність. Якщо для комп'ютерів на процесорах Intel 80286 чи 80386 із шинами ISA (швидкість обміну 8 Мбайт/с) чи EISA (32 Мбайт/с) перепускна здатність сегмента Ethernet складала 1/8 чи 1/32 каналу "пам'ять - диск", то це добре узгоджувалося із співвідношенням обсягів обміну локальними і зовнішніми даними для комп'ютера. В теперішній час в потужних клієнтських станціях із процесорами Pentium( або аналогами інших фірм) і шиною PCI (133 Мбайт/с) ця частка впала до 1/133, що явно недостатньо. Тому багато сегментів 10-Мегабітного Ethernet стали працювати з перевантаженням, швидкість реакції серверівна них значно впала, а частота виникнення колізій істотно зросла, ще більше знижуючи номінальну перепускну здатність.
У 1992 році група виробників мережного устаткування, включаючи таких лідерів технології Ethernet як SynOptics, 3Com та ряд інших, утворили некомерційне об'єднання FastEthernetAlliance для розробки стандарту нової технології, яка узагальнила б досягнення окремих компаній в області Ethernet-спадкоємного високошвидкісного стандарту. Нова технологія отримала назву FastEthernet.
Одночасно почалися роботи в інституті IEEE зі стандартизації нової технології - там була сформована дослідницька група з вивчення технічного потенціалу високошвидкісних технологій. За період з кінця 1992 року і по кінець 1993 року група IEEE розглянула 100-Мегабітні рішення, запропоновані різними виробниками. Поряд із пропозиціями FastEthernetAlliance ця група розглянула також і іншу високошвидкісну технологію, запропоновану компаніями Hewlett-Packard і AT&T.
Уцентрі дискусій була проблема збереження конкурентного методу доступу (CSMA/CD). Пропозиція по FastEthernet зберігала цей метод і тим самим забезпечувала спадковість і погодженість мереж 10Base-T і 100Base-T. Коаліція HP і AT&T, що мала підтримку набагато меншого числа виробників у мережній індустрії, ніж FastEthernetAlliance, запропонувала зовсім новий метод доступу, названий DemandPriority. Він істотно змінював картину поведінки вузліву мережі, тому не зміг вписатися 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 FastEthernet як стандарт 802.3u, який не є самостійним стандартом, а є доповненням до існуючого стандарту 802.3.
Відмінності FastEthernet від Ethernet зосереджені на фізичному рівні. Більш складна структура фізичного рівня технології FastEthernet викликана тим, що в ній можуть використовуватись три варіанти кабельних систем : оптоволокно, 2-х парна скручена пари категорії 5 і 4-х парна скручена 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 FastEthernet створювалися одночасно, а не еволюційно, як для мереж Ethernet, то існувала можливість детально визначити ті підрівні фізичного рівня, які не змінюються від варіанта до варіанта, а також підрівні, специфічні для кожного варіанту .
Основними перевагами технології FastEthernet є: - збільшення перепускної здатності сегментів мережі до 100 Мбіт/c; -
20.12.2017 21:12-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора