СЕТИ ЭВМ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ. Министерствообразованияинаукироссийскойфедерации
 Скачать 4.29 Mb.
|
|
3.2.4. Многосегментные ЛВС Ethernet ЛВС Ethernet может объединять сегменты, построенные на основе разных типов кабелей: толстого или тонкого коаксиального кабеля, витой пары, волоконно-оптического кабеля. При этом количество сегментов в сети может превышать указанное ранее в соответствии с правилом «5-4-3» Раздел 3. Локальные вычислительные сети 204 значение 5. Чтобы сеть Ethernet, состоящая из сегментов различной физической природы, работала корректно, необходимо выполнение четырех основных условий: • количество станций в сети не более 1024; • максимальная длина каждого сегмента не более величины, определенной в соответствующем стандарте физического уровня (500 м и 185 м – соответственно для толстого и тонкого коаксиального кабеля; 100 м – для неэкранированной витой пары; 2000 м – для оптоволоконного кабеля); • время двойного оборота сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети не более 575 битовых интервала; • сокращение межкадрового интервала (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 интервалов, то после прохождения повторителей оно должно быть не меньше, чем 96–49=47 битовых интервала. Соблюдение этих требований обеспечивает корректность работы сети даже в тех случаях, когда нарушаются правила конфигурирования, определяющие максимальное количество повторителей и общую длину сети в 2500 м. 3.2.4.1. Условие корректности ЛВС Для корректной работы сети Ethernet необходимо, чтобы станции всегда могли обнаружить коллизию, если она возникла в процессе передачи кадра. Если станция прекратит прослушивание среды передачи раньше, чем коллизия может произойти, передаваемый кадр будет потерян. Поэтому передающая станция должна обнаружить коллизию, которую вызвал переданный ею кадр, еще до того, как она закончит передачу этого кадра. Поскольку до начала передачи все станции сети прослушивают канал, то коллизия в худшем случае может возникнуть при передаче кадров между наиболее удаленными друг от друга станциями сети. Такая ситуация показана на рис.3.25. В момент времени 1 t узел 1 начинает передачу кадра К 1 . Положим, что в момент 2 t , когда кадр К 1 почти достигает наиболее удалённого узла N , последний начинает передачу кадра К N . В результате столкновения 1 2 3 4 N … К 1 К N t 1 t 2 t 3 3.25 коллизия Раздел 3. Локальные вычислительные сети 205 кадров К 1 и К N возникает коллизия, которая распространяется по каналу и в момент 3 t достигает узла 1. Таким образом, сигнал проходит дважды между наиболее удаленными друг от друга узлами сети в течение времени 1 3 t t T PDV − = , которое называется временем двойного оборота (Path Delay Value, PDV).Для распознавания такой коллизии узлом 1 необходимо, чтобы минимальное время min T передачи кадра этим узлом было больше времени двойного оборота PDV T : PDV T T > min Минимальное время min T передачи кадра связано с минимальной длиной кадра l min и пропускной способностью канала связи С соотношением: C l T min min = Время двойного оборота PDV T зависит от максимального расстояния между наиболее удаленными станциями ЛВС ( длины кабельной системы ) L и скорости распространения сигнала в кабеле v: , 2 v L T PDV = где скорость распространения сигнала зависит от типа передающей среды и определяется как 3 2 ÷ = c v (с – скорость света). Тогда условие корректности ЛВС, обусловленное необходимостью обнаружения всех возникающих в сети коллизий, примет вид: v L C l 2 min > Последнее выражение может использоваться для определения максимального расстояния между наиболее удаленными станциями или для определения минимального размера кадра при заданном расстоянии: C vl L 2 min < ; v LC l 2 min > Пример . Рассмотрим сети Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Пусть: бит байт l с м v 512 64 ; / 10 min 8 = = = , Пропускные способности сетей Fast Ethernet (FE) и Gigabit Ethernet (GE) соответственно равны: с бит С FE / 10 8 = и с бит С GE / 10 9 = Тогда: м L FE 256 10 * 2 512 * 10 8 8 = < и м L GE 6 , 25 10 * 2 512 * 10 9 8 = < Таким образом, диаметр сети Fast Ethernet не должен превышать 256 метров, а диаметр сети Gigabit Ethernet – 25 метров. Очевидно, что столь маленький размер сети Gigabit Ethernet не мог удовлетворить ни разработчиков, ни пользователей сети. Для увеличения диаметра сети Gigabit Ethernet хотя бы до 200 м необходимо увеличить минимальную длину кадра до значения: Раздел 3. Локальные вычислительные сети 206 500 4000 10 10 * 200 * 2 2 8 9 min байт бит v LC l = = = > В ЛВС GigabitEthernet, как будет показано ниже, минимальная длина кадра увеличена до значения 512 байт, что позволило увеличить диаметр сети до 200 м. 3.2.4.2. Расчёт времени двойного оборота (PDV) Для упрощения расчета PDV обычно используются справочные данные IEEE, содержащие значения задержек распространения сигналов в повторителях, приемопередатчиках и различных физических средах. В табл.3.3 приведены данные, необходимые для расчета значения PDV для всех физических стандартов сетей Ethernet. Левый сегмент – это передающий сегмент. Затем сигнал проходит через промежуточные сегменты и доходит до наиболее удаленного правого (принимающего) сегмента. Именно здесь в худшем случае происходит столкновение кадров и возникает коллизия. 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). Кроме того, с каждым сегментом связана задержка распространения сигнала вдоль кабеля сегмента, которая зависит от длины сегмента и вычисляется путем умножения времени задержки сигнала на одном метре кабеля (в битовых интервалах) на длину кабеля в метрах. Таблица 3.3 Тип сегмента База ле- вого сег- мента, bt База проме- жуточного сегмента, bt База пра- вого сег- мента, bt Задержка среды на 1 м, bt Максим. длина сег- мента, м 10Base-5 11,8 46,5 169,5 0,0866 500 10Base-2 11,8 46,5 169,5 0,1026 185 10Base-T 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 Расчёт PDV выполняется для двух наиболее удаленных (по времени распространения сигнала) станций сети и заключается в вычислении задержек, вносимых каждым отрезком кабеля, и суммировании этих задержек с базами левого, промежуточных и правого сегментов. Общее значение PDV (сумма значений всех сегментов) не должно превышать 575 битовых интервалов. Это значение получено, исходя из минимальной длины кадра в 10-мегабитном Ethernet в 64 байта плюс преамбула 8 байт, всего 72 байта или 576 бит. Следовательно, время двойного оборота должно быть меньше 57,5 мкс. Раздел 3. Локальные вычислительные сети 207 Так как левый и правый сегменты имеют различные величины базовой задержки, необходимо выполнить расчеты дважды, поменяв при втором расчёте местами левый и правый сегменты сети. На основе представленных в табл.3.3 значений задержки (в битовых интервалах) распространения сигнала по кабелю в расчете на 1 метр можно оценить скорость распространения сигнала по кабелю и соответствующие значения коэффициентов замедления (уменьшения скорости передачи сигнала по сравнению со скоростью света): • для толстого коаксиального кабеля: ] / [ 115500 ] / [ 10 * 5 , 115 ] / [ 10 66 , 8 1000 6 6 5 с км с м с м v = ≈ = ; 6 , 2 115500 300000 5 ≈ = k ; • для тонкого коаксиального кабеля: ] / [ 97500 ] / [ 10 * 5 , 97 ] / [ 10 26 , 10 1000 6 6 2 с км с м с м v = ≈ = ; 1 , 3 97500 300000 2 ≈ = k ; • для витой пары: ] / [ 88500 ] / [ 10 3 , 11 1000 6 с км с м v Т ≈ = ; 4 , 3 88500 300000 ≈ = T k ; • для оптического кабеля: ] / [ 100000 ] / [ 10 10 1000 6 с км с м v F = = ; 3 100000 300000 = = F k 3.2.4.3. Расчёт уменьшения межкадрового интервала (PVV) Для того чтобы определить корректность построения многосегментной сети, необходимо рассчитать уменьшение межкадрового интервала повторителями при передаче кадров в сети, то есть величину PVV. Для расчета PVV используются рекомендованные институтом IEEE предельные значения (в битовых интервалах), определяющие уменьшение межкадрового интервала при прохождении повторителей различных физических сред. Эти значения для передающих и промежуточных сегментов приведены в табл.3.4. Сумма этих величин дает значение PVV, которое должно быть меньше предельного значения в 49 битовых интервала. Таблица 3.4 Тип сегмента Передающий сегмент, bt Промежуточный сегмент, bt 10Base-5 или 10Base-2 16 11 10Base-FB - 2 10Base-FL 10,5 8 10Base-T 10,5 8 Раздел 3. Локальные вычислительные сети 208 3.2.5. Расчет показателей производительности ЛВС Ethernet В качестве показателей производительности среды передачи данных в ЛВС Ethernet используются следующие величины: • пропускная способность канала связи С [бит/с], определяемая как предельная скорость передачи данных; • полезная (эффективная) пропускная способность канала связи п C [бит/с], определяемая как предельная скорость передачи данных пользователя без учета передаваемых служебных символов в заголовках и концевиках и без учета возможных простоев канала и коллизий; • реальная (фактическая) скорость передачи данных р C [бит/с], определяемая с учетом возможных простоев канала и коллизий; • пропускная способность среды передачи Λ [кадров/с], измеряемая количеством кадров, передаваемых за единицу времени. Выполним расчёт перечисленных характеристик применительно к ЛВС Ethernet с пропускной способностью С=10 Мбит/с. Определим пропускную способность Λ [кадров/с] среды передачи для кадров минимальной (рис.3.26,а) и максимальной (рис.3.26,б) длины. Кадр минимальной длины с преамбулой: ; 2 , 67 ) ( 6 , 9 6 , 57 1 , 0 * 576 ; 576 8 * 72 ) ( 64 ) ( 8 min min мкс интервал межкадр мкс мкс мкс бит T бит бит байта кадр байта преамбула байт L = + = = = = + = / 14880 / 1 min max с кадров Т ≅ = Λ Кадр максимальной длины с преамбулой : / 813 / 1 ; 4 , 1230 .) ( 6 , 9 8 , 1220 1 , 0 * 12208 ; 12208 8 * 1526 ) ( 1518 .) ( 8 max min max max с кадров T мкс инт межкадр мкс мкс мкс бит T бит бит байт кадр байт преамб байт L ≅ = Λ = + = = = = + = Таким образом , в 10- мегабитной сети Ethernet без учёта возможных коллизий максимально может быть передано за одну секунду от 813 кадров ( максимальной длины ) до 14 880 кадров ( минимальной длины ). Отсюда легко определить полезную ( эффективную ) пропускную способность и коэффициент использования канала связи при передаче кадров минимальной и максимальной длины : П Кадр min 8 14 46 4 П Кадр max МКИ 96 bt T min =67,2 мкс 8 14 1500 4 96 bt T mах =1230,4 мкс П Кадр МКИ а ) б ) байт : байт : t 3.26 Раздел 3. Локальные вычислительные сети 209 ; 548 , 0 ; / 48 , 5 8 * 46 * 14880 min min min = = = = C C k с Мбит С 976 , 0 ; / 76 , 9 8 * 1500 * 813 max max max = = = = C C k с Мбит С Полученные значения показателей производительности и коэффициента использования канала связи не учитывают простои сети и возникающие при передаче данных коллизии, значительно снижающие реальную пропускную способность ЛВС Ethernet. 3.2.6. Достоинства и недостатки ЛВС Ethernet В качестве достоинств ЛВС Ethernet следует отметить: • простоту установки и эксплуатации; • невысокую стоимость реализации, обусловленную простотой и невысокой стоимостью сетевых адаптеров и концентраторов; • возможность использования различных типов кабеля и схем прокладки кабельной системы. К недостаткам сети Ethernet можно отнести: • снижение реальной скорости передачи данных в сильно загруженной сети, вплоть до ее полной остановки; • трудности поиска неисправностей: при обрыве кабеля отказывает весь сегмент ЛВС и локализовать неисправный узел или участок сети достаточно сложно. 3.3. Высокоскоростные технологии Ethernet Первыми высокоскоростными технологиями для передачи данных по сети Ethernet со скоростью 100 Мбит/с были две конкурирующие технологии – Fast Ethernet и 100VG-AnyLAN. 3.3.1. Fast Ethernet Fast Ethernet (Быстрый Ethernet) – высокоскоростная технология, предложенная фирмой 3Com для реализации сети Ethernet со скоростью передачи данных 100 Мбит/с, сохранившая в максимальной степени особенности 10-мегабитного Ethernet (Ethernet-10) и реализованная в виде стандарта 802.3u. Основной целью при разработке технологии Fast Ethernet было обеспечение преемственности по отношению к 10-мегабитному Ethernet за счёт сохранения формата кадров и метода доступа CSMA/CD, что позволяет использовать прежнее программное обеспечение и средства управления сетями Ethernet. Одним из требований было также использование кабельной системы на основе витой пары категории 3, получившей на момент появления Fast Ethernet широкое распространение в сетях Ethernet-10. В связи с этим все отличия Fast Ethernet от Ethernet-10 сосредоточены на физическом уровне. В Fast Ethernet предусмотрены 3 варианта кабельных систем: • многомодовый ВОК (используется 2 волокна); Раздел 3. Локальные вычислительные сети 210 • витая пара категории 5 (используется 2 пары); • витая пара категории 3 (используется 4 пары). Структура сети – иерархическая древовидная, построенная на концентраторах (как 10Base-T и 10Base-F), поскольку не предусматривалось использование коаксиального кабеля. Диаметр сети Fast Ethernet, как показано в п.3.2.5, составляет немногим более 200 метров, что объясняется уменьшением времени передачи кадра минимальной длины в 10 раз в результате увеличения пропускной способности канала в 10 раз по сравнению с Ethernet-10. Тем не менее, возможно построение крупных сетей на основе технологии Fast Ethernet, благодаря появлению в начале 90-х годов прошлого века коммутаторов. При использовании коммутаторов протокол Fast Ethernet может работать в полнодуплексном режиме, в котором нет ограничений на общую длину сети, а остаются только ограничения на длину физических сегментов, соединяющих соседние устройства (адаптер – коммутатор или коммутатор – коммутатор). Стандарт IEEE 802.3u определяет 3 спецификации физического уровня Fast Ethernet, несовместимых друг с другом: • 100Base-ТX – для передачи данных используются две неэкранированные пары UTP категории 5 или STP Type 1; • 100Base-Т4 – для передачи данных используются четыре неэкранированных пары UTP категорий 3, 4 или 5; • 100Base-FX – для передачи данных используются два волокна многомодового ВОК. |