_4_ПЗ«Изучение состава и характеристик линии связи». Занятие Изучение состава и характеристик линии связи
 Скачать 128.65 Kb.
|
|
_Практическое занятие 4. Изучение состава и характеристик линии связи Цель работы: Изучение алгоритма проверки работоспособности локальной компьютерной сети; Проверка работоспособности локальной компьютерной сети заданной конфигурации. Теоретическая часть. Основные условия работоспособности сети При анализе работоспособности локальной компьютерной сети рассчитываются ее основные (критически значимые) параметры и сравниваются с их допустимыми значениями, указанными в стандарте и/или в каких-либо нормативных документах. В работе будет рассматриваться самая распространенная 100 Мбит сеть Ethernet, известная также под названием Fast Ethernet. Первым из критически важных параметров сети является двойная круговая задержка распространения сигнала по сети PDV (Path Delay Value), которая, в соответствии со стандартом, не должна быть больше минимальной длительности пакета и составляет 512 битовых интервалов. Рекомендуемое стандартом значение двойной круговой задержки даже несколько меньше и составляет 508 битовых интервалов. Необходимость выполнения данного условия обусловлена тем, что компьютеры сети должны надежно детектировать возникающие коллизии при реализации случайного доступа к разделяемой среде передачи данных (CSMA/CD). Второй критически важный параметр связан с тем, что пакеты в сети передаются не подряд, а между ними существует, по крайней мере, минимально допустимый временной зазор IPG (Inter Packet Gap). При прохождении пакетов через сетевые устройства IPG уменьшается. Величина сокращения временного зазора между пакетами PVV (PathVariabilityValue) и является вторым критически важным параметром. После прохождения через все промежуточные сетевые устройства величина PVV не должна превышать 49 битовых интервалов (поскольку в процессе отправки пакетов обеспечивается изначальное расстояние между пакетами в 96 битовых интервалов, то после прохождения всех промежуточных сетевых устройств оно должно быть не менее чем 96 49 = 47 битовых интервалов). Если PVV превысит 49 битовых интервалов, то межпакетная щель станет меньше допустимой, и сетевой адаптер принимающего компьютера может воспринять, например, два следующих друг за дружкой пакета как один пакет. Связь работоспособности сети с ее архитектурой Различают простые и сложные (составные) локальные сети.  Отличием составных сетей является то, что в них используются сложные промежуточные устройства, которые делят эти сети на отдельные, относительно изолированные друг от друга области, которые также называют областями коллизий. Пример составной сети показан на рис.2.1.Рис.2.1.Составная компьютерная сеть: 1 – компьютеры; 2 – концентраторы; 3 – коммутатор; ОК – область коллизий (Collision Domain) В сети, рис.2.1, сложное промежуточное сетевое устройство 3 (коммутатор) делит данную сеть на две части: область коллизий ОК 1 и область коллизий ОК 2. Концентраторы, равно как и репитеры, трансиверы относятся к простейшим сетевым устройствам, работающих на первом (физическом) уровне модели взаимодействия открытых систем OSI. И эти устройства свободно пропускают через себя столкнувшиеся пакеты, одновременно переданные в сеть (разделяемую среду) разными компьютерами. Таким образом, концентраторы не препятствуют возникновению коллизий в той зоне сети, где они расположены, и выполняют функцию объединительных элементов. Следует также напомнить, что события считаются одновременными, если их начальные временные точки не удалены друг от друга более чем на 512 битовых интервалов. Коммутаторы являются более сложными сетевыми устройствами, работающими на втором (канальном) уровне модели OSI. В отличие от концентраторов, коммутаторы делят сеть на области (домены), внутри каждой из которых коллизии возможны, но сами коммутаторы не пропускают через себя столкнувшиеся пакеты. Они пропускают через себя только неискаженные коллизиями пакеты, в которых в соответствующий полях заголовков указаны МАС-адреса получателей и отправителей. Более сложные коммутаторы дополнительно проверяют длину пакетов и их целостность на основе анализа контрольных сумм. Также возможно управление состоянием портов сложных коммутаторов. В сетях используется два вида концентраторов: концентраторы класса I и концентраторы класса II. Изначально в сети Ethernet (10 Мбит) такого деления концентраторов на классы не было. Первоначально в круг задач концентраторов входило только объединение компьютеров и самая примитивная обработка электрических сигналов, заключающаяся в восстановлении их амплитуды и формы. В них не было предусмотрено функций кодирования, декодирования и управления. Это концентраторы класса II. Достоинством таких концентраторов является их сравнительно высокое быстродействие. Концентраторы класса II также используются и в сети Fast Ethernet (100 Мбит). Концентраторы класса I стали использоваться начиная с сети Fast Ethernet. Концентраторы класса I, в дополнение к функциям концентраторов класса II, имеют функции управления, кодирования и декодирования электрических сигналов. Следует отметить, что своеобразной платой за такое наращивание функционала стало уменьшение быстродействия, по сравнению с концентраторами класса II. Потребность в концентраторах класса I в сети Fast Ethernet возникла вследствие того, что данная сеть может содержать различные сегменты, в которых используются различные методы кодирования. Например, в сегментах 100BASE-TX и 100BASE-FX используется метод кодирования 4B/5B, а сегменте 100BASE-T4 - 8B/6T. К концентратору класса I может быть подключен компьютер для контроля обмена информацией, осуществляемого через него. У концентраторов класса I есть возможность управления его портами (подключение и отключение). При анализе работоспособности сети обязательно следует учитывать, что в соответствующую область коллизий входит также и кабель, соединяющий эту область с сетевым устройством высокого уровня. Как будет показано в дальнейшем, длина этого кабеля также влияет на двойную круговую задержку распространения сигнала по рассматриваемой области сети. Задержка пропорциональна длине кабеля и величине его удельной задержки, которая зависит от типа кабеля (категории витой пары). Анализ работоспособности производят либо для всей простой сети (сеть без сложных сетевых устройств – коммутаторов), либо для каждой из отдельных областей коллизий, входящих в состав сложной сети. Исходя из требования стандарта (двойная круговая задержка распространения сигнала по сети не должна превышать 512 битовых интервалов), можно определить максимальный размер области коллизий для того или иного вида сети Ethernet. Под размером сети понимают не геометрические характеристики зоны, в которой размещены соответствующие компьютеры и сетевые устройства, а длину кабеля. Для сети Ethernet (10 Мбит) предельная двойная задержка (Slot Time) ST=51,2 мкс (один битовый интервал составляет 0,1 мкс). Максимальная задержка сигнала в кабеле 25,6 мкс. Если принять задержку в кабеле 4 нс/м (усредненное значение для кабелей различного типа), то предельная длина кабеля может достигать 25,6мкс/4нс=6.4 км. Конечно, это идеализированный случай, предполагающий область коллизий как единый сегмент без каких- либо сетевых устройств, вносящих свой вклад в общую круговую задержку сети. Чем больше промежуточных сетевых устройств будет содержать сеть (область коллизий), тем меньше будет размер сети или области коллизий. В дальнейшем будут приведены данные по задержкам распространения электрического сигнала, вносимым некоторыми сетевыми устройствами (концентраторами классов I и II и коммутаторами). Аналогичным образом, для сети Fast Ethernet (100 Мбит) ST=5,12 мкс. Максимальная задержка сигнала в кабеле 2,56 мкс. Следовательно, предельная длина кабеля может достигать 2,56мкс/4нс=0,64 км=640 м. Для сети Gigabit Ethernet (1000 Мбит) ST=0,512 мкс. Максимальная задержка сигнала в кабеле 0,256 мкс. Предельная длина кабеля составляет 0,256мкс/4нс=0,064 км=64 м. Очевидно, что таком случае размер сети Gigabit Ethernet очень мал. Поэтому в сети Gigabit Ethernet пришлось сделать отступление от стандарта и увеличить длину пакета в восемь раз (4 096 байт против предусмотренных стандартом 512 бит). При этом в пакете минимальной длины полезной информации также осталось 512 бит, остальная часть пакета заполняется пустой информацией. Поэтому максимальная длина кабеля сети Gigabit Ethernet достигает 512 м. Оценка работоспособности сети Ethernet (10 Мбит) Для оценки работоспособности области коллизий сети Ethernet (10 мбит) применяют два способа. В соответствии с первым способом проверяется выполнение правил: длина кабеля не должна превышать максимально допустимого значения; правило 5-4-3 (любой путь между двумя любыми компьютерами сети должен включать в себя не более пяти сегментов, объединенных не более чем четырьмя репитерами или (репитерными) концентраторами, и максимальное число сегментов, к которым могут быть подключены компьютеры, не должно превышать трех). Реализация данного способа наиболее проста и может использоваться для экспресс-оценки работоспособности сети. Реализация второго способа предполагает более детальный анализ сети или области коллизий, что в итоге сводится к точному расчету максимальной задержки сигнала или времени двойного кругового распространения сигнала по сети PDV, причем это время рассчитывается для движения сигнала в обоих направлениях. Последнее обстоятельство будет пояснено далее. Следует также учитывать, что величина PDV складывается не только из задержки сигнала в кабеле, но и из задержек во всех сетевых устройствах, через которые проходит анализируемый путь распространения сигнала. Также в PDV включаются задержки в сетевых адаптерах компьютеров, а именно, задержка в выходном каскаде сетевого адаптера передающего компьютера и задержка во входном каскаде сетевого адаптера компьютера, который принимает информацию. Кроме расчета PDV вычисляется PVV, исходя из данных о сокращении IPG при прохождении сигнала через промежуточные сетевые устройства. Получается, что обеспечение данного условия накладывает ограничение на максимально возможное количество концентраторов в сети. Оценка работоспособности сети Ethernet заключается в выборе пути максимальной длины в рассматриваемой области коллизий и последующей проверки выполнения двух вышеописанных условий (PDV не более 512 и PVV не более 49 битовых интервалов). Если выбор пути максимальной длины затруднен, то оценку работоспособности сети производят для всех возможных путей.  На рис.2.2 показана топология сети Ethernet с выделением пути максимальной длины.Рис.2.2. Пример топологии локальной сети Ethernet: 1 – компьютеры; 2 – концентраторы; Ti, ti, Fi, fi – соединительные кабели Длины соединительных кабелей приведены в табл.2.1. Таблица 2.1 Длины соединительных кабелей
Как следует из рис.2.2 и данных табл.2.1, путь максимальной длины рассматриваемой сети: T1 – T2 –T3 – F1 – F2 (выделен жирной линией на рис.2.2). Пусть передачу ведет компьютер, подключенный к кабелю Т1, а принимает информацию компьютер, подключенный к кабелю Т4. Тогда началом пути будет выход компьютера, подключенного к кабелю Т1, а концом пути – вход компьютера, подключенного к кабелю F2. При передаче в обратную сторону началом пути будет выход компьютера, подключенного к кабелю Т4, а концом пути – вход компьютера, подключенного к кабелю Т1. Для оценки работоспособности сети производят расчет два раза, для каждого из направлений передачи информации раздельно, так как сетевые адаптеры для разных сегментов имеют разные входные и выходные задержки. Также входные и выходные задержки могут отличаться для сетевых адаптеров, подключенных к сегментам одного типа. Равно как и входные и выходные задержки портов концентраторов, объединяющих сегменты разных типов, могут отличаться друг от друга. В табл.2.2 приведены временные задержки для устройств и кабелей, работающих в некоторых типах сегментов. Таблица 2.2 Задержки для различных сегментов сети в битовых интервалах
В последнем столбце табл.2.2 приведена двойная задержка в кабеле, то есть задержка, соответствующая фактически двум метрам провода, если считать, что сигнал идет только в одном направлении. Поэтому для определения двойной круговой задержки в анализируемой сети, обусловленной наличием кабеля, достаточно умножить длину пути в метрах на соответствующее значение в правом крайнем столбце табл.2.2. Постоянная задержка в сети, которая не зависит от длины кабеля, определяется только сетевыми адаптерами и промежуточными сетевыми устройствами. Если рассматривается начальный сегмент, то берется выходная задержка сетевого адаптера и задержка на входе концентратора, второй столбец табл.2.2. Для промежуточного сегмента, третий столбец табл.2.2, берутся задержки на выходе и на входе концентраторов. Для конечного сегмента, четвертый столбец табл.2.2, берется выходная задержка концентратора и входная задержка сетевого адаптера. Таким образом, PDV=Тconst+L.k, где Тconst – постоянная задержка, L – длина (кабеля) пути в метрах, k – двойная круговая задержка, порождаемая одним метром кабеля соответствующего типа. Выполним расчет PDV для пути наибольшей длины сети, рис.2.2. Задержка, обусловленная кабелем: 150.0,103+(100+85+70).0,113+1000.0,1= 144,265 ВТ (битовых интервалов). Постоянная задержка при прохождении сигнала слева направо: 11,8+42+42+33,5+165=294,3 ВТ. Постоянная задержка при прохождении сигнала справа налево: 15,3+33,5+42+42+169,5=302,3 ВТ. Таким образом, в качестве постоянной задержки берем 302,3 ВТ. Расчетное значение PDV=144,265+302,3= 446,565 ВТ. На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что анализируемая сеть работоспособна по критерию PDV<512 ВТ. Для того чтобы сеть гарантировано была работоспособна (при возможных отклонениях параметров сетевых устройств от их паспортных значений), стандарт рекомендует, чтобы PDV<508 ВТ. Для расчета PVV можно использовать данные табл.2.3. Таблица 2.3 Сокращение межпакетного промежутка PVV при прохождении сегментов сети в битовых интервалах
На конечном сегменте отсутствует концентратор, который и порождает сокращение межпакетного промежутка, поэтому при расчете PVV конечный сегмент не учитывается. Произведем расчет PVV для сети, рис.2.2. Для пути сигнала слева направо: PVV=16+11+11+8=46 ВТ. Для пути сигнала справа налево: PVV= 16+8+11+11=46 ВТ. Таким образом, анализируемая сеть работоспособна также и по критерию PVV≤49 ВТ. Итак, на основании произведенных расчетов можно сделать вывод о том, что сеть, рис.2.2, является работоспособной. При этом имеется некоторый запас по длине кабелей. В то же время подключение любого дополнительного промежуточного сетевого устройства невозможно вследствие нарушения условия PVV≤49 ВТ. |