Методические указания к заданию №3

Расчет конфигурации сети Ethernet

Цель работы: изучение принципов построения сетей по стандарту

Ethernet и приобретение практических навыков оценки корректности их конфи-

гурации.

Необходимое оборудование: калькулятор.

Критерии корректности конфигурации

Соблюдение многочисленных ограничений, установленных для различных

стандартов физического уровня сетей Ethernet, гарантирует корректную работу

сети (естественно, при исправном состоянии всех элементов физического уров-

ня). Основные характеристики и ограничения технологии Ethernet приведены в

таблицах 1.1 и 1.2.

Наиболее часто приходится проверять ограничения, связанные с длиной

отдельного сегмента кабеля, а также количеством повторителей и общей дли-

ной сети.

Правила «5-4-3» для коаксиальных сетей и «4 хабов» для сетей на основе

витой пары и оптоволокна не только дают гарантии работоспособности сети, но

и оставляют большой «запас прочности» сети. Например, если посчитать время

двойного оборота в сети, состоящей из 4 повторителей 10Base-5 и 5 сегментов

максимальный длины 500 м, то окажется, что оно составляет 537 битовых ин-

тервала. А так как время передачи кадра минимальной длины (вместе с преам-

булой), составляющей 72 байт, равно 575 битовым интервалам, то видно, что

разработчики стандарта Ethernet оставили 38 битовых интервала в качестве за-

паса для обеспечения надежности. Тем не менее в документах комитета IEEE

802.3 утверждается, что и 4 дополнительных битовых интервала создают доста-

точный запас надежности.

Комитет IEEE 802.3 приводит исходные данные о задержках (таблицы 1.3

и 1.4), вносимых повторителями и различными средами передачи данных, для

тех специалистов, которые хотят самостоятельно рассчитывать максимальное

количество повторителей и максимальную общую длину сети, не довольствуясь

теми значениями, которые приведены в правилах «5-4-3» и «4 хабов». Особен-

но такие расчеты полезны для сетей, состоящих из смешанных кабельных сис-

тем, например, коаксиала и оптоволокна, на которые правила о количестве по-

вторителей не рассчитаны. При этом максимальная длина каждого отдельного

физического сегмента должна строго соответствовать стандарту, то есть 500 м

для «толстого» коаксиала, 100 м для витой пары и т. д.

Чтобы сеть Ethernet, состоящая из сегментов различной физической при-

роды, работала корректно, необходимо выполнение четырех основных условий:

- количество станций в сети – не более 1024;

- максимальная длина каждого физического сегмента – не более величи-

ны, определенной в соответствующем стандарте физического уровня;

- время двойного оборота сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя

самыми удаленными друг от друга станциями сети – не более 575 битовых ин-

тервала;

- сокращение межкадрового интервала (Path Variability Value, PVV) при

прохождении последовательности кадров через все повторители – не больше,

чем 49 битовых интервала (так как при отправке кадров конечные узлы обеспе-

чивают начальное межкадровое расстояние в 96 битовых интервала, то после

прохождения повторителя оно должно быть не меньше, чем 96 - 49 = 47 бито-

вых интервала).

Соблюдение этих требований обеспечивает корректность работы сети даже

в случаях, когда нарушаются простые правила конфигурирования, определяю-

щие максимальное количество повторителей и общую длину сети в 2500 м.

Методика расчета времени двойного оборота и уменьшения

Межкадрового интервала

Для упрощения расчетов обычно используются справочные данные IEEE,

содержащие значения задержек распространения сигналов в повторителях,

приемопередатчиках и различных физических средах (таблица 1.3). Битовый

интервал обозначен как bt.

Комитет 802.3 старался максимально упростить выполнение расчетов, по-

этому данные, приведенные в таблице, включают сразу несколько этапов про-

хождения сигнала. Например, задержки, вносимые повторителем, состоят из

задержки входного трансивера, задержки блока повторения и задержки выход-

ного трансивера. Тем не менее в таблице все эти задержки представлены одной

величиной, названной базой сегмента.

Чтобы не нужно было два раза складывать задержки, вносимые кабелем, в

таблице даются удвоенные величины задержек для каждого типа кабеля.

В таблице используются также такие понятия, как левый сегмент, правый

сегмент и промежуточный сегмент. Поясним эти термины на примере сети,

приведенной на рисунке 1.1. Левым сегментом называется сегмент, в котором

начинается путь сигнала от выхода передатчика конечного узла. На рисунке 1.1

это сегмент 1. Затем сигнал проходит через промежуточные сегменты 2-5 и до-

ходит до приемника наиболее удаленного узла наиболее удаленного сегмента 6,

который называется правым. Именно здесь в худшем случае происходит столк-

новение кадров и возникает коллизия.

 

 

 

Рисунок 1.1 – Пример сети Ethernet, состоящей из сегментов различных физи-

ческих стандартов

С каждым сегментом связана постоянная задержка, названная базой, кото-

рая зависит только от типа сегмента и от положения сегмента на пути сигнала

(левый, промежуточный или правый). База правого сегмента, в котором возни-

кает коллизия, намного превышает базу левого и промежуточных сегментов.

Кроме этого, с каждым сегментом связана задержка распространения сиг-

нала вдоль кабеля сегмента, которая зависит от длины сегмента и вычисляется

путем умножения времени распространения сигнала по одному метру кабеля (в

битовых интервалах) на длину кабеля в метрах.

Расчет PDV заключается в вычислении задержек, вносимых каждым от-

резком кабеля (приведенная в таблице задержка сигнала на 1 м кабеля умножа-

ется на длину сегмента), а затем суммировании этих задержек с базами левого,

промежуточных и правого сегментов. Общее значение PDV не должно превы-

шать 575.

Так как левый и правый сегменты имеют разные величины базовой за-

держки, то в случае различных типов сегментов на удаленных краях сети необ-

ходимо выполнить расчеты дважды: один раз принять в качестве левого сег-

мента сегмент одного типа, а во второй – сегмент другого типа. Результатом

можно считать максимальное значение PDV.

Чтобы признать конфигурацию сети корректной, нужно рассчитать также

уменьшение межкадрового интервала повторителями, то есть величину PVV.

Для расчета PVV также можно воспользоваться значениями максимальных

величин уменьшения межкадрового интервала при прохождении повторителей

различных физических сред, рекомендованными IEEE и приведенными в таб-

лице 1.4.

Пример расчета конфигурации сети

В примере крайние сегменты сети принадлежат к одному типу – стандарту

10Base-T, поэтому двойной расчет не требуется.

Приведенная на рисунке 1.1 сеть в соответствии с правилом «4 хабов» не

является корректной – в сети между узлами сегментов 1 и 6 имеются 5 хабов,

хотя не все сегменты являются сегментами 10Base-FB. Кроме того, общая дли-

на сети равна 2800 м, что нарушает правило 2500 м. Рассчитаем значение PDV.

Левый сегмент 1:

15,3 (база) + 100∙0,113 = 26,6

Промежуточный сегмент 2:

33,5 + 1000∙0,1 = 133,5

Промежуточный сегмент 3:

24 + 500∙0,1 = 74,0

Промежуточный сегмент 4:

24 + 500∙0,1 = 74,0.

Промежуточный сегмент 5:

24 + 600∙0,1 = 84,0

Правый сегмент 6:

165 + 100∙0,113 = 176,3.

Сумма всех составляющих дает значение PDV, равное 568,4.

Так как значение PDV меньше максимально допустимой величины 575, то

эта сеть проходит по критерию времени двойного оборота сигнала несмотря на

то, что ее общая длина превышает 2500 м, а количество повторителей больше 4.

Рассчитаем значение PVV.

Левый сегмент 1 10Base-T: сокращение в 10,5 bt.

Промежуточный сегмент 2 10Base-FL: 8.

Промежуточный сегмент 3 10Base-FB: 2.

Промежуточный сегмент 4 10Base-FB: 2.

Промежуточный сегмент 5 10Base-FB: 2.

Сумма этих величин дает значение PVV, равное 24,5, что меньше предель-

ного значения в 49 битовых интервала.

В результате сеть соответствует стандартам Ethernet по всем параметрам.

 

 

Литература:

1.Н.Н. Горнец, А.Г. Рощин, В.В.Соломенцев. Организация ЭВМ и систем.-М.:Издательский центр «Академия», 2006.

2. К. Айден. Аппаратные средства РС. – СПб.:БВХ-Петербург, 1996.

3. Архитектура компьютерных систем и сетей: учеб. пособие. – М.: Финансы и статистика, 2003.

4. М. Гук. Аппаратные средства IBM PC: энциклопедия. – СПб.: Питер, 1999.

5. Б.М. Каган. Электронные вычислительные машины и системы. – М.: Энергоатомиздат, 1991.

6. Э. Таненбаум. Архитектура компьютера. – СПб.: Питер, 2002.

7. В.Г. Олифер. Компьютерные сети. – СПб.: Питер, 1999.

 

Приложение А

Данные к выполнению расчетно-графической работы №3

 

Узел 1 Узел 2 Узел 3

Сегмент 1

Сегмент 2

Сегмент 3

Сегмент 4 Сегмент 5 Сегмент 6

Сегмент 7 Сегмент 8 Сегмент 9

Вариант 1

10 Base-FB 10 Base-FL 10 Base-T Длина, м

Сегмент 1 + 700

Сегмент 2 + 400

Сегмент 3 + 400

Сегмент 4 + 700

Сегмент 5 + 200

Сегмент 6 + 500

Сегмент 7 + 80

Сегмент 8 + 100

Сегмент 9 + 80

10 Base-FB 10 Base-FL 10 Base-T Длина, м

Сегмент 1 + 1000

Сегмент 2 + 200

Сегмент 3 + 200

Сегмент 4 + 400

Сегмент 5 + 300

Сегмент 6 + 200

Сегмент 7 + 100

Сегмент 8 + 100

Сегмент 9 + 40

Концентратор 1

Концентратор 2 Концентратор 3 Концентратор 4

Концентратор 5 Концентратор 6 Концентратор 7

Узел 1 Узел 2 Узел 3

Сегмент 1

Сегмент 2

Сегмент 3

Сегмент 4 Сегмент 5 Сегмент 6

Сегмент 7 Сегмент 8 Сегмент 9

Вариант 3

Концентратор 1

Концентратор 2 Концентратор 3 Концентратор 4

Концентратор 5 Концентратор 6 Концентратор 7

Узел 1 Узел 2 Узел 3

Сегмент 1

Сегмент 2

Сегмент 3

Сегмент 4 Сегмент 5 Сегмент 6

Сегмент 7 Сегмент 8 Сегмент 9

Вариант 2

10 Base-FB 10 Base-FL 10 Base-T Длина, м

Сегмент 1 + 600

Сегмент 2 + 400

Сегмент 3 + 200

Сегмент 4 + 800

Сегмент 5 + 500

Сегмент 6 + 800

Сегмент 7 + 50

Сегмент 8 + 100

Сегмент 9 + 50

10 Base-FB 10 Base-FL 10 Base-T Длина, м

Сегмент 1 + 400

Сегмент 3 + 500

Сегмент 4 + 1100

Сегмент 5 + 1100

Сегмент 6 + 600

Сегмент 7 + 100

Сегмент 8 + 100

Сегмент 9 + 100

Концентратор 1

Концентратор 2 Концентратор 4

Концентратор 5 Концентратор 6 Концентратор 7

Узел 1 Узел 2 Узел 3

Сегмент 1 Сегмент 3

Сегмент 4 Сегмент 5 Сегмент 6

Сегмент 7 Сегмент 8 Сегмент 9

Вариант 5

Концентратор 1

Концентратор 2 Концентратор 3 Концентратор 4

Концентратор 5 Концентратор 6 Концентратор 7

Узел 1 Узел 2 Узел 3

Сегмент 1

Сегмент 2

Сегмент 3

Сегмент 4 Сегмент 5 Сегмент 6

Сегмент 7 Сегмент 8 Сегмент 9

Вариант 4

10 Base-FB 10 Base-FL 10 Base-T Длина, м

Сегмент 1 + 500

Сегмент 3 + 500

Сегмент 4 + 1000

Сегмент 5 + 1000

Сегмент 6 + 500

Сегмент 7 + 80

Сегмент 8 + 80

Сегмент 9 + 100

10 Base-FB 10 Base-FL 10 Base-T Длина, м

Сегмент 1 + 1000

Сегмент 3 + 1000

Сегмент 4 + 600

Сегмент 5 + 600

Сегмент 6 + 400

Сегмент 7 + 60

Сегмент 8 + 60

Сегмент 9 + 90

Концентратор 1

Концентратор 2 Концентратор 4

Концентратор 5 Концентратор 6 Концентратор 7

Узел 1 Узел 2 Узел 3

Сегмент 1 Сегмент 3

Сегмент 4 Сегмент 5 Сегмент 6

Сегмент 7 Сегмент 8 Сегмент 9

Вариант 7

Концентратор 1

Концентратор 2 Концентратор 4

Концентратор 5 Концентратор 6 Концентратор 7

Узел 1 Узел 2 Узел 3

Сегмент 1 Сегмент 3

Сегмент 4 Сегмент 5 Сегмент 6

Сегмент 7 Сегмент 8 Сегмент 9

Вариант 6

10 Base-FB 10 Base-FL 10 Base-T Длина, м

Сегмент 1 + 900

Сегмент _____3 + 900

Сегмент 4 + 700

Сегмент 5 + 700

Сегмент 6 + 500

Сегмент 7 + 70

Сегмент 8 + 70

Сегмент 9 + 100

10 Base-FB 10 Base-FL 10 Base-T Длина, м

Сегмент 1 + 400

Сегмент 3 + 500

Сегмент 4 + 1100

Сегмент 5 + 1100

Сегмент 6 + 600

Сегмент 7 + 100

Сегмент 8 + 100

Сегмент 9 + 100

Концентратор 1

Концентратор 2 Концентратор 4

Концентратор 5 Концентратор 6 Концентратор 7

Узел 1 Узел 2 Узел 3

Сегмент 1 Сегмент 3

Сегмент 4 Сегмент 5 Сегмент 6

Сегмент 7 Сегмент 8 Сегмент 9

Вариант 9

Концентратор 1

Концентратор 2 Концентратор 4

Концентратор 5 Концентратор 6 Концентратор 7

Узел 1 Узел 2 Узел 3

Сегмент 1 Сегмент 3

Сегмент 4 Сегмент 5 Сегмент 6

Сегмент 7 Сегмент 8 Сегмент 9

Вариант 8

10 Base-FB 10 Base-FL 10 Base-T Длина, м

Сегмент 1 + 500

Сегмент 3 + 500

Сегмент 4 + 1000

Сегмент 5 + 1000

Сегмент 6 + 500

Сегмент 7 + 80

Сегмент 8 + 80

Сегмент 9 + 100

10 Base-FB 10 Base-FL 10 Base-T Длина, м

Сегмент 1 + 1000

Сегмент 3 + 1000

Сегмент 4 + 600

Сегмент 5 + 600

Сегмент 6 + 400

Сегмент 7 + 60

Сегмент 8 + 60

Сегмент 9 + 90

Концентратор 1

Концентратор 2 Концентратор 4

Концентратор 5 Концентратор 6 Концентратор 7

Узел 1 Узел 2 Узел 3

Сегмент 1 Сегмент 3

Сегмент 4 Сегмент 5 Сегмент 6

Сегмент 7 Сегмент 8 Сегмент 9

Вариант 11

Концентратор 1

Концентратор 2 Концентратор 4

Концентратор 5 Концентратор 6 Концентратор 7

Узел 1 Узел 2 Узел 3

Сегмент 1 Сегмент 3

Сегмент 4 Сегмент 5 Сегмент 6

Сегмент 7 Сегмент 8 Сегмент 9

Вариант 10

10 Base-FB 10 Base-FL 10 Base-T Длина, м

Сегмент 1 + 600

Сегмент 3 + 600

Сегмент _____4 + 900

Сегмент 5 + 1000

Сегмент 6 + 500

Сегмент 7 + 70

Сегмент 8 + 80

Сегмент 9 + 90

Справочные данные IEEE

Таблица 1.1 – Общие ограничения для всех стандартов Ethernet

Характеристика Значение

Номинальная пропускная способность 10 Мбит/с

Максимальное число станций в сети 1024

Максимальное расстояние между узлами в сети 2500 м (в 10Base-FB –

2750 м)

Максимальное число коаксиальных сегментов в сети 5

Таблица 1.2 – Параметры спецификаций физического уровня для стандарта

Ethernet

Параметр 10Base-5 10Base-2 10Вазе-Т 10Base- F

Кабель Толстый ко-

аксиальный

кабель RG-8

или RG-11

Тонкий ко-

аксиальный

кабель RG-

Неэкраниро-

ванная витая

пара катего-

рий 3,4,5

Многомодо-

вый воло-

конно-

оптический

кабель

Максимальная длина сегмента,

м

500 185 100 2000

Максимальное расстояние меж-

ду узлами сети (при использо-

вании повторителей), м

2500 925 500 2500 (2740

для 10Base-

FB)

Концентратор 1

Концентратор 2 Концентратор 4

Концентратор 5 Концентратор 6 Концентратор 7

Узел 1 Узел 2 Узел 3

Сегмент 1 Сегмент 3

Сегмент 4 Сегмент 5 Сегмент 6

Сегмент 7 Сегмент 8 Сегмент 9

Вариант 12

Продолжение таблицы 1.2

Параметр 10Base-5 10Base-2 10Вазе-Т 10Base- F

Максимальное число станций в

сегменте

100 30 1024 1024

Максимальное число повтори-

телей между любыми станция-

ми сети

4 4 4 4 (5 для

10Base-FB)

Таблица 1.3 – Данные для расчета значения PDV

Тип сегмента База левого

сегмента, bt

База проме-

жуточного

сегмента, bt

База правого

сегмента, bt

Задержка сре-

ды на 1 м, bt

Максималь-

ная длина

сегмента, 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

AUI (>2 м) 0 0 0 0,1026 2+48

Таблица 1.4 – Уменьшение межкадрового интервала повторителями

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

 

1.6 Контрольные вопросы

1. Поясните механизм доступа к разделяемой среде в технологии Ethernet.

2. В каких случаях возможна оценка корректности конфигурации по физическим ограничениям?

3. Сформулируйте условие надежного распознавания коллизий.

4. С какой целью вводится ограничение на уменьшение межкадрового интервала?

5. В каком случае и почему для самого длинного пути проводятся два расчета?

6. В чем разница между сетью Интернет и локальной сетью?

7. Каким образом передается информация в сети от одного компьютера к другому?

8. Что такое информационные технологии?