Курсовое проектирование общ

по сети информации, так как в ней, как правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды), кото-

рый может быть перегружен большими потоками информации. Иногда сеть с

топологией кольцо выполняется на основе двух параллельных кольцевых линий связи, передающих информацию в противоположных направлениях (см. Рису-

нок 6). Цель подобного решения — увеличение (в идеале — вдвое) скорости передачи информации по сети. К тому же при повреждении одного из кабелей сеть может работать с другим кабелем (правда, предельная скорость уменьшит-

ся).

Рисунок 6. Кольцевая топология с двумя линиями связи.

Кроме трех рассмотренных базовых топологий нередко применяется так-

же сетевая топология дерево (tree), которую можно рассматривать как комби-

нацию нескольких звезд. Причем, как и в случае звезды, дерево может быть ак-

тивным или истинным (см. Рисунок 7) и пассивным. При активном дереве в центрах объединения нескольких линий связи находятся центральные компью-

теры, а при пассивном — концентраторы (хабы).

Рисунок 7. Топология в виде активного дерева

Необходимо отметить, топология сети указывает не только на физическое расположение компьютеров, но и на характер связей между ними (см. Рисунок

8), особенности распространения информации, сигналов по сети. Именно ха-

рактер связей определяет степень отказоустойчивости сети, требуемую слож-

ность сетевой аппаратуры, наиболее подходящий метод управления обменом,

возможные типы сред передачи (каналов связи), допустимый размер сети (дли-

на линий связи и количество абонентов) необходимость электрического согла-

сования и многое другое.

Рисунок 8. Использование различных топологий.

Более того, физическое расположение компьютеров, соединяемых сетью,

почти не влияет на выбор топологии. Как бы ни были расположены компьюте-

ры, их можно соединить с помощью любой заранее выбранной топологии.

Стандартные сегменты Ethernet

Существует несколько стандартных сегментов сети Ethernet/Fast Ethernet.

Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки, области применения. При

установке сети необходимо сделать обоснованный выбор оборудования, с тем чтобы потом не пришлось тратить значительные суммы на его замену.

Стандарт 10BASE5 определяет сегмент Ethernet на основе толстого коак-

сиального кабеля с топологией шина длиной до 500 метров.

Толстый коаксиальный кабель – это классический тип кабеля, который использовался в сети Ethernet с самого начала. В настоящее время он менее распространен, хотя и обеспечивает максимальную протяженность сети с топо-

логией шина. Это связано в первую очередь с большими трудностями монтажа аппаратуры и сравнительно высокой ее стоимостью.

Толстый коаксиальный кабель представляет собой 50-омный кабель диа-

метром около 1 сантиметра и отличается высокой жесткостью. Он имеет два основных типа оболочки: стандартная PVC желтого цвета (например,кабель

Belden 9880) и тефлоновая Teflon оранжево-коричневого цвета (например, ка-

бель Belden 89880). Широко распространен толстый кабель типа RG-11, другой тип – RG-8 (отличие состоит в том, что у RG-11 посеребрена центральная жи-

ла). Диаметр центральной жилы – около 2 мм. Толстый кабель – это самая до-

рогая среда передачи (примерно втрое дороже, чем другие типы). Тем не менее,

толстый кабель обладает лучшей помехоустойчивостью, меньшим затуханием и высокой механической прочностью.

По стандарту к одному сегменту (длиной до 500 метров) допустимо под-

ключение не более 100 абонентов. Расстояния между точками их подключения не должно быть меньше, чем 2,5 метра, иначе возникают искажения передавае-

мых сигналов. Для удобства пользователя на оболочку кабеля часто наносятся черные полоски через каждые 2,5 метра.

Стандарт 10BASE2 определяет сегмент Ethernet на основе тонкого коакси-

ального кабеля с топологией шина длиной до 200 метров (на это указывает цифра 2 в названии сегмента). Данный тип сегмента появился позже, чем сег-

мент 10BASE5, как более удобная и дешевая альтернатива классическому вари-

анту Ethernet.

Тонкий коаксиальный кабель отличается от толстого вдвое меньшим диаметром (около 5 мм), значительно большей гибкостью, удобством монтажа,

стоимостью (примерно в три раза дешевле толстого). Тонкий кабель, как и тол-

стый, имеет волновое сопротивление 50 Ом и требует такого же 50-омного око-

нечного согласования. Если толстый кабель обязательно должен быть надежно закреплен, например, на стене или на полу помещения, то тонкий кабель вполне может быть проложен навесным монтажом, что позволяет довольно просто пе-

ремещать компьютеры в пределах помещения.

Самым большим недостатком тонкого кабеля является меньшая допусти-

мая длина сегмента. Иногда производители сетевых адаптеров указывают до-

пустимую длину 300 метров. В последнем случае может оказаться, что такие сетевые адаптеры не способны связываться с адаптерами других изготовителей,

так как используют нестандартные уровни сигналов. Наиболее распространен-

ный тип тонкого коаксиального кабеля – это RG-58 A/U. Его электрические па-

раметры (затухание, помехозащищенность) хуже, чем у толстого кабеля, что и определяет меньшую допустимую длину сегмента.

Аппаратура для работы с тонким кабелем гораздо проще, чем в случае толстого кабеля. Помимо сетевых адаптеров требуются только кабели соответ-

ствующей длины, разъемы, Т-коннекторы (тройники) и терминаторы (один с заземлением).

Стандарт 10BASE-T определяет сегмент Ethernet на основе неэкраниро-

ванных витых пар (UTP) категории 3 и выше с топологией пассивная звезда

(Twisted-Pair Ethernet). Это самый поздний стандарт Ethernet на основе элек-

трического кабеля (развивается с 1990 года). Он считается перспективным, и

практически вытеснил сегменты 10BASE5 и 10BASE2.

Данный тип сегмента Ethernet имеет все преимущества и недостатки пас-

сивной звезды.

С одной стороны, он заметно дороже шинного сегмента 10BASE2, так как требует обязательного применения концентратора (хаба). Суммарное количест-

во кабеля, необходимого для объединения такого же количества компьютеров,

оказывается гораздо больше, чем в случае шины. С другой стороны, обрыв ка-

беля не приводит к отказу всей сети, монтаж, а также диагностика неисправно-

сти сети проще. Кроме того, важно и то, что не нужно применять внешние тер-

минаторы и заземлять сеть.

Однако, главное преимущество 10BASE-T в том, что только данный стан-

дарт благодаря использованию передачи "точка-точка" позволяет выполнить плавный перевод сети Ethernet в сеть Fast Ethernet.

В сегменте 10BASE-T передача сигналов осуществляется по двум витым парам проводов, каждая из которых передает только в одну сторону (одна пара

– передающая, другая – принимающая). Кабелем, содержащим такие двойные витые пары, каждый из абонентов сети присоединяется к концентратору (хабу),

использование которого в данном случае в отличие от рассмотренных ранее обязательно.

Использование двух встречно направленных витых пар упрощает задачу детектирования коллизий. Коллизия детектируется тогда, когда имеется вход-

ной сигнал во время передачи.

Возможно соединение нескольких концентраторов между собой для по-

лучения древовидной структуры. Каждый концентратор помимо обычных пор-

тов для присоединения абонентов содержит порт расширения "UpLink", кото-

рый служит для присоединения к концентратору более высокого уровня. Но концентраторы могут соединяться между собой и через обычные порты (см.

Рисунок 9). Общее правило выбора конфигурации в данном случае выглядит так: между двумя абонентами не может быть больше четырех концентраторов.

Рисунок 9. Соединение абонентов 10BASE-T с помощью концентраторов

Длина соединительного кабеля между адаптером и концентратором не должна превышать 100 метров (минимальная длина – 2,5 м), что часто накла-

дывает существенные ограничения на размещение компьютеров. Кабель при-

меняется гибкий, диаметром около 6 мм. Из четырех витых пар, входящих в ка-

бель, используются только две. В настоящее время рекомендуется использовать кабель категории 5 (или даже выше), который позволяет без проблем перехо-

дить на Fast Ethernet. Популярен кабель марки AWG 22-26.

Аппаратура 10BASE-FL имеет сходство как с аппаратурой 10BASE5 (здесь тоже могут применяться внешние трансиверы, соединенные с адаптером трансиверным кабелем), так и с аппаратурой 10BASE-T (здесь также применя-

ются топология пассивная звезда и два разнонаправленных кабеля). Схема со-

единения сетевого адаптера и концентратора показана ниже (см.Рисунок 10).

Рисунок 10. Соединение адаптера и концентратора в 10BASE-FL

Длина оптоволоконных кабелей, соединяющих трансивер и концентра-

тор, может достигать 2 километров без применения каких бы то ни было ретрансляторов. Таким образом, возможно объединение в локальную сеть ком-

пьютеров, находящихся в разных зданиях, разнесенных территориально.

В 10BASE-FL применяется мультимодовый кабель и свет с длиной волны

850 нанометров, однако имеется аппаратура и для использования одномодового кабеля (с предельной длиной до 5 км).

Суммарные оптические потери в сегменте (как в кабеле, так и в разъемах)

не должны превышать 12,5 дБ. При этом потери в кабеле составляют около 5 дБ на километр длины кабеля, а потери в разъеме – от 0,5 до 2,0 дБ (эта величина сильно зависит от качества установки разъема). Только при таких величинах потерь можно гарантировать устойчивую связь на предельной длине кабеля.

Если требуется соединить более двух компьютеров, то используют кон-

центратор, имеющий оптоволоконные порты. Каждый компьютер снабжается своим трансивером и трансиверным кабелем, а также двумя оптоволоконными кабелями с соответствующими разъемами для подключения к концентратору.

Выбор конфигурации Ethernet

При выборе конфигурации сети Ethernet, состоящей из сегментов различ-

ных типов, возникает много вопросов, связанных прежде всего с максимально допустимым размером (диаметром) сети и максимально возможным числом различных элементов. Сеть будет работоспособной только в том случае, если задержка распространения сигнала в ней не превысит предельной величины.

Это определяется выбранным методом управления обменом CSMA/CD, осно-

ванном на обнаружении и разрешении коллизий.

Прежде всего, следует отметить, что для получения сложных конфигура-

ций Ethernet из отдельных сегментов применяются промежуточные устройства двух основных типов:

•Репитерные концентраторы (хабы) представляют собой набор репи-

теров и никак логически не разделяют сегменты, подключенные к ним;

•Коммутаторы передают информацию между сегментами, но не пе-

редают конфликты с сегмента на сегмент.

При использовании более сложных коммутаторов конфликты в отдель-

ных сегментах решаются на месте, в самих сегментах, но не распространяются по сети, как в случае применения более простых репитерных концентраторов.

Это имеет принципиальное значение для выбора топологии сети Ethernet, так как используемый в ней метод доступа CSMA/CD предполагает наличие кон-

фликтов и их разрешение, причем общая длина сети как раз и определяется размером зоны конфликта, области коллизии (collision domain). Таким образом,

применение репитерного концентратора не разделяет зону конфликта, в то вре-

мя как каждый коммутирующий концентратор делит зону конфликта на части.

В случае применения коммутатора оценивать работоспособность надо для каж-

дого сегмента сети отдельно, а при использовании репитерных концентраторов

– для сети в целом.

Метод, применяемый для оценки конфигурации Ethernet, основан на точ-

ном расчете временных характеристик выбранной конфигурации сети.

Вмодели сети используются две системы расчетов:

•первая система предполагает вычисление двойного (кругового)

времени прохождения сигнала по сети и сравнение его с макси-

мально допустимой величиной;

•вторая система проверяет допустимость величины получаемого межпакетного временного интервала, межпакетной щели (IPG –

InterPacket Gap) в сети.

При этом вычисления в обеих системах расчетов ведутся для наихудшего случая, т.е. для пути максимальной длины.

При первой системе расчетов выделяются три типа сегментов:

•начальный сегмент, соответствует началу пути максимальной дли-

ны;

•конечный сегмент расположен в конце пути максимальной длины;

•промежуточный сегмент входит в путь максимальной длины, но не является ни начальным, ни конечным.

Промежуточных сегментов в выбранном пути может быть несколько, а

начальный и конечный сегменты при разных расчетах могут меняться местами друг с другом. Выделение этих трех типов сегментов позволяет автоматически учитывать задержки сигнала на всех концентраторах, входящих в путь макси-

мальной длины, а также в приемопередающих узлах адаптеров. Для расчетов используются величины задержек (см.Таблица 2)

Таблица 2. Величины задержек для различных сегментов.

Тип сегмента	Макс.	Начальный			Промежуточный		Конечный			Задержка на
Ethernet	длина, м	сегмент			сегмент		сегмент			метр длины
		t0		tm	t0	tm	t0		tm	t1
10BASE5	500	11,8		55,0	46,5	89,8	169,5		212,8	0,087
10BASE2	185	11,8		30,8	46,5	65,5	169,5		188,5	0,103
10BASE-T	100	15,3		26,6	42,0	53,3	165,0		176,3	0,113
10BASE-FL	2000	12,3		212,3	33,5	233,5	156,5		356,5	0,100
FOIRL	1000	7,8		107,8	29,0	129,0	152,0		252,0	0,100
AUI	50	0		5,1	0	5,1	0		5,1	0,103

Методика расчета сводится к следующему:

1.В сети выделяется путь максимальной длины. Все дальнейшие рас-

четы ведутся для него. Если этот путь не очевиден, то рассчитыва-

ются все возможные пути, затем на основании этого выбирается путь максимальной длины.

2.Если длина сегмента, входящего в выбранный путь, не максималь-

на, то рассчитывается двойное (круговое) время прохождения в ка-

ждом сегменте выделенного пути по формуле: ts = L*tl + to, где L –

это длина сегмента в метрах (при этом надо учитывать, тип сегмен-

та: начальный, промежуточный или конечный).

3.Если длина сегмента равна максимально допустимой, то из таблицы для него берется величина максимальной задержки tm.

4.Суммарная величина задержек всех сегментов выделенного пути не должна превышать предельной величины 512 битовых интервалов

(51,2 мкс).

Затем необходимо проделать те же действия для обратного направления выбранного пути (то есть в данном случае конечный сегмент считается началь-

ным и наоборот). Из-за разных задержек передающих и принимающих узлов концентраторов величины задержек в разных направлениях могут отличаться

(но незначительно).

Если задержки в обоих случаях не превышают величины 512 битовых ин-

тервалов, то сеть считается работоспособной.

Рассмотрим пример (см.Рисунок 11).

Рисунок 11. Пример для расчета времени задержки сигнала.

Например, можно произвести расчет, считая начальным сегментом

10BASE2, а конечным 10BASE-T:

Начальный сегмент 10BASE2. Он имеет максимально допустимую длину

(185 метров), для него следует взять из таблицы величину задержки 30,8.