Комп’ютерна мережа технології Ethernet масштабу будинку

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 Ethernet Network, 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 конкурентного доступу 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 Ethernet DIX або Ethernet II. 

    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 – Ethernet v1.0 і Ethernet v2.0 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 Ethernet DIX визначається протокол тестування конфігурації (Ethernet Configuration Test Protocol), 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 Ethernet DIX, 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 серверів на 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 Fast Ethernet Alliance для розробки стандарту нової технології, яка узагальнила б досягнення окремих компаній в області Ethernet-спадкоємного високошвидкісного стандарту. Нова технологія отримала назву Fast Ethernet.

           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 Fast Ethernet Alliance ця група розглянула також і іншу високошвидкісну технологію, запропоновану компаніями Hewlett-Packard і AT&T.

           У центрі дискусій була проблема збереження конкурентного методу доступу (CSMA/CD). Пропозиція по Fast Ethernet 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 Fast Ethernet Alliance, запропонувала зовсім новий метод доступу, названий Demand Priority. Він істотно змінював картину поведінки вузлів у 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 Fast Ethernet як стандарт 802.3u, який не є самостійним стандартом, а є доповненням до існуючого  стандарту 802.3.

   Відмінності Fast Ethernet від Ethernet зосереджені на фізичному рівні    (Рис.2.1). Більш складна структура фізичного рівня технології Fast Ethernet 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 Fast Ethernet 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 Fast Ethernet є: - збільшення перепускної здатності сегментів мережі до 100 Мбіт/c; - збереження методу конкурентного (випадкового ) доступу Ethernet; - збереження зіркоподібної топології мереж і підтримка традиційних середовищ передачі даних   (скрученої пари й оптоволоконного кабеля).

             Зазначені властивості дозволяють  здійснювати поступовий перехід  від мереж 10Base-T (найбільш популярного  на сьогоднішній день варіанту Ethernet) до швидкісних мереж, які зберігають  спадковість з добре знайомою технологією: Fast Ethernet не вимагає суттєвого перенавчання персоналу і заміни устаткування у всіх вузлах мережі, а також кабельної системи.

            Офіційний стандарт 100Base-T (802.3u) встановив  три різних специфікації для фізичного рівня (у термінах семирівневої моделі OSI) з підтримкою таких кабельних систем: 100Base-TX для двохпарного кабеля на неекранованій скрученій парі UTP категорії 5, або екранованій скрученій парі STP Type 1; 100Base-T4 для чотирьохпарного кабеля на неекранованій скрученій парі UTP категорії 3, 4 або 5; 100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабелю.

2.4.2. Формати кадрів  технології  Ethernet

Формати кадрів технології Fast Ethernet не відрізняються від форматів кадрів технологій 10-мегабітного Ethernet. На Рис.2.4.1 приведений формат MAC-кадру Ethernet, а також часові параметри його передачі по мережі для швидкості 10 Мбіт/сек і для швидкості 100 Мбіт/сек. У кадрах стандарту Ethernet-II (чи Ethernet DIX), опублікованого компаніями Xerox, Intel і Digital ще до появи стандарту IEEE 802.3, замість двобайтового поля L (довжина поля даних) використовується двобайтовое поле T (тип кадру). Значення поля типу кадру завжди більше 1518 байт, що дозволяє легко розрізнити ці два різних формати кадрів Ethernet DIX і IEEE 802.3. Усі часові параметри передачі кадрів Fast Ethernet у 10 разів менше відповідних параметрів технології 10-Мегабітного Ethernet : міжбітовий інтервал складає 10 нс замість 100 нс, а міжкадровий інтервал - 0.96 мкс замість 9.6 мкс відповідно.

Рис.2.4.1    Формат MAC-кадру та час  його передачі

2.4.3  Правила побудови мереж Ethernet стандарту 10 Base

         Історично склалося так, що основна  маса мереж Ethernet створювалась за  технологіями 10Base-2 та 10Base-T. На сьогоднішній  день основними є мережі, побудовані  на базі  "скрученої пари". Тому надалі більш докладно розглядаємо  правила побудови мереж стандарту 10Base-T, а також особливості та обмеження які накладаються при  застосуванні  інших стандартів (10Base-5, 10Base-2, 10Base-F, 100Base-TX, 100Base-T4  ).

         Дамо декілька термінів та визначень:

         Стандарт IEEE 802.3 (стандарт Ethernet) визначає  локальну обчислювальну мережу  як область або домен колізій.

          Колізія - руйнування пакета даних  в каналі під час передачі. Коли вузол посилає пакет, він  одночасно перевіряє, чи не відбулася під час передачі колізія. Якщо  колізія є, то вузли, які попали в неї, припиняють передачу, витримують паузу на протязі випадкового проміжку часу і повторюють передачу. Відсутність виявлення колізії показує  вузлу, що передача пакета відбулася успішно.

          Час, по закінченні  якого пакет  гарантовано проходить по каналам  зв’язку від джерела до приймача , називається  "максимальним періодом  колового обертання повідомлення" (maximum round-trip time). Цей час визначає  найгіршу ситуацію, за якої пакет пройде від вузла-відправника на одному кінці мережі до місця виникнення колізії на іншому кінці мережі і при цьому сигнал про колізію гарантовано дійде до вузла - відправника.

Правила проектування мереж стандарту 10Base-T

        Технологія Ethernet 10Base-T була стандартизована тільки в 1990 році (стандарт IEEE 802.3). Стандарт 10Base-T передбачає побудову ЛОМ шляхом використання кабельних сегментів для створення каналів зв’язку point-to-point . Тому основною топологією стає вже не "шина", як в 10Base-5 та 10Base-2, а "зірка". Геометричні розміри мереж, побудованих за стандартом 10Base-T, також залежать від послаблення сигналу в передаючому середовищі та від часу розповсюдження сигналу. Тобто, визначив інший тип кабелю, з’єднувачі та іншу топологію мережі, 10Base-T залишається тим самим Ethernet в логічному розумінні, що і 10Base-5. В цьому розумінні концентратор ( Hub ) це просто сегмент коаксіального кабелю із стандарту 10Base-5 або 10Base-2. Правила застосування цього стандарту такі:

1. Мережа стандарту 10Base-Т може вміщувати максимум чотири концентратори.

2. Комп’ютери підключаються  до концентраторів кабелями UTP (STP) категорій 3, 4 або 5.

3. Підключення до концентраторів  виконується коннекторами  ( роз’ємами ) RJ-45 і кабелями  "прямого     з’єднання".

4. З’єднання концентраторів  між собою виконується кабелями  "перехресного з’єднання"  або,   при   використанні Up-Link-портів ,  кабелями “прямого з’єднання”.

5.  Максимальна довжина UTP- сегмента - 100 м.

6. Максимальна кількість  комп’ютерів, підключених до всіх концентраторів ЛОМ - 1024.

7. Мінімальна довжина  кабельного сегмента - 2.5 м.

8. Максимальна  загальна  довжина мережі - 500 м.

                              Рис.2.6  Мережа Ethernet стандарту 10Base-T

       Найпростіший  варіант мережі, збудованої за технологією 10Base-T - мережа з одним концентратором ( Рис.2.6 ). Найбільш розповсюджені малопотужні концентратори мають 8 портів . З їх допомогою можна  створити мережу невеликого офісу, яка не буде сильно збільшуватись і не потребує мережного адміністрування. Таке рішення прийнятне для територіально зосереджених мереж (в межах декількох суміжних приміщень). Треба мати на увазі, що ціна "за порт" у багатопортових концентраторах нижче. Тому, якщо планується об’єднати в мережу біля 20-ти комп’ютерів, доцільно придбати один 24-х портовий концентратор, ніж три 8-ми портових.

Резюме правил та рекомендацій стандарту IEEE 802.3

Стандарт сегмента кабелю:	Мах кількість            підключень
Стандарт 10Base-5 (товстий  коаксіальний кабель)	100
Стандарт 10Base-2 (тонкий коаксіальний кабель)	30
Стандарт 10Base-T (кабель  із скрученими парами)	2
Стандарт 10Base-FL (оптичний  кабель)	2
	Максимальна довжина кабелю в метрах:
Стандарт 10Base-5 (товстий  коаксіальний кабель)	500
Стандарт 10Base-2 (тонкий коаксіальний кабель)	185
Стандарт 10Base-T (кабель  із скрученими парами)	100
Стандарт 10Base-FL (оптичний  кабель)	до 2000 м (багатомодовий) до 4000.20000 м (одномодовий)

 

1. Максимальна кількість  комп’ютерів в мережі без застосування    спеціальних засобів - 1024.

2. Максимальна кількість  кабельних сегментів не більше  п’яти (для мережі, що не містить  комутаторів або маршрутизаторів). При цьому кількість сегментів  з коаксіального кабелю не  може бути більше трьох.

3. Максимальна кількість концентраторів або повторювачів в довільній комбінації між найбільш віддаленими вузлами мережі - 4 (якщо серед них є хоча б один Fiber-Optic Hub, то 5).

4. Максимальна кількість  мостів, комутаторів або маршрутизаторів  з функціями мостів між довільними  двома вузлами мережі - 7. Це рекомендація  стандарту IEEE 802.1. При цьому, якщо шлях даних проходить через міст (комутатор), відлік концентраторів та кабельних сегментів починається спочатку. Міст (комутатор) ізолює трафік локальної мережі, оскільки він усуває просування пакетів (forwarding) на зворотну сторону моста в тих випадках, коли пакет пройшов кабельний сегмент, на якому знаходиться вузол-отримувач. Мости та комутатори також розпізнають  пакети  що попали в колізію (collision packets) і не пропускають їх на інші кабельні сегменти. Таким чином колізії усуваються в рамках кожної з ЛОМ, з’єднаних  мостом або комутатором.

 

3. Опис проекту  мережі

Згідно завдання, дана мережа повинна бути реалізована, як мережа в межах одного будинку. Архітектура даної будівлі така: є 2 поверхи площею 12*12, по 4 кімнати. Детальний план будинку буде подано нижче.