11

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список сокращений              2

Глава 1. ТреБОВАНИЯ К ПОСТРОЕНИЮ Локальных сетей              3

1.1. Стандарт ANSI/TIA/EIA-568-A на структурированную кабельную    систему…………………………………………………………………..              3

1.1.1. Структура горизонтальной кабельной системы              4

1.1.2. Структура магистральной кабельной системы              8

1.1.3. Рабочее место              10

1.2. Технология Ethernet (Стандарт IEEE 802.3)              12

1.2.1. Метод доступа              12

1.2.2. Время двойного оборота и распознавание коллизий              17

1.2.3. Fast Ethernet как развитие технологии Ethernet              18

1.2.4. Физический уровень технологии Fast Ethernet              19

1.2.5. Физический уровень 100Base-TX              23

1.2.6. Повторители первого и второго класса              25

1.2.7. Стеки концентраторов              26

Глава 2. Схема локальной сети Ethernet здания              28

2.1. Разработка схемы локальной сети Ethernet………………………              28

2.2. Сравнительный анализ 24-портовых концентраторов……………              31

2.3 Анализ сетевых адаптеров…………………………………………...              34

2.4. Расчет конфигурации схемы локальной сети……………………...              35

2.3.1. Системы расчёта конфигурации              35

2.3.2. Методика расчёта PDV              35

2.3.3. Расчёт PDV локальной сети              37

2.4.              Создание элементов структурированной кабельной системы              38

2.5. Расчет стоимости разработанной локальной сети              41

заключение……………………………………………………………….43

Литература………              44

Приложение 1. схема локальной сети ethernet здания в двух проекциях (первый этаж)              45

Приложение 2. схема локальной сети ethernet здания в двух проекциях (Второй этаж)              46

Список сокращений

Глава 1. ТреБОВАНИЯ К ПОСТРОЕНИЮ Локальных сетей

1.1. Стандарт ANSI/TIA/EIA-568-A на структурированную кабельную   систему

Назначение стандарта:

●              Определение универсальной телекоммуникационной кабельной системы для передачи речи и данных, способной поддерживать среду, в которой используется различная продукция различных поставщиков.

●              Определение направления в проектировании телекоммуникационного оборудования и кабельной продукции, предназначенных для обслуживания коммерческих предприятий.

●              Обеспечение планирования и монтажа структурированных кабельных систем коммерческих зданий, способных поддерживать разнообразные телекоммуникационные потребности владельцев или арендаторов.

●              Установление критериев рабочих характеристик и технических критериев для различных типов кабеля и коммутационного оборудования, а также для проектирования и монтажа кабельных систем.

Сфера распространения стандарта:

●              Спецификации предназначены для монтажа телекоммуникационных систем для офисов.

●              Требования определены для структурированных кабельных систем с периодом нормальной эксплуатации свыше 10 лет.

Спецификации описывают:

●              признаваемые среды – кабели и коммутационное оборудование;

●              технические характеристики;

●              топологию;

●              расстояния в кабельной системе;

●              правила монтажа;

●              пользовательский интерфейс;

●              характеристики канала.

Выделяют три элемента кабельной системы:

1.        Горизонтальная кабельная система:

1.1.     горизонтальный кросс;

1.2.     горизонтальный кабель;

1.3.     переходная точка (дополнительный элемент);

1.4.     консолидационная точка (дополнительный элемент);

1.5.     телекоммуникационная розетка/коннектор.

2.        Магистральная кабельная система:

2.1.     главный кросс;

2.2.     кабель магистрали между зданиями;

2.3.     промежуточный кросс;

2.4.     кабель магистрали внутри здания.

3.        Рабочее место.

4.        Телекоммуникационный шкаф.

5.        Аппаратная.

6.        Городской ввод.

7.        Система администрирования.

1.1.1. Структура горизонтальной кабельной системы

Горизонтальная кабельная система проходит от телекоммуникационной розетки на рабочем месте до горизонтального кросса в телекоммуникационном шкафу [8]. Она включает телекоммуникационную розетку, коннектор консолидационной или переходной точек в качестве дополнительного элемента, горизонтальный кабель, точки механического терминирования и патч-корды (или перемычки), составляющие горизонтальный кросс [5].

На рис. 1.1 и рис 1.2 изображены: структура кабельной системы, разделённая на две части телекоммуникационный шкаф и рабочее место с условными обозначениями и структурированная кабельная система, соответственно [8].

Обозначения, приведенные на рисунке:

      А – оборудование пользователя;

      B – аппаратный шнур в горизонтальный кросс;

      C – длина патч - кордов и кроссировочных перемычек, используемых в горизонтальном кроссе, включая аппаратные кабели и шнуры, не должна превышать 6 м;

      D – горизонтальный кабель с общей длиной максимум 90 м;

      Е – дополнительный элемент;

      F – телекоммуникационная розетка/коннектор;

      G – аппаратный шнур на рабочее место, не должен превышать 3 м;

Рис. 1.1. Структура кабельной системы

Рис. 1.2. Структурированная кабельная система

Отметим семь моментов, определенных для горизонтальной кабельной подсистемы:

1.        Компоненты, предназначенные для поддержки конкретных приложений (например, разветвители), не должны устанавливаться как часть горизонтальной кабельной системы, при необходимости их можно разместить вне телекоммуникационной розетки или горизонтального кросса.

2.        Необходимо учитывать близость горизонтальной кабельной системы к источникам электромагнитных помех.

3.        Признаваемые типы горизонтальных кабелей:

3.1       4 парный кабель UTP 100 Ом;

3.2       2 волоконный (дуплекс) многомодовый волоконно-оптический кабель 62.5/125 мкм;

3.3       2 парный кабель STP-A 150 Ом.

4.        Допускается наличие одной переходной точки между различными формами кабеля одного типа.

5.        Коаксиальные кабели 50 Ом признаются стандартом 568-A, но не рекомендуются для установки в новых кабельных системах.

6.        Могут быть установлены дополнительные розетки. Такие розетки являются дополнительными элементами и не могут заменять собой минимальные требования стандарта.

7.        Использование шунтированных отводов и муфт не допускается в горизонтальных кабельных системах на основе медных сред (разрешается использование муфт для оптического волокна).

Горизонтальная кабельная система должна иметь топологию "звезда" [5], где каждая розетка на рабочем месте соединяется с горизонтальным кроссом в телекоммуникационном шкафу (см. рис. 1.3).

Рис. 1.3. Топология "звезда" в горизонтальной кабельной системе

На рисунке 1.4 показана модель горизонтальной подсистемы, обеспечивающая согласование параметров кабелей и линий. Для этого фиксированный кабель горизонтальной линии ограничен длиной 90 метров и гибкий - длиной 5 метров (что эквивалентно суммарной электрической длине 97,5 метров), а линия включает три разъема одинаковой категории. Точка перехода является резервной и отсутствует в данной модели. Если используется точка перехода, параметры линии должны соответствовать модели с двумя разъемами и длиной кабеля не более 90 метров.

Обозначения, приведенные на рисунке:

      A - телекоммуникационный шкаф с концентраторами внутри ;

      B - фрагмент короба с установленными в нем электрической и коммуникационной розеткой типа RJ-45;

      C - персональный компьютер (рабочее место).

Рис. 1.4. Модель горизонтальной подсистемы

1.1.2. Структура магистральной кабельной системы

Магистральная кабельная система обеспечивает межсоединения между телекоммуникационными шкафами, аппаратными и городскими вводами. Она включает магистральные кабели, промежуточный и главный кроссы, точки механического терминирования и патч - корды или перемычки, используемые для кроссировок магистраль - магистраль. В среде кампуса магистраль проходит между зданиями.

Существует пять основных положений, определенных для магистральной кабельной подсистемы:

1.        Соединения оборудования с магистральной кабельной системой должны выполняться с помощью кабелей длиной до 30 м.

2.        Магистральная кабельная система должна быть сконфигурирована по топологии "звезда". Каждый горизонтальный кросс соединяется напрямую с главным кроссом, или сначала с промежуточным, а затем с главным.

3.        Магистраль должна иметь не более двух иерархических уровней кроссов (главный и промежуточный). Между главным и горизонтальным кроссом должно быть не более одного кросса, а между двумя горизонтальными кроссами - не более трех.

4.        Суммарная максимальная длина магистрали в 90 м определена для обеспечения высокой пропускной способности медного кабеля. Эта длина предусмотрена для непрерывных участков магистрали (промежуточный кросс отсутствует).

5.        Расстояние между точками терминирования в городском вводе и главном кроссе должно быть задокументировано и должно сообщаться поставщикам внешнего сервиса.

Максимальные расстояния между распределительными пунктами должны соответствовать параметрам, указанным на рисунке 1.5. В системах, размеры которых превышают указанные параметры, следует спроектировать дополнительные РП, длина магистралей которых не превышает параметры данного раздела.

Рис. 1.5. Максимальные расстояния магистралей (МЗ - магистраль здания, МК - магистраль комплекса)

Ограничения длины магистрали, показанные на рисунке, носят условный характер. При использовании наиболее распространенного многомодового оптоволокна 62,5/125 с полосой пропускания 160 МГц * км в окне 850 нм канал длиной 2000 метров обеспечивает работу приложений класса С (10 МГц) и ниже. То же волокно позволяет передавать сигналы Fast Ethernet не более чем на 1300 метров, а Gigabit Ethernet - 220 метров. Другими словами, при определении типа среды и длины каналов магистралей следует учитывать тип и требования протоколов.

Расстояние между РП комплекса и РП этажа не должно превышать 2000 м. Расстояние между РП здания и РП этажа не должно превышать 500 м. Максимальное расстояние в 2000  между РП комплекса и РП этажа может быть увеличено при использовании одномодового волоконно-оптического кабеля. Расстояние между РП комплекса и РП этажа, превышающее 3 км в случае применения одномодового оптического волокна, выходит за рамки настоящего стандарта. Длина перемычек и коммутационных кабелей в РП комплекса и РП здания не должна превышать 20 м.

1.1.3. Рабочее место

Телекоммуникационная розетка служит интерфейсом рабочего места (см. рис. 1.6) с кабельной системой [5]. Оборудование рабочего места и кабели, используемые для соединения с телекоммуникационной розеткой, находятся за пределами рассмотрения стандарта ansi/Tia/Eia-568-A.

Обозначения, приведенные на рисунке:

      A- телекоммуникационная розетка с разьемом RJ-45;

      Б- развитвитель;

      В- патч-корд ;

      Г- телефон;

      Д- факс;

      Е- персональный компьютер.

Рис.1.6. Интерфейс рабочего стола

Четыре спецификации, относящиеся к кабельной системе рабочего места:

1.        Предполагается, что аппаратные шнуры имеют такие же характеристики, как патч - корды того же типа и категории.

2.        При использовании адаптеров предполагается, что их характеристики совместимы с характеристиками передачи оборудования, к которому они подключаются.

3.        В спецификациях длин кабелей в горизонтальной системе принято, что для аппаратных шнуров на рабочем месте максимальная длина кабеля определена в 3 м.

4.        Адаптеры и устройства, служащие для поддержки конкретных приложений, должны размещаться вне телекоммуникационной розетки.

1.2. Технология Ethernet (Стандарт IEEE 802.3)

1.2.1. Метод доступа

Ethernet – это самый распространённый на сегодняшний день стандарт локальных сетей. Эта технология широко распространена и имеет огромное значение в мире локальных сетей, из-за технических преимуществ конкуренции она на сегодня не имеет, занимая около 95% рынка.

В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных, называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA/CD).

Этот метод используется исключительно в сетях с общей шиной (к которым относятся и радиосети, породившие этот метод). Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Простота схемы подключения - это один из факторов, определивших успех стандарта Ethernet. Говорят, что кабель, к которому подключены все станции, работает в режиме коллективного доступа (multiply-access,MA).

Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальным адресом станции назначения. Затем кадр передается по кабелю. Все станции, подключенные к кабелю, могут распознать факт передачи кадра, и та станция, которая узнает собственный адрес в заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер, обрабатывает полученные данные и посылает по кабелю кадр-ответ. Адрес станции-источника также включен в исходный кадр, поэтому станция-получатель знает, кому нужно послать ответ.

При описанном подходе возможна ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общему кабелю. Для уменьшения вероятности этой ситуации непосредственно перед отправкой кадра передающая станция слушает кабель (то есть принимает и анализирует возникающие на нем электрические сигналы), чтобы обнаружить, не передается ли уже по кабелю кадр данных от другой станции. Если опознается несущая (carrier-sense, CS), то станция откладывает передачу своего кадра до окончания чужой передачи, и только потом пытается вновь его передать. Но даже при таком алгоритме две станции одновременно могут решить, что по шине в данный момент времени нет передачи, и начать одновременно передавать свои кадры. Говорят, что при этом происходит коллизия, так как содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле, что приводит к искажению информации.

Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется обнаружение коллизии (collision detection, CD). Для увеличения вероятности немедленного обнаружения коллизии всеми станциями сети, ситуация коллизии усиливается посылкой в сеть станциями, начавшими передачу своих кадров, специальной последовательности битов, называемой jam-последовательностью.

После обнаружения коллизии передающая станция обязана прекратить передачу и ожидать в течение короткого случайного интервала времени, а затем может снова сделать попытку передачи кадра.

Из описания метода доступа видно, что он носит вероятностный характер, и вероятность успешного получения в свое распоряжение общей среды зависит от загруженности сети, то есть от интенсивности возникновения в станциях потребности передачи кадров. При разработке этого метода предполагалось, что скорость передачи данных в 10 Мб/с очень высока по сравнению с потребностями компьютеров во взаимном обмене данными, поэтому загрузка сети будет всегда небольшой. Это предположение остается справедливым и сейчас, однако уже появились приложения, работающие в реальном масштабе времени с мультимедийной информацией, для которых требуются гораздо более высокие скорости передачи данных. Поэтому наряду с классическим Ethernet растет потребность и в новых высокоскоростных технологиях.

Метод CSMA/CD определяет три основных временных и логических соотношения, гарантирующих корректную работу всех станций в сети:

1. Между двумя последовательно передаваемыми по общей шине кадрами информации должна выдерживаться пауза в 9.6 мкс; эта пауза нужна для приведения в исходное состояние сетевых адаптеров узлов, а также для предотвращения монопольного захвата среды передачи данных одной станцией.

2. При обнаружении коллизии (условия ее обнаружения зависят от применяемой физической среды) станция выдает в среду специальную 32-х битную последовательность (jam-последовательность), усиливающую явление коллизии для более надежного распознавания ее всеми узлами сети.

3. После обнаружения коллизии каждый узел, который передавал кадр и столкнулся с коллизией, после некоторой задержки пытается повторно передать свой кадр. Узел делает максимально 16 попыток передачи этого кадра информации, после чего отказывается от его передачи. Величина задержки выбирается как равномерно распределенное случайное число из интервала, длина которого экспоненциально увеличивается с каждой попыткой. Такой алгоритм выбора величины задержки снижает вероятность коллизий и уменьшает интенсивность выдачи кадров в сеть при ее высокой загрузке.

Четкое распознавание коллизий всеми станциями сети является необходимым условием корректной работы сети Ethernet. Если какая-либо передающая станция не распознает коллизию и решит, что кадр данных ею передан верно, то этот кадр данных будет утерян, так как информация кадра исказится из-за наложения сигналов при коллизии, он будет отбракован принимающей станцией (скорее всего из-за несовпадения контрольной суммы). Конечно, скорее всего, искаженная информация будет повторно передана каким-либо протоколом верхнего уровня, например, транспортным или прикладным, работающим с установлением соединения и нумерацией своих сообщений. Но повторная передача сообщения протоколами верхних уровней произойдет через гораздо более длительный интервал времени (десятки секунд) по сравнению с микросекундными интервалами, которыми оперирует протокол Ethernet. Поэтому, если коллизии не будут надежно распознаваться узлами сети Ethernet, то это приведет к заметному снижению полезной пропускной способности данной сети.

Все параметры протокола Ethernet подобраны таким образом, чтобы при нормальной работе узлов сети коллизии всегда четко распознавались. Именно для этого минимальная длина поля данных кадра должна быть не менее 46 байт (что вместе со служебными полями дает минимальную длину кадра в 72 байта или 576 бит). Длина кабельной системы выбирается таким образом, чтобы за время передачи кадра минимальной длины сигнал коллизии успел бы распространиться до самого дальнего узла сети. Поэтому для скорости передачи данных 10 Мб/с, используемой в стандартах Ethernet, максимальное расстояние между двумя любыми узлами сети не должно превышать 2500 метров.

С увеличением скорости передачи кадров, что имеет место в новых стандартах, базирующихся на том же методе доступа CSMA/CD, например, Fast Ethernet, максимальная длина сети уменьшается пропорционально увеличению скорости передачи. В стандарте Fast Ethernet она составляет 210 м, а в гигабитном Ethernet ограничена 25 метрами.

Независимо от реализации физической среды, все сети Ethernet должны удовлетворять двум ограничениям, связанным с методом доступа:

максимальное расстояние между двумя любыми узлами не должно превышать 2500 м, в сети не должно быть более 1024 узлов.

Кроме того, каждый вариант физической среды добавляет к этим ограничениям свои ограничения, которые также должны выполняться.

Одновременно с передачей битов кадра приемно-передающее устройство узла следит за принимаемыми по общему кабелю битами, чтобы вовремя обнаружить коллизию. Если же фиксируется коллизия, то узел прекращает передачу кадра и посылает jam-последовательность, усиливающую состояние коллизии. После посылки в сеть jam-последовательности MAC-узел делает случайную паузу и повторно пытается передать свой кадр.

В случае повторных коллизий существует максимально возможное число попыток повторной передачи кадра (attempt limit), которое равно 16. При достижении этого предела фиксируется ошибка передачи кадра, сообщение о которой передается протоколу верхнего уровня.

Для того, чтобы уменьшить интенсивность коллизий, каждый узел с каждой новой попыткой случайным образом увеличивает длительность паузы между попытками. Временное расписание длительности паузы определяется на основе усеченного двоичного экспоненциального алгоритма отсрочки (truncated binary exponential backoff). Пауза всегда составляет целое число так называемых интервалов отсрочки.

Интервал отсрочки (slot time) - это время, в течение которого станция гарантированно может узнать, что в сети нет коллизии. Это время тесно связано с другим важным временным параметром сети - окном коллизий (collision window). Окно коллизий равно времени двукратного прохождения сигнала между самыми удаленными узлами сети - наихудшему случаю задержки, при которой станция еще может обнаружить, что произошла коллизия. Интервал отсрочки выбирается равным величине окна коллизий плюс некоторая дополнительная величина задержки для гарантии.

В стандартах 802.3 большинство временных интервалов измеряется в количестве межбитовых интервалов, величина которых для битовой скорости 10 Мб/с составляет 0.1 мкс и равна времени передачи одного бита.

Величина интервала отсрочки в стандарте 802.3 определена равной 512 битовым интервалам, и эта величина рассчитана для максимальной длины коаксиального кабеля в 2.5 км. Величина 512 определяет и минимальную длину кадра в 64 байта, так как при кадрах меньшей длины станция может передать кадр и не успеть заметить факт возникновения коллизии из-за того, что искаженные коллизией сигналы дойдут до станции в наихудшем случае после завершения передачи. Такой кадр будет просто потерян.

Время паузы после N-ой коллизии полагается равным L интервалам отсрочки, где L - случайное целое число, равномерно распределенное в диапазоне [0, 2N]. Величина диапазона растет только до 10 попытки (напомним, что их не может быть больше 16), а далее диапазон остается равным [0, 210], то есть [0, 1024] [6].

1.2.2. Время двойного оборота и распознавание коллизий

Для надежного распознавания коллизий должно выполняться следующее соотношение: Tmin ≥ PDV, где Тmin - время передачи кадра минимальной длины, a PDV - время, за которое сигнал коллизии успевает распространиться до самого дальнего узла сети. Так как в худшем случае сигнал должен пройти дважды между наиболее удаленными друг от друга станциями сети (в одну сторону проходит неискаженный сигнал, а на обратном пути распространяется уже искаженный коллизией сигнал), то это время называется временем двойного оборота (Path Delay Value, PDV) [1].

При выполнении этого условия передающая станция должна успевать обнаружить коллизию, которую вызвал переданный ею кадр, еще до того, как она закончит передачу этого кадра.

Выполнение этого условия зависит, с одной стороны, от длины минимального кадра и пропускной способности сети, а с другой стороны, от длины кабельной системы сети и скорости распространения сигнала в кабеле (для разных типов кабеля эта скорость несколько отличается) [6].

Все параметры протокола Ethernet подобраны таким образом, чтобы при нормальной работе узлов сети коллизии всегда четко распознавались. При выборе параметров, конечно, учитывалось и приведенное выше соотношение, связывающее между собой минимальную длину кадра и максимальное расстояние между станциями в сегменте сети.

В стандарте Ethernet принято, что минимальная длина поля данных кадра составляет 46 байт (что вместе со служебными полями дает минимальную длину кадра 64 байт, а вместе с преамбулой - 72 байт или 576 бит). Отсюда может быть определено ограничение на расстояние между станциями.

В результате учета всех факторов было тщательно подобрано соотношение между минимальной длиной кадра и максимально возможным расстоянием между станциями сети, которое обеспечивает надежное распознавание коллизий. Это расстояние называют также максимальным диаметром сети.

С увеличением скорости передачи кадров, что имеет место в новых стандартах, базирующихся на том же методе доступа CSMA/CD, например Fast Ethernet, максимальное расстояние между станциями сети уменьшается пропорционально увеличению скорости передачи. В стандарте Fast Ethernet оно составляет около 210 м [7].

1.2.3. Fast Ethernet как развитие технологии Ethernet

Как уже было сказано, в 1992 году группа производителей сетевого оборудования, включая таких лидеров технологии Ethernet, как SynOptics, 3Com и ряд других, образовали некоммерческое объединение Fast Ethernet Alliance для разработки стандарта новой технологии, которая должна была в максимально возможной степени сохранить особенности технологии Ethernet [7].

Предложение Fast Ethernet Alliance сохраняло метод доступа CSMA/CD и тем самым обеспечивало преемственность и согласованность сетей 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Осенью 1995 года технология стала стандартом IEEE. Комитет IEEE 802.3 принял спецификацию Fast Ethernet в качестве стандарта 802.3u, который не является самостоятельным стандартом, а представляет собой дополнение к существующему стандарту 802.3.

1.2.4. Физический уровень технологии Fast Ethernet

Все отличия технологии Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены на физическом уровне (см. рис. 1.7). Уровни MAC и LLC в Fast Ethernet остались теми же, и их описывают прежние главы стандартов 802.3 и 802.2. Более сложная структура физического уровня технологии Fast Ethernet вызвана тем, что в ней используются три варианта кабельных систем [7]:

      волоконно-оптический многомодовый кабель, используются два волокна;

      витая пара пятой категории, используются две пары;

      витая пара третьей категории, используются четыре пары.

Рис. 1.7. Отличия стека протоколов 100Base-T от стека протоколов 10Base-T

Сети Fast Ethernet всегда имеют иерархическую древовидную структуру, построенную на концентраторах, как и сети 10Base-T/10Base-F. Основным отличием конфигураций сетей Fast Ethernet является сокращение диаметра сети примерно до 200 м, что объясняется уменьшением времени передачи кадра минимальной длины в 10 раз за счет увеличения скорости передачи в 10 раз по сравнению с 10-мегабитным Ethernet. Тем не менее, это обстоятельство не очень препятствует построению крупных сетей на технологии Fast Ethernet. При использовании коммутаторов протокол Fast Ethernet может работать в полнодуплексном режиме, не имеющем ограничений на общую длину сети. Тем самым, остаются только ограничения на длину физических сегментов, соединяющих соседние устройства (адаптер - коммутатор или коммутатор - коммутатор). При создании магистралей локальных сетей большой протяженности технология Fast Ethernet также активно применяется, но только в полнодуплексном варианте, совместно с коммутаторами. Официальный стандарт 802.3u установил три различных спецификации для физического уровня Fast Ethernet и дал им следующие названия (см. рис. 1.8) [7]:

      100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 5 или экранированной витой паре STP Type 1;

      100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3, 4 или 5;

      100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля, используются два волокна.

Рис. 1.8. Структура физического уровня Fast Ethernet

Для всех трех стандартов справедливы следующие утверждения и характеристики:

      Форматы кадров технологии Fast Ethernet нe отличаются от форматов кадров технологий 10-мегабитного Ethernet, поддерживающего 4 разных типа кадров, которые имеют общий формат адресов узлов.

      Межкадровый интервал (IPG) равен 0,96 мкс, а битовый интервал равен 10 нс. Все временные параметры алгоритма доступа (интервал отсрочки, время передачи кадра минимальной длины и тому подобное), измеренные в битовых интервалах, остались прежними, поэтому изменения в разделы стандарта, касающиеся уровня MAC, не вносились.

      Признаком свободного состояния среды является передача по ней символа Idle соответствующего избыточного кода (а не отсутствие сигналов, как в стандартах Ethernet 10 Мбит/с).

Физический уровень включает три элемента:

      уровень согласования (reconciliation sublayer);

      независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, Mil);

      устройство физического уровня (Physical layer device, PHY).

Уровень согласования нужен для того, чтобы уровень MAC, рассчитанный на интерфейс AUI, смог работать с физическим уровнем через интерфейс МII.

Устройство физического уровня (PHY) состоит, в свою очередь, из нескольких подуровней:

      подуровня логического кодирование данных, преобразующего поступающие от уровня MAC байты в символы кода 4В/5В или 8В/6Т (оба кода используются в технологии Fast Ethernet);

      подуровней физического присоединения и подуровня зависимости от физической среды (PMD), которые обеспечивают формирование сигналов в соответствии с методом физического кодирования, например NRZI или MLT-3;

      подуровня автопереговоров, который позволяет двум взаимодействующим портам автоматически выбрать наиболее эффективный режим работы, например, полудуплексный или полнодуплексный (этот подуровень является факультативным).

Интерфейс МII поддерживает независимый от физической среды способ обмена данными между подуровнем MAC и подуровнем PHY. Этот интерфейс аналогичен по назначению интерфейсу AUI классического Ethernet, за исключением того, что интерфейс AUI располагался между подуровнем физического кодирования сигнала (для любых вариантов кабеля использовался одинаковый метод физического кодирования - манчестерский код) и подуровнем физического присоединения к среде, а интерфейс МII располагается между подуровнем MAC и подуровнями кодирования сигнала, которых в стандарте Fast Ethernet три - FX, ТХ и Т4.

1.2.5. Физический уровень 100Base-TX

В качестве среды передачи данных спецификация 100Base-TX использует кабель UTP категории 5 или кабель STP Type 1. Максимальная длина кабеля в обоих случаях - 100 м.

В спецификации 100Base-TX стандарта Fast Ethernet определен метод кодирования - 4В/5В. При этом методе каждые 4 бита данных подуровня MAC (называемых символами) представляются 5 битами. Избыточный бит позволяет применить потенциальные коды при представлении каждого из пяти бит в виде электрических или оптических импульсов. Существование запрещенных комбинаций символов позволяет отбраковывать ошибочные символы, что повышает устойчивость работы сетей с l00Base-TX.

Для отделения кадра Ethernet от символов Idle используется комбинация символов Start Delimiter (пара символов J (11000) и К (10001) кода 4В/5В, а после завершения кадра перед первым символом Idle вставляется символ Т (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Непрерывный поток данных спецификации 100Base-ТХ

После преобразования 4-битовых порций кодов MAC в 5-битовые порции физического уровня их необходимо представить в виде оптических или электрических сигналов в кабеле, соединяющем узлы сети. Спецификация 100Base-TX использует для этого методы физического кодирования MLT-3.

Имеется функция автопереговоров (Auto-negotiation) для выбора режима работы порта. Схема автопереговоров позволяет двум соединенным физически устройствам, которые поддерживают несколько стандартов физического уровня, отличающихся битовой скоростью и количеством витых пар, выбрать наиболее выгодный режим работы. Обычно процедура автопереговоров происходит при подсоединении сетевого адаптера, который может работать на скоростях 10 и 100 Мбит/с, к концентратору или коммутатору.

Описанная ниже схема Auto-negotiation сегодня является стандартом технологии 100Base-T. Принятую в качестве стандарта схему Auto-negotiation предложила первоначально компания National Semiconductor под названием NWay.

Всего в настоящее время определено 5 различных режимов работы, которые могут поддерживать устройства l00Base-TX или 100Base-T4 на витых парах:

      10Base-T - 2 пары категории 3;

      10Base-T full-duplex - 2 пары категории 3;

      100Base-TX - 2 пары категории 5 (или Type 1A STP);

      100Base-T4 - 4 пары категории 3;

      100Base-TX full-duplex - 2 пары категории 5 (или Type 1A STP).

Режим 10Base-T имеет самый низкий приоритет при переговорном процессе, а полнодуплексный режим 100Base-TX - самый высокий. Переговорный процесс происходит при включении питания устройства, а также может быть инициирован в любой момент модулем управления устройства.

Устройство, начавшее процесс auto-negotiation, посылает своему партнеру пачку специальных импульсов Fast Link Pulse burst (FLP), в котором содержится 8-битное слово, кодирующее предлагаемый режим взаимодействия, начиная с самого приоритетного, поддерживаемого данным узлом.

Если узел-партнер поддерживает функцию auto-negotuiation и также может поддерживать предложенный режим, он отвечает пачкой импульсов FLP, в которой подтверждает данный режим, и на этом переговоры заканчиваются. Если же узел-партнер может поддерживать менее приоритетный режим, то он указывает его в ответе, и этот режим выбирается в качестве рабочего. Узел, который поддерживает только технологию l0Base-T, каждые 16 мс посылает манчестерские импульсы для проверки целостности линии, связывающей его с соседним узлом. Такой узел не понимает запрос FLP, который делает ему узел с функцией Auto-negotiation, и продолжает посылать свои импульсы. Узел, получивший в ответ на запрос FLP только импульсы проверки целостности линии, понимает, что его партнер может работать только по стандарту 10Base-T, и устанавливает этот режим работы и для себя.

1.2.6. Повторители первого и второго класса

Повторители Fast Ethernet делятся на два класса. Повторители первого поддерживают все типы логического кодирования данных: как 4В/5В, так и 8В/6Т. Повторители второго класса поддерживают только какой-либо один тип логического кодирования - либо 4В/5В, либо 8В/6Т. То есть повторители первого класса позволяют выполнять трансляцию логических кодов с битовой скоростью 100 Мбит/с, а повторителям второго класса эта операция недоступна.

Поэтому повторители первого класса могут иметь порты всех трех типов физического уровня: 100Base-TX, 100Base-FX и 100Base-T4. Повторители второго класса имеют либо все порты 100Base-T4, либо порты l00Base-TX и l00Base-FX, так как последние используют один логический код 4В/5В.

В одном домене коллизий допускается наличие только одного повторителя первого класса. Это связано с тем, что такой повторитель вносит большую задержку при распространении сигналов из-за необходимости трансляции различных систем сигнализации - 70 bt.

Повторители второго класса вносят меньшую задержку при передаче сигналов: 46 bt для портов TX и 33,5 bt для портов Т4. Поэтому максимально может быть два повторителя второго класса в домене коллизий, причем они должны быть соединены между собой кабелем не длиннее 5 метров.

Небольшое количество повторителей Fast Ethernet не является серьезным препятствием при построении больших сетей, так как применение коммутаторов и маршрутизаторов делит сеть на несколько доменов коллизий, каждый из которых будет строиться на одном или двух повторителях. Общая длина сети не будет иметь в этом случае ограничений.

1.2.7. Стеки концентраторов

Концентраторы можно наращивать посредством установки в стек или в шасси. Стековый концентратор можно рассматривать как повторитель с предусмотренной в нем возможностью расширения. Стековые концентраторы создаются обычно на основе повторителей первого класса, так как упомянутые ограничения на время задержки долгое время затрудняли создание стековых концентраторов на основе повторителей второго класса. Они состоят из нескольких независимых устройств, вообще говоря, с произвольным числом портов каждое. Помимо обычных портов такой повторитель имеет внешнее соединение для подключения других повторителей. Как и обычный повторитель, стековый концентратор является разделяемым устройством, поэтому, чем больше портов, тем меньше доступная каждому из них пропускная способность.

Купив один концентратор с требуемым числом портов, администратор может потом постепенно наращивать его по мере необходимости. Такая расширяемость вкупе с невысокой ценой за порт делает стековые концентраторы весьма привлекательными устройствами для создания разделяемой сети Fast Ethernet. Однако стековые концентраторы наращиваются не до бесконечности. В первую очередь это ограничение касается максимального количества повторителей в стеке. Высота стека во многом зависит от объединительной шины и, как правило, не превышает восьми устройств. Концентраторы в виде шасси представляют собой корпус с контактной панелью и несколькими слотами для установки модулей, причем зачастую последними могут быть повторители, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы не только для Ethernet, Fast Ethernet, но и для других технологий типа Token Ring, FDDI, т. е. они являются своеобразными "концентраторами концентраторов". Они характеризуются высокой отказоустойчивостью, расширяемостью, модернизируемостью и, как следствие, высокой ценой.

Глава 2. Схема локальной сети Ethernet здания

2.1. Разработка схемы локальной сети Ethernet

Сервер находится на втором этаже в комнате № 207, а в коридоре возле двери в серверную комнату расположен первый настенный шкаф, в котором расположены два концентратора, которые объединены в стек. К этим двум концентраторам подсоединены все комнаты на втором этаже. Второй стек, также состоящий из двух концентраторов, находится во втором настенном шкафу возле комнаты №107, рядом с шахтой. К нему подсоединены все комнаты на первом этаже. Первый стек соединен со вторым кабелем длиной пять метров. В каждом настенном шкафу будут размещены по две 24-портовые патч-панели соединенные с концентрами патч-кордами UTP-5 длиной 0,5 метров. Сетевые адаптеры соединены с розетками с помощью патч-кордов UTP 5 длиной 1,5 м.

  В коридоре провод расположен на высоте три метра. Розетки в комнатах расположены на высоте одного метра, в непосредственной близости от рабочего места. Подсчитаем необходимую длину кабеля на двух этажах.

В таблицах 2.1 и 2.2 приведены расстояния от каждого рабочего места до ближайшего концентратора на 1 и 2 этажах соответственно. Просуммировав все значения из этих таблиц мы получим количество витой пары, необходимое для прокладки локальной сети.

Таблица 2.1

Длины сегментов сети первого этажа

Таблица 2.2

Длины сегментов сети второго этажа

Итого общая длина кабеля на двух этажах составляет 2493 метра.

Список необходимого оборудования для реализации локальной сети представлен в таблице 2.3. Схема разработанной сети представлена в приложении №1 (перый этаж) и в приложении №2 (второй этаж).

Таблица 2.3

Необходимое оборудование для организации локальной сети здания

2.2.           Сравнительный анализ 24-портовых концентраторов

Многопортовые повторители Ethernet на витой паре называются концентраторами или хабами. Основные отличия среди этих устройств, предлагаемые различными фирмами-производителями является количество устройств, подключаемых к нему, возможность стекирования и различные фирменные технологии. Таким образом, концентраторы могут содержать от 4 до 72 портов для подключения. Максимальное количество концентраторов в стеке определяется производителем; оно обычно составляет от 4 до 20 устройств. В рамках поставленной задачи нам необходимо подключить 62 машин,  поэтому мы будем использовать 4 концентратора 24 порта. Рассматриваемые нами концентраторы относятся к  повторителям класса II, так как имеют все порты  100Base-TX.

Для сравнения были взяты продукты наиболее известных фирм на рынке сетевого оборудования Intel, IBM и C-Net.

Определим основные критерии выбора концентратора из имеющихся в наличии (см. таблицу 2.5.):

      цена;

      возможность работы в стеке;

      габариты;

      авторитет фирмы-производителя.

Концентраторы на 24 порта:

● C-Net CSH-2400S 24-port 10/100T

● Express 330T Stackable Hub 24-port 10/100Mbps

● IBM 8245 10/100 Stackable Ethernet Hub

В таблице 2.4. приведено сравнение этих концентраторов по основным признакам [2],[3],[4].

Таблица 2.4

Основные характеристики 24-портовых концентраторов

                                                                                                                                            Таблица 2.5

Сравнение концентраторов по выбранным критериям

Из вышеперечисленных концентраторов будем использовать концентраторы фирмы Intel [3], хотя они и незначительно дороже. Эти концентраторы обладают всеми необходимыми нам функциями. При разработке локальной сети будут использоваться четыре концентратора на 24 порта. Так же фирма Intel уже давно зарекомендовала себя на рынке сетевого оборудования в качестве надежного производителя очень качественной продукции. Этот концентратор является оптимальным вариантом в отношении цена/качество, его можно приобрести в магазине «ЕВРОКОМ» [10].

2.3. Анализ сетевых адаптеров

Сетевые адаптеры, представленные на рынке различными производителями, в основе своей, практически идентичны. Поэтому не имеет принципиальной разницы выбор сетевого адаптера. В этой связи решающим фактором в выборе сетевого адаптера будет его стоимость.

Далее представлены наиболее часто встречаемые адаптеры:

● D-Link <DFE-520TX> Карта PCI 10/100Mbps

● 3com <3C905B/C(X)-TX-M> Карта PCI UTP 10/100Mbps

● Realtek Gigabit LAN <8110S> PCI 10/100/1000Mbps

Далее приведена таблица сравнения основных характеристик сетевых адаптеров.

Таблица 2.6.

Сравнение сетевых адаптеров

Поскольку у нас не стоит задачи построить сеть по стандарту Gigabit Ethernet, то нет смысла приобретать карту Realtec, поэтому остановим свой выбор на сетевом адаптере фирмы D-Link.

2.4. Расчет конфигурации схемы локальной сети

2.3.1. Системы расчёта конфигурации

Расчёт конфигурации локальной сети, построенной на технологии Fast Ethernet, включает в себя две системы расчёта:

                  Вычисление двойного времени прохождения сигнала по сети (Path Delay Value, PDV) и сравнение его с максимально допустимой величиной.

                  Допустимость величины получаемого межкадрового временного интервала (Path Variability Value, PVV), межпакетной щели (IPG – InterPacket Gap) в сети.

Для сетей Fast Ethernet допустимо не проводить расчёт PVV. Это связано с тем, что даже максимальное количество концентраторов, допустимых в Fast Ethernet, не может вызвать недопустимого сокращения межпакетного интервала.

2.3.2. Методика расчёта PDV

Для расчетов PDV сначала надо выделить в сети путь с максимальным двойным временем прохождения и максимальным числом концентраторов между компьютерами, то есть путь максимальной длины. Если таких путей несколько, то расчет должен производиться для каждого из них. Расчет в данном случае ведется на основании таблицы 2.7.

Комитет 802.3 дает исходные данные для расчета времени двойного оборота сигнала. Комитет предоставляет данные о задержках, вносимых каждым элементом сети, не разделяя сегменты сети на левый, правый и промежуточный.

Таблица 2.7.

PDV в сети Fast Ethernet

Для вычисления полного двойного (кругового) времени прохождения для сегмента сети необходимо умножить длину сегмента на величину задержки на метр, взятую из второго столбца таблицы. Если сегмент имеет максимальную длину, то можно сразу взять величину максимальной задержки для данного сегмента из третьего столбца таблицы.

Затем задержки сегментов, входящих в путь максимальной длины, надо просуммировать и прибавить к этой сумме величину задержки для приемопередающих узлов двух абонентов (это три верхние строчки таблицы) и величины задержек для всех концентраторов, входящих в данный путь (это три нижние строки таблицы).

Суммарная задержка должна быть меньше, чем 512 битовых интервалов. При этом надо помнить, что стандарт IEEE 802.3 рекомендует оставлять запас в пределах 1 – 4 битовых интервалов для учета кабелей внутри соединительных шкафов и погрешностей измерения. Лучше сравнивать суммарную задержку с величиной 508 битовых интервалов, а не 512 битовых интервалов.

Все задержки, приведенные в таблице, даны для наихудшего случая. Если известны временные характеристики конкретных кабелей, концентраторов и адаптеров, то практически всегда предпочтительнее использовать именно их. В ряде случаев это может дать заметную прибавку к допустимому размеру сети.

2.3.3. Расчёт PDV локальной сети

Для расчёта конфигурации разработанной локальной сети  определим наиболее удалённые узлы сети. В нашем случае ими являются компьютеры, расположенные в к.108 и к.208. Расстояние от концентратора на первом этаже до рабочего места в комнате 108 равно 82 метра, между концентратором второго этажа и рабочим местом в комнате 208 – 82 метра. Концентраторы разделены кабелем длинной 5 метров. Таким образом, наиболее протяжённый участок сети состоит из двух концентраторов, двух сетевых адаптеров, кабеля UTP 5 длинной 169 метра, Патч-корды 2x1,5м (соединение внешней розетки и сетевого адаптера) и 4x0,5м (соединение патч-панели и концентратора), они в сумме дают 5 метров. Просуммировав полученные значения общая длинна, наиболее протяжённого сегмента, составляет 174 метра. Один метр видой пары категории 5 вносит задержку в 1,112 bt. Значит весь сегмент вносит задержку равную 193 bt, пара сетевых адаптеров TX дают задержку в 100 bt и два стека концентраторов по 92 bt каждый. Общая задержка данного сегмента равна 477 bt.  

Так как выполняется условие превышения задержки в  512 bt над PDV наибольшего сегмента сети, значит сеть спроектирована корректно, запас задержки составляет 35 bt.

2.4.              Создание элементов структурированной кабельной системы

При построении локальной сети будет использоваться настенный шкаф модели  ШРН-М-12.500.1 (рис. 2.1).

Рис.2.1. Настенный шкаф  ШРН-М-12.500.1

Отличительной особенностью данной модели является его достаточно большая вместимость, удобство эксплуатации и при этом низкая стоимость.

Для коммутации кабелей в шкафах применяются патч-панели. Поскольку в каждом шкафу установлено по два концентратора на 24 порта,  то патч-панели должны иметь по крайней мере не меньше количество разъемов. Так, в каждый шкаф установим по две патч-панели на 24 порта (рис. 2.2).

Рис. 2.2. патч-панель на 24 порта

Для коммутации разъемов в шкафах используем патч-корд длиной 0,5 метра (рис. 2.3). Для подсоединения компьютеров в рабочих комнатах к ЛВС будут использоваться патч-корды длиной 1,5 метра (рис. 2.4).

Рис.2.3. Патч-корд 0,5 м

Рис.2.4. Патч-корд 1,5 м

На рис. 2.5 показано соединение порта MDI сетевого адаптера 100Base-T4 с портом MDI-X концентратора (приставка Х говорит о том, что у этого разъема присоединения приемника и передатчика меняются парами кабеля по сравнению с разъемом сетевого адаптера, что позволяет проще соединять пары проводов в кабеле - без кроссирования). Также можно подключать две сетевые карты двух компьютеров одним кабелем, для этого необходимо, чтобы он был кроссированным.

Пара 1-2 всегда требуется для передачи данных от порта MDI к порту MDI-X, пара 3-6 -для приема данных портом MDI от порта MDI-X, а пары 4-5 и 7-8 являются двунаправленными и используются как для приема, так и для передачи, в зависимости от потребности.

Рис. 2.5. Соединение узлов по спецификации 100Base-T4

На рис. 2.6 приведена цветовая конфигурация схемы разводки контактов телекоммуникационных розеток с 8-позиционными гнездами (Б ‑ белый, З – зеленый, О – оранжевый, Г – голубой), гнезда показаны с лицевой стороны ключом вниз. Конфигурация T568A является основной для 8-позиционных гнезд.

Рис. 2.6. Конфигурация схемы разводки контактов телекоммуникационных розеток с 8-позиционными гнездами

Обжатые кабели, кроссированным методом или обычным, необходимо протестировать специальным тестером для проверки правильности обжима.

2.5. Расчет стоимости разработанной локальной сети

Для оценки стоимости разработанной схемы локальной сети были произведены расчеты затрат на приобретение необходимого оборудования в различных магазинах г. Москвы. Для проведения расчета стоимости были использованы магазины:

● «SlyComputers» [11]

● «СОНЕТ» [12]

● «НИКС» [13]

В таблице 2.8 приведена стоимость оборудования в этих магазинах. Как видно из таблицы, наименьшая стоимость оборудования в магазине СОНЕТ. Сетевые карты D-Link <DFE-520TX> PCI 10/100Mbps, необходимые в количестве 62 штук, будем покупать в магазине «НИКС». Цена одной сетевой карты 330 рублей.

Таблица 2.8

Стоимость оборудования для реализации разработанной схемы сети

Из таблицы 2.8 видно, что выгоднее производит закупку в магазине НИКС [13].

Стоимость проекта будет вычисляться из суммы, приведенной в таблице 2.8 плюс стоимости концентраторов. Стоимость концентраторов приведена в таблице 2.4. Так, концентратор Express 330T Stackable Hub 24-port 10/100Mbps стоит 4350 рубля, то стоимость четырёх концентраторов составит 17400 рублей. Так же в стоимость проекта необходимо включить стоимость различных расходных материалов (обтяжки, дюбель-гвозди и др.). На эти расходы выделим сумму 1000 руб.

Получается, что стоимость всего проекта составит 136783 рубля.

заключение

В ходе курсовой работы была построена сеть Ethernet двухэтажного здания в соответствии с требованиями структурированных кабельных систем. Для этого в работе был изучен стандарт EIA/TIA на структурированную кабельную систему, исследована технология Ethernet, проведен сравнительный анализ продуктов для построения локальной сети. Была рассчитана конфигурация разработанной схемы локальной сети, подтвердившая правильность её построения, а также была оценена стоимость разработанной схемы локальной сети и проанализированы варианты закупки необходимого оборудования.

Литература

1.   Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. – СПб.: Издательство «Питер», 2008.

2.   IBM 8245 10/100 Stackable Ethernet Hub//                 http://www.raccess.ru/redir.asp?mode=1559

3.   Intel Express 330T Stackable Hub 24-port 10/100Mbps // http://www.drivers.ru/catalog/networks/net/Intel_EE330TX24_Express_330T_Stackable_24-port_8147.html

4.   C-Net CSH-2400S 24-port 10/100TX//

http://www.compofox.ru/catalog/?action=shwprd&id=2336825590&parent=233

5.   ansi/tia/eia-568-A. Стандарт кабельных систем.// http://www.ixbt.com/comm/sks-1.shtml/.

6. Как работают локальные сети.//

    http://www.raccess.ru/ethernet/.

7. Fast Ethernet как развитие классического Ethernet//

    http://www.citforum.ru/nets/lvs/glava_2.shtml/.

8. Обзор стандарта кабельных систем ANSI/TIA/EIA-568-A //

    http://www.madex.ru/htm/view_ps_05.phtml/.

9. Локальная сеть для офиса //

    http://www.compdoc.ru/network/local/nonsdec/.

10. http://www.evrokom.com/.

11. http://www.sly.ru

12. http://www.sonet.ru/

13. http://www.nix.ru

Приложение 1. схема локальной сети ethernet здания в двух проекциях (первый этаж)

Приложение 2. схема локальной сети ethernet здания в двух проекциях (Второй этаж)