Повнодуплексний режим роботи

Вузли, що підтримують специфікації PHY FX і PHY TX, можуть працювати в повнодуплексному режимі (full-duplex mode). У цьому режимі не використовується метод доступу до середовища CSMA/CD і відсутнє поняття колізій - кожен вузол одночасно передає й приймає кадри даних по каналах Tx і Rx.

Повнодуплексна робота можлива тільки при з'єднаннях мережного адаптера з комутатором чи при безпосередньому з'єднанні комутаторів.

При повнодуплексній роботі стандарти 100Base-TX і 100Base-FX забезпечують швидкість обміну даними між вузлами 200 Мб/с.

Повнодуплексний режим роботи для мереж 100Base-T поки що не прийнятий комітетом IEEE як стандарт. Проте, багато виробників випускають як мережні адаптери, так і комутатори для цього режиму. Через відсутність стандарту ці продукти не обов'язково коректно працюють один з одним.

У повнодуплексному режимі необхідно визначити процедури керування потоком кадрів, тому що без цього механізму можливі ситуації, коли буфери комутатора переповняться і він почне втрачати кадри Ethernet, що завжди вкрай небажано, тому що відновлення інформації буде здійснюватися більш повільними протоколами транспортного чи прикладного рівнів.

Через відсутність стандартів на повнодуплексні варіанти Еthеrnеt кожний виробник сам визначає способи керування потоком кадрів у комутаторах і мережних адаптерах. Звичайно, при заповненні буфера пристрою до визначеної межі, цей пристрій посилає передавальному пристрою повідомлення про тимчасове припинення передачі (XOFF). При звільненні буфера посилається повідомлення про можливість відновити передачу (XON).

Правила побудови сегментів Fast Ethernet при використанні повторювачів класу I і класу II

Технологія Fast Ethernet, як і всі некоаксіальні варіанти Ethernet, розрахована на підключення кінцевих вузлів - комп'ютерів із відповідними мережними адаптерами - до багатопортового повторювача (концентратора) або комутатора.

Правила коректної побудови сегментів мереж Fast Ethernet включають:

· обмеження на максимальні довжини сегментів, що з'єднують DTE c DTE;

· обмеження на максимальні довжини сегментів, що з'єднують DTE із портом повторювача;

· обмеження на максимальний діаметр мережі;

· обмеження на максимальне число повторювачів і максимальну довжину сегмента, що з'єднує повторювачі.

Розглянемо спочатку вплив обмежень довжин сегментів DTE-DTE.

У якості DTE (Data Terminal Equipment) може виступати будь-яке джерело кадрів даних для мережі: мережний адаптер, порт моста, порт маршрутизатора, модуль керування мережею та інші подібні пристрої. Порт повторювача не є DTE. У типовій конфігурації мережі Fast Ethernet декілька DTE підключаються до портів повторювача, утворюючи мережу зіркоподібної топології.

Специфікація IEEE 802.3u визначає такі максимальні значення сегментів DTE-DTE:

Таблиця 2.1 Максимальні довжини сегментів DTE-DTE.

Стандарт	Тип кабелю	Максимальна довжина сегмента
100Base-TX	Category 5 UTP	100 метрів
100Base-FX	Багатомодове опто-волокно 62,5/125 мкм	412 метрів (напівдуплекс) 2 км (повний дуплекс)
100Base-T4	Category 3,4 або 5 UTP	100 метрів

Зупинимося докладніше на обмеженнях, зв'язаних із з'єднаннями з повторювачами.

Повторювачі Fast Ethernet поділяються на два класи.

· Повторювачі класу I підтримують усі типи систем кодування фізичного рівня: 100Base-TX/FX і 100Base-T4.

· Повторювачі класу II підтримують тільки один тип системи кодування фізичного рівня - 100Base-TX/FX чи 100Base-T4.

Введемо поняття бітового інтервалу. Бітовий інтервал (bt) – це час між появою двох послідовних бітів даних на кабелі [1].

Для 10 мегабітного Ethernet мкс.

Для 100 мегабітного Ethernet мкс.

Для 1000 мегабітного Ethernet мкс.

В одному домені колізій допускається наявність тільки одного повторювача класу I. Це зв'язано з тим, що такий повторювач вносить велику затримку при поширенні сигналів через необхідність трансляції різних систем сигналізації (70 bt).

Повторювачі класа ІІ вносять меньшу затримку при передачі сигналів: 46bt для портів TX/FX та 33,5bt для портів Т4. Тому максимальне число повторювачів класу II у домені колізій - 2, причому вони повинні бути з'єднані між собою кабелем не довшим 5 метрів.

Невелика кількість повторювачів Fast Ethernet не є серйозною перешкодою при побудові мереж. По-перше, наявність стекових повторювачів знімає проблеми обмеженого числа портів - усі каскадовані повторювачі являють собою один повторювач із достатнім числом портів - до декількох сотень. По-друге, застосування комутаторів і маршрутизаторів поділяє мережу на кілька доменів колізій, у кожному з яких, звичайно, є не надто велика кількість станцій. Загальна довжина мережі не буде мати в цьому випадку обмежень.

У наступній таблиці (Таблиця 2) зведені правила побудови мережі на основі повторювачів класу I.

Таблиця 2.2 Параметри мереж на основі повторювачів класу 1.

Тип кабелів	Максимальний діаметр мережі	Максимальна довжина сегмента
Тільки скручена пара (TX)	200 м	100 м
Тільки оптоволокно (FX)	272 м	136 м
Кілька сегментів на cкрученій парі й один на оптоволокні	260 м	160 м (FX) 100 м (TX)
Кілька сегментів на скрученій парі і кілька сегментів на оптоволокні	272 м	100 м (TX) 136 м (FX)

3. ОЦІНКА ПРИНЦИПОВОЇ ПРАЦЕЗДАТНОСТІ КОМП’ЮТЕРНОЇ МЕРЕЖІ

3.1 Обрахунок мережі Ethernet

Отже, розглянемо 4 основні умови при яких мережа Ethernet, що складається з сегментів різних фізичних середовищ, має працювати коректно:

1. Кількість станцій в мережі не більше 1024;

2. Максимальна довжина кожного фізичного сегмента не більша величини дозволеної стандартом;

3. Час подвійного обертання сигналу (Path Delay Value, PDV) між двома найвіддаленішими одна від одної станціями в мережі не повинен перевищувати 575 бітових інтервалів;

4. Скорочення міжкадрового інтервалу IPG (Path Variability Value, PVV) при проходженні кадрів через всі повторювачі не повинно бути більшим ніж 49 бітових інтервалів. Оскільки при відправленні кадрів кінцеві вузли забезпечують початкову міжкадрову відстань в 96 бітових інтервалів, то після проходження повторювача вона повинна бути не менша ніж 96 – 49 = 47 бітових інтервалів.

Дотримання цих правил забезпечує коректність роботи мережі навіть в тих випадках, коли порушуються найпростіші правила конфігурування, які визначають максимальну кількість повторювачів та загальну довжину мережі в 2500 м.

На Рис.3.1 наведено приклад схеми локальної мережі Ethernet, для якої зробимо оцінку працездатності.

Обрахунок PDV. Для спрощення розрахунків звичайно використовують довідникові дані ІЕЕЕ, що містять значення затримок поширення сигналів в повторювачах, прийомопередавачах (транссіверах) і різних фізичних середовищах (таблиця 3.1).

Рис.3.1 Схема локальної мережі Ethernet із сегментами різних фізичних середовищ.

Таблиця 3.1. Дані для обрахунку значення PDV

Тип сегмента	База лівого сегмента, bt	База проміжного сегмента, bt	База правого сегмента, bt	Затримка середовища на 1м, bt	Максимальна довжина сегмента, м
10 Base-5	11,8	46,5	169,5	0,0866
10 Base-2	11,8	46,5	169,5	0,1026
10 Base-T	15,3	42,0	165,0	0,113
10 Base-FB	–	24,0	–	0,1
10 Base-FL	12,3	33,5	156,5	0,1
FOIRL	7,8	29,0	152,0	0,1
AUI(>2 м)				0,1026	2+48

Лівий сегмент – це такий, з якого починається шлях сигналу з виходу передавача кінцевого вузла. Правий сегмент – вміщує приймач найбільш віддаленого вузла. Всі інші сегменти – проміжні. Затримки, які вносяться повторювачем, складаються із затримки вхідного транссівера, затримки блоку повторення і затримки вихідного транссівера. В таблиці всі ці затримки представлені одною величиною – базою сегмента. В таблиці також наведено подвійні величини затримок для кожного типу передаючого середовища. З кожним сегментом мережі пов’язана постійна затримка (база), яка залежить тільки від типу сегменту та від положення сегмента на шляху сигналу. База правого сегмента, в якому саме і виникає колізія, є найбільшою. Окрім того, з кожним сегментом пов’язана затримка поширення сигналу по передаючому середовищу сегмента, яка залежить від довжини сегмента. Обрахунок полягає в обчисленні затримок, які вносяться кожним відрізком кабеля (затримка сигналу на 1 м кабелю множиться на довжину сегмента), та їх сумуванні із значеннями відповідних баз. Загальне значення PDV не повинно перевершувати 575 bt.

Оскільки лівий і правий сегменти мають різні величини базової затримки, то у випадку різних типів сегментів на кінцях мережі необхідно виконати обрахунок двічі: перший раз прийняти в якості лівого сегмент одного типу, а другий раз – сегмент іншого типу. За результат приймається максимальне значення PDV.

Для мережі на Рис.3.1:

Лівий сегмент 1: 15,3 + 100 * 0,113 = 26,6 bt.

Проміжний сегмент 2: 33,5 + 1000 * 0,1 = 133,5 bt.

Проміжний сегмент 3: 24 + 500 * 0,1= 74,0 bt.

Проміжний сегмент 4: 24 + 500 * 0,1= 74,0 bt.

Проміжний сегмент 5: 24 + 600 * 0,1= 84,0 bt.

Правий сегмент 6: 165 + 100 * 0,113 = 176,3 bt.

Додаючи всі значення, отримуємо значення PDV = 568,4bt < 575bt. Тобто мережа є працеспроможною за критерієм часу подвійного обертання сигналу.

Обрахунок PVV. Щоб визнати конфігурацію мережі коректною необхідно розрахувати також зменшення міжкадрового інтервалу PVV. Для розрахунку PVV для Ethernet також використовуються дані з таблиці 3.2 рекомендовані ІЕЕЕ:

Таблиця 3.2. Скорочення міжкадрового інтервалу повторювачами

Тип сегмента	Передаючий сегмент, bt	Проміжний сегмент, bt
10 Base-5 або 10 Base-2
10 Base-FB	–
10 Base-FL	10. 5
10 Base-T	10. 5
100 Base-TX(I)	_
100Base-TX(II)	–

У відповідності з цими даними для нашої мережі обрахунок PVV буде таким:

Лівий сегмент 1: скорочення на 10,5 bt.

Проміжний сегмент 2: 8 bt.

Проміжний сегмент 3: 2 bt.

Проміжний сегмент 4: 2 bt.

Проміжний сегмент 5: 2 bt.

Сума цих величин дає значення PVV = 24,5bt < 49bt. Мережа є працездатною і за цим критерієм.

Таким чином, мережа, наведена на Рис.3.1, відповідає стандартам Ethernet за усіма показниками, пов’язаними як із довжиною сегментів, так і з кількістю повторювачів.

3.2 Обрахунок мережі FastEthernet

Для того, щоб мережа Fast Ethernet, що складається із сегментів різної фізичної природи, працювала коректно, необхідно, щоб виконувалися три основних умови:

1. Кількість станцій у мережі не повинна перевищувати 1024.

2. Подвоєна затримка поширення сигналу (Path Delay Value, PDV), між двома найбільш віддаленими одна від одної станціями мережі не повинна перевищувати 512 бітових інтервалів.

3. Скорочення міжкадрової відстані (Interpacket Gap Shrinkage), при проходженні послідовності кадрів через усі повторювачі, не більш, ніж на 96 бітових інтервалів.

Примітка: бітовий інтервал 10 нс.

Для повторювачів класу І час подвійної затримки поширення сигналу передаючим середовищем обраховується на підставі таблиці 3.3. При цьому не розділяють сегменти на лівий, правий та проміжний.

Таблиця 3.3 Затримки, які вносяться кабелем.

Тип кабеля	Подвоєна затримка в bt на 1 м.	Подвоєна затримка на кабелі максимальної довжини
UTP Cat 3	1,14	114 bt (100 м)
UTP Cat 4	1,14	114 bt (100 м)
UTP Cat 5	1,112	111,2 bt (100 м)
STP	1,112	111,2 bt (100 м)
Оптоволокно	1,0	412 bt (412 м)

Затримки, які вносять два взаємодіючих через повторювач мережні адаптери (або порти комутатора), беруться з таблиці 3.4.

Таблиця 3.4 Затримки, які вноситься мережними адаптерами

Тип мережних адаптерів	Максимальна подвоєна затримка
Два адаптери TX/FX	100 bt
Два адаптери T4	138 bt
Один адаптер TX/FX та один T4	127 bt

Враховуючи, що подвійна затримка, яка вноситься повторювачем класу І, дорівнює 140 bt, можна розрахувати час подвійного обертання сигналу для мережі довільної конфігурації, враховуючи максимальні можливі довжини неперервних сегментів кабелів. Якщо отримане значення меньше 512, то за критерієм розпізнавання колізій мережа є коректною. Рекомендується залишати запас для стійкої роботи мережі в діапазоні 0-5 bt (як правило – 4 bt).

На Рис 3.2 зображено можливе розміщення об’єктів.

Найбільша відстань від комутатора до концентратора на поверсі 80 м., а від концентратора до комп’ютера – 90 м.

З’єднання між поверхами можна виконувати багатомодовим оптоволокном. В межах поверху використовується неекранована скручена пара категорії 5 (UTP5).

Комутатори розміщуються в апаратній кімнаті на кожному поверсі. Таке розміщення здешевить витрати на монтування оптоволокна та забезпечить легкість модернізації та розширення. Між комутаторами встановлюються резервні зв’язки для підвищення надійності. Комутатор третього (середнього) поверху має 5 резервних портів, що забезпечує розширення мережі майже в усьому будинку. Концентратори, в свою чергу, теж мають вільні порти, що забезпечує під’єднання додаткових комп’ютерів в межах кімнати.

На третьому поверсі доцільно розмістити сервер для внутрішнього користування, а на першому – комунікаційний, для звязку з зовнішніми мережами. Наприклад, мережею кампуса або Internet.

Рис. 3.2 Стуктура мережі Fast Ethernet

Рис. 3.3 Домен колізій

Розглянемо найкритичнішу ділянку мережі – з найбільш віддаленим концентратором і комп’ютерами (Рис.3.2).

Врахуємо що

· подвоєна затримка, що вноситься повторювачем класу II, рівна 33,5*2=67bt

· Затримка, що вноситься кабелем

UTP Cat 5 1,112 bt

Оптоволокно 1,0 bt

· Два адаптера T4 138 bt

Для розрахунку PDV розглядаємо один домен колізій (Рис.3.3).

Отже:

2 адаптера T4 = 138bt

Сегмент А 90*1.112=100,08 bt

Сегмент В 90*1.112=100,08 bt

Концентратор 67 bt

PDV=67+100,08+100,08+138=405,16 bt

Отже PDV = 405,16 bt

Додаємо ще 10% запасу від знайденого PDV. Отримуємо PDV = 445,68bt. Знайдене значення значно менше за 512 bt, отже наша мережа відповідає стандарту.

Обрахунок PVV. Знову розглядаємо домен колізій (Рис.3.3). Скорочення міжкадрової відстані робить лише концентратор (класу ІІ), який вносить затримку в 33,5bt, що є меншим, ніж максимально допустиме значення. Таким чином, і по цьому параметру мережа працеспроможна.

Отже PVV = 33,5

4. ПРИКЛАД ВИКОНАННЯ КУРСОВОЇ РОБОТИ

Нижче наводимо приклад виконання курсової роботи. Пояснювальна записка повинна включати наступні пункти:

1. Вихідні дані на проектування

При проектуванні локальної мережі слід дотримуватися завдання, яке розміщуеться в такій таблиці:

Стандарт можливих технологій	Кількість поверхів	Габарити поверху	Кількість кімнат на поверсі	Кількість комп’ютерів в кімнаті
10Base-T 10Base-2		12 х 12

Спроектована локальна мережа повинна задовільняти цим умовам, а також умовам, що є специфічними для стандартів 10Base-T та 10Base-2.

2. Теоретичні відомості

В цьому розділі наводяться основні теоретичні відомості, які стосуються локальних мереж Ethernet заданого стандарту (або стандартів).

3. Опис проекту мережі

Перш за все, при проектуванні мережі, слід визначити як розташовуються станції (комп’ютери) в межах поверхів. Також слід передбачити розміщення та з’єднання мережного обладнання. Для цього створено умовні плани поверхів зі з’єднаннями в межах поверху, та загальний план будівлі зі з’єднаннями між поверхами. На планах також слід дотримуватись відповідності масштабу для певних елементів. Попередньо було визначено, що створювана мережа розміщується на двох суміжних (один під одним) поверхах. Це дещо спрощує розробку мережі та передбачає типове застосування і розміщення мережі. Всі плани поверхів та план з’єднань між поверхами та їх розміри наведені нижче на Рис.4.1- 4.2. На планах використано наступні умовні позначення:

робоча станція, що відповідає одному робочому місцю в мережі.

комутатор

концентратор.

набір всіх ліній, що йдуть від терміналів до концентратора, тобто вони не з’єднуються в одну, а просто використовують суміжний простір кімнати для свого прокладання.

Рис.4.1. Умовний план поверху

Рис.4.2. Умовний план з’єднань між поверхами.

Пропорційно вимірам представлені робочі місця (кружечки), концентратори та комутатори. Це обумовлене тим, що нам необхідно лише “точне” значення довжини з’єднань між вузлами і правдиві розміри робочого місця та кімнат, а комутатори та концентратори повинні демонструвати всі під’єднані до них лінії.

На Рис.4.2 показані розрізи відповідних поверхів. Представлені кімнати з розташуванням в них станцій. Відповідно до умовних графічних позначень, що описані вище, на рисунках представлені всі зв’язки мережі, всі пристрої, що забезпечують функціонування мережі та зв’язки, що йдуть до інших поверхів.

4.Обрахунки працездатності мережі