Ограничения длин сегментов DTE–DTE

В качестве DTE (Data Terminal Equipment) может выступать любой источник кадров данных для сети: сетевой адаптер компьютера, порт моста, порт маршрутизатора, модуль управления сетью и другие подобные устройства. Отличительной особенностью DTE является то, что он вырабатывает новый кадр для разделяемого сегмента (мост или коммутатор, хотя и передают через выходной порт кадр, который выработал в свое время сетевой адаптер, но для сегмента сети, к которому подключен выходной порт этих устройств, этот кадр является новым). Порт повторителя не является DTE, так как он побитно повторяет ранее уже появившийся в сегменте кадр.

В типичной конфигурации сети Fast Ethernet несколько DTE подключается к портам повторителя, образуя сеть звездообразной топологии. Соединения DTE–DTE в разделяемых сегментах не встречаются (если исключить конфигурацию, когда сетевые адаптеры двух компьютеров соединены прямо друг с другом кабелем), а вот для мостов/коммутаторов и маршрутизаторов такие соединения являются нормой, когда сетевой адаптер прямо соединен с портом одного из этих устройств, либо эти устройства соединяются друг с другом.

Спецификация IEEE 802.3u определяет следующие максимальные длины сегментов DTE–DTE, приведенные в таблице 1.

 

Таблица 1. Максимальные длины сегментов DTE–DTE

Стандарт	Тип кабеля	Максимальная длина сегмента
100Base–TX	UTP категория 5	100 м
100Base–TX	Многомодовое оптоволокно 6265.125 мкм	412 м (полудуплекс), 2 км (полный дуплекс)
100Base–T4	UTP категория 3,4,5	100 м

 

Ограничения сетей Fast Ethernet, построенных на повторителях Повторители Fast Ethernet делятся на два класса. Повторители класса I поддерживают все типы логического кодирования данных: как 4В/5В, так и 8В/6Т. Повторители класса II поддерживают только какой–либо один тип логического кодирования – либо 4В/5В, либо 8В/6Т. То есть повторители класса I позволяют выполнять трансляцию логических кодов с битовой скоростью 100Мбит/с, а повторителям класса II эта операция недоступна. Поэтому повторители класса I могут иметь порты всех трех типов физического уровня: l00Base–TX, l00Base–FX и 100Base–T4. Повторители класса II 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 класса I. Это связано с тем, что такой повторитель вносит большую задержку при распространении сигналов из–за необходимости трансляции различных систем сигнализации – 70 bt.

Повторители класса II вносят меньшую задержку при передаче сигналов: 46bt для портов TX/FX и 33,5 bt для портов Т4. Поэтому максимальное число повторителей класса II в домене коллизий – 2, причем они должны быть соединены между собой кабелем длиной до 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.

В таблице 2 приведены правила построения сети на основе повторителей класса I.

 

 

Таблица 2

Тип кабелей	Максимальный диаметр сети, м	Максимальный диаметр сети, м
Только витая пара (TX)
Только оптиволокно (FX)
Несколько сегментов на витой паре и один на оптоволокне		100 (TX) 160 (FX)
Несколько сегментов на витой паре и несколько сегментов на оптоволокне		100 (TX) 136 (FX)

 

Эти ограничения проиллюстрированы типовыми конфигурациями сетей, показанными на рис. 1.

Рис. 1. Примеры построения сети Fast Ethernet с помощью

повторителей класса I

Таким образом, правило 4–х хабов превратилось для технологии Fast Ethernet в правило одного или двух хабов, в зависимости от класса хаба.

При определении корректности конфигурации сети можно не руководствоваться правилами одного или двух хабов, а рассчитывать время двойного оборота сети, как это делается для сети Ethernet 10 Мбит/с.

Как и для технологии Ethernet 10 Мбит/с, комитет 802.3 дает исходные данные для расчета времени двойного оборота сигнала. При этом сама форма представления этих данных и методика расчета несколько изменились. Комитет предоставляет данные об удвоенных задержках, вносимых каждым элементом сети, не разделяя сегменты сети на левый, правый и промежуточный. Кроме того, задержки, вносимые сетевыми адаптерами, учитывают преамбулы кадров, поэтому время двойного оборота нужно сравнивать с величиной 512 битовых интервала (bt), то есть со временем передачи кадра минимальной длины без преамбулы.

Для повторителей класса I время двойного оборота можно рассчитать следующим образом.

Задержки, вносимые прохождением сигналов по кабелю, рассчитываются на основании данных таблице 3., в которой учитывается удвоенное прохождение сигнала по кабелю.

Таблица 3

Задержки, которые вносят два взаимодействующих через повторитель сетевых адаптера (или порта коммутатора), берутся из таблицы 4.

Таблица 4

Учитывая, что удвоенная задержка, вносимая повторителем класса I, равна 140 bt, можно рассчитать время двойного оборота для произвольной конфигурации сети, учитывая максимально возможные длины непрерывных сегментов кабелей, приведенные в таблице 4. Если получившееся значение меньше 512, значит, по критерию распознавания коллизий сетm является корректной.

Комитет 802.3 рекомендует оставлять запас в 4bt для устойчиво работающей сети, но разрешает выбирать эту величину из диапазона от 0 до 5 bt.

Пример. Рассчитаем конфигурацию сети (см. рисунок 2), состоящую из одного повторителя и двух оптоволоконных сегментов длиной по 136 метров. Каждый сегмент вносит задержку по 136 bt, пара сетевых адаптеров FX дает задержку в 100 bt, а сам повторитель вносит задержку в 140 bt. Сумма задержек равна 512 bt, что говорит о том, что сеть корректна, но запас принят равным 0.

 

2.2. Задания для выполнения:

1. Выполнить расчет параметров сети (рисунок 1.3.3.), заданной с помощью таблицы 1.3.5.

 

 

 

Содержание отчета

1) Цель работы.

2) Расчёт конфигурации предложенной сети.

3) Ответы на контрольные вопросы.

4) Выводы.

1.4 Контрольные вопросы

1. Что такое домен коллизий?

2. Покажите все домены коллизий для сети, изображенной на рисунке 1.3.4.

3. Если один вариант технологии Ethernet имеет более высокую скорость передачи данных, чем другой (например, Fast Ethernet и Ethernet), то какая из них поддерживает большую максимальную длину сети?

4. Из каких соображений выбрана максимальная длина физического сегмента в стандартах Ethernet?

5. Проверьте корректность конфигурации сети Fast Ethernet, приведенной на рисунке 1.3.5.

6. Как известно, имеются 4 стандарта на формат кадров Ethernet [7, 8]. Выберите из ниже приведенного списка названия для каждого из этих стандартов. Учтите, что некоторые стандарты имеют несколько названий:

− Novell 802.2;

− Ethernet II;

− 802.3/802.2

− Novell 802.3;

− Raw 802.3;

− Ethernet DIX;

− 802.3/LLC;

− Ethernet SNAP.

7. Поясните смысл каждого поля кадра Ethernet на рисунке 1.3.6.

8. Что может произойти в сети, в которой передаются кадры Ethernet разных форматов?

9. Что такое коллизия:

− ситуация, когда станция, желающая передать пакет, обнаруживает, что в данный момент другая станция уже заняла передающую среду;

− ситуация, когда две рабочие станции одновременно передают данные в разделяемую передающую среду.

10. Назовите какие ограничения необходимо учитывать при построении сетей на основе стандарта 802.3 и FastEthernet?

11. Какие правила существуют для сетей FastEthernet, построенных на хабах (аналог 4–х хабов для 100Base–T)?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №3

«Принципы построения неблокирующих коммутируемых сетей»

Цель работы: Изучить приемы построения неблокирующих сетей, научиться проектировать неблокирующие сети.

Теоретическая часть

Неблокирующие коммутаторы.

Коммутатор называют неблокирующим, если он может передавать через свои порты кадры с той же скоростью, с которой они на них поступают.

Когда говорят, что коммутатор может поддерживать устойчивый неблокирующий режим работы, то имеют в виду, что коммутатор передает кадры со скоростью их поступления в течение произвольного промежутка времени. Для обеспечения подобного режима нужно таким образом распределить потоки кадров по выходным портам, чтобы, во–первых, порты справлялись с нагрузкой, во–вторых, коммутатор мог всегда в среднем передать на выходы столько кадров, сколько их поступило на входы. Если же входной поток кадров (просуммированный по всем портам) в среднем будет превышать выходной поток кадров (также просуммированный по веем портам), то кадры будут накапливаться в буферной памяти коммутатора и при ее переполнении – просто отбрасываться.

Для поддержания устойчивого неблокирующего режима работы коммутатора необходимо, чтобы его производительность удовлетворяла условию:

где Ск – производительность коммутатора, Сpi – максимальная производительность протокола, поддерживаемого i–м портом коммутатора. Суммарная производительность портов учитывает каждый проходящий кадр дважды – как входящий кадр и как выходящий, а так как в устойчивом режиме входной трафик равен выходному, то минимально достаточная производительность коммутатора для поддержки неблокирующего режима равна половине суммарной производительности портов. Если порт, например, Ethernet 10 Мбит/с, работает в полудуплексном режиме, то производительность порта Cpj равна 10 Мбит/с, а если в дуплексном, – 20Мбит/с.

Иногда говорят, что коммутатор поддерживает мгновенный неблокирующий режим. Это означает, что он может принимать и обрабатывать кадры от всех своих портов на максимальной скорости протокола, независимо от того, обеспечиваются ли условия устойчивого равновесия между входным и выходным трафиком. Правда, обработка некоторых кадров при этом может быть неполной – при занятости выходногопорта кадр помещается в буфер коммутатора. Для поддержки мгновенного неблокирующего режима коммутатор должен обладать большей собственной производительностью, а именно онадолжна быть равна суммарной производительности его портов:

Первый коммутатор для локальных сетей появился для технологии Ethernet. Помимо очевидной причины, связанной с наибольшей популярностью сетей Ethernet, существовала и другая, не менее важная причина – эта технология больше других страдает от увеличения времени ожидания доступа к среде при повышении загрузки сегмента. Поэтому сегменты Ethernet в крупных сетях нуждались в средстве разгрузки узких мест сети, и этим средством стали коммутаторы фирмы Kalpana, а затем и других компаний. Компании стали развивать технологию коммутации для повышения производительности других технологий локальных сетей, таких как Token Ring и FDDI. Широкому применению коммутаторов способствовало то обстоятельство, что внедрение этой технологии не требовало замены установленного в сетях оборудования – адаптеров, концентраторов, абельной системы. Порты коммутаторов работали в обычном полудуплексном режиме, ним прозрачно можно было подключить как конечный узел, так и концентратор, организующий целый логический сегмент. Так как коммутаторы и мосты прозрачны для протоколов сетевого уровня, то их появление в сети не оказало никакого влияния на маршрутизаторы сети, если они имелись.