Аналіз перспективних бездротових технологій

Зміст

ВСТУП…………………………………………………………………….…………6

1. ТЕХНОЛОГІЯ ETHERNET…………………………………………….…………9

1.1 Специфікації IEEE для локальних мереж…………………....…………………9

1.2 Локальні мережі Ethernet………………………………………………..………11

1.3 Специфікації фізичного середовища Ethernet…………………………………17

2 АНАЛІЗ ПЕРСПЕКТИВНИХ БЕЗДРОТОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ ……….……..28

2.1 Системи фіксованого широкополосного радіодоступу……………………….28

2.2 Організація радіоінтерфейсу……………………………………………………29

2.3 Загальні характеристики систем FBWA………………………………….…….33

2.4 Характеристики стандарту серії 802.11…………………………………….….35

2.5 Методи передачі даних………………………………………………………….38

3 ПРИНЦИПИ ПОБУДОВИ ІНТЕГРОВАНОЇ МЕРЕЖІ…………………………43

3.1 Вимоги, що пред'являються до локальних обчислювальних мереж…………43

3.2 Огляд топологій локальних мереж Ethernet……………………………………47

3.3 Огляд топологій бездротових мереж Wi – Fi…………………………………..53

4. АРХІТЕКТУРА ІНТЕГРОВАНОЇ МЕРЕЖІ ДОСТУПУ НА БАЗІ

ТЕХНОЛОГІЙ ETHERNET І WI – FI………………………………………………69

4.1 Бездротове устаткування, вживане при побудові Wi - Fi мереж……………69

4.2 Характеристики устаткування для побудови мережі………………………….70

4.3 Вибір устаткування……………………………………………………………...85

4.4 Архітектура інтегрованої мережі доступу на базі технологій Ethernet і Wi – Fi

4.5. Тестування інтегрованої мережі доступу на базі технологій Ethernet і Wi – Fi

5. ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ДИПЛОМНОЇ РОБОТИ……99

5.1 Розрахунок ціни науково-дослідної розробки експертно-оцінним методом..99

5.2 Розрахунок собівартості й ціни виконання НДР…………………………….101

6 ОХОРОНА ПРАЦI……………………………………………………………….107

6.1 Коротка характеристика соціально-економічного значення питань охорони праці в Україні……………………………………………………………………...107

6.2 Аналіз умов та знарядь праці «на підприємстві,цеху,дільниці ……………..108

6.3 Виробнича санiтарiя i гігієна праці……………………………………………109

6.4 Електробезпека…………………………………………………………………114

6.5 Техніка безпеки…………………………………………………………………115

6.6 Пожежна безпека……………………………………………………………….116

6.7 Навчання, інструктажі працівників з питань охорони праці………………...118

ВИСНОВОК………………………………………………………………………...120

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ…………………………121

 

 

ВСТУП

Упродовж багатьох десятиліть дротяні і бездротові види зв'язку займали різні ніші на ринку телекомунікацій. Дротяний зв'язок мав на увазі надійність і високу пропускну спроможність. Бездротовий зв'язок використовувався для передачі інформації там, де важко або просто неможливо створити дротяну кабельну мережу, а також там, де потрібна свобода пересування.

Перші бездротові комп'ютерні мережі сприймалися лише як засіб, що дозволяє співробітникам пересуватися по офісу з ноутбуками, а не бути "прив'язаними" до робочих місць. Раніше, при використанні в офісах тільки настільних комп'ютерів, вважалося, що необхідно прокладати дротяну комп'ютерну мережу для забезпечення їх взаємодії. Використання бездротового рішення було проблематичне через високу вартість устаткування, а також відносно низької надійності і пропускної спроможності. Але з часом на ринку з'явилося нове покоління устаткування для організації бездротових локальних мереж. Коли необхідно забезпечити свободу пересування користувачів, достоїнства цього типу устаткування в порівнянні з традиційною дротяною інфраструктурою очевидні.

Бездротові технології перевершують дротяні по трьох параметрах:

· по терміновості;

· віддаленості;

· мобільності.

Терміновість. Цей чинник особливо важливий для країн з бурхливою економічною діяльністю, але що сильно відстали в розвитку телефонних і локальних мереж загального користування. Надійні комунікації потрібні негайно, а для прокладення кабельної мережі потрібні колосальні інвестиції і тривалий час. Безумовно, в майбутньому оптоволоконний кабель зможе вирішити проблеми фіксованого зв'язку краще, ніж це можуть зараз радіотехнології, але це дорогий і тривалий процес. Більше того, кабельну розводку вимагається довести до кожної квартири або установи. Коли усе це буде зроблено, фіксований радіозв'язок, можливо, буде витиснений з великих міст і залишиться для обслуговування переважно абонентів у видалених місцевостях. Це тільки один з варіантів розвитку подій.

Віддаленість. Перевага не стільки технологічного, скільки економічного характеру. Воно виявляється вирішальним при виборі способу під'єднування до мережі видалених абонентів, коли прокладати кабель економічно недоцільно. Це можуть бути абоненти, або розкидані по великій малонаселеній території, або згруповані у видаленому або важкодоступному пункті. У першому випадку невигідним виявляється прокладення або підвіска кабелів абонентського доступу, в другому - магістральних кабелів. Уся справа не в рівні економічного розвитку країни, а в мірі заселеності тієї або іншої місцевості.

Мобільність. Це найбільш очевидне, але не безперечне для передачі даних відмітна властивість бездротових технологій. Воно має переважно технологічний, а не економічний характер. Неможливість під'єднування рухливих абонентів є непереборним обмеженням кабельних мереж, яке поширюється на будь-який вид комунікацій, - як на звичайний телефонний і факсимільний зв'язок, так і на передачу даних. Радіотехнології дозволили розв'язати цю проблему.

На заході Radio - Ethernet використовується переважно в корпоративних мережах, що охоплюють територію складу, супермаркету, заводу, госпіталю, університетського містечка. Якщо є дві або декілька розкиданих територій, то будується загальна мережа шляхом з'єднання окремих сегментів через орендовані (у місцевої телефонної компанії) кабельні канали.

В Україні (як і в інших країнах СНД) сегментація ринку бездротових мереж декілька інша. Ті області діяльності, в яких на заході найширше застосовуються бездротові мережі, в Україні або ще не застосовують їх (великі оптові склади з автоматизованим обліком, супермаркети), або випробовують фінансову скруту (лікарні, університети). Тому інтерес до таких мереж проявляють самі різні підприємства, особливо, декілька відділень, що мають, розкиданих по місту.

Ринок бездротових мереж передачі даних в Росії, на відміну від західного ринку, формується більшою мірою операторами, ніж абонентами: саме оператори купують устаткування Radio - Ethernet, щоб з його допомогою надавати послуги бездротового зв'язку. Найбільш популярні серед цих послуг - об'єднання локальних мереж абонента і доступ до всесвітньої мережі Internet. Устаткування Radio - Ethernet прекрасно підходить і для ефективного забезпечення "останньої милі" замість абонентського телефонного кабелю.

У цій дипломній роботі розглядається завдання побудови інтегрованої мережі доступу на базі технологій Ethernet і Wi - Fi.

Основна частина записки пояснення дипломної роботи містить 4 глави:

1. Глава 1. Технологія Ethernet. У цій главі описуються основи найпопулярнішої на сьогодні технології побудови локальних дротяних мереж Ethernet.

2. Глава 2. Технологія Wi - Fi. У цій главі розповідається про різноманітні стандарти бездротових мереж IEEE 802.11. Особлива увага приділяється фізичному рівню, в якому полягають основні відмінності між дротяними і бездротовими локальними мережами.

3. Глава 3. Принципи побудови інтегрованої мережі. Вказуються вимоги до мережі, що розробляється, і способи сполучення дротяного і бездротового сегментів. Описується існуючі види устаткування для бездротових мереж.

Глава 4. Архітектура інтегрованої мережі доступу на базі технологій Ethernet і Wi - Fi. Проводиться аналіз представленого на ринку устаткування. Вибираються пристрої, що відповідають вимогам, і на їх основі будується інтегрована мережа доступу.

1. ТЕХНОЛОГІЯ ETHERNET

1.1 Специфікації IEEE для локальних мереж

У 1980 році в інституті IEEE був організований "Комітет 802 по стандартизації локальних мереж", в результаті роботи якого було прийнято сімейство стандартів IEEE 802.х, які містять рекомендації для проектування нижніх рівнів локальних мереж.

Стандарти сімейства IEEE 802.x охоплюють тільки два нижні рівні семи рівнів моделі OSI - фізичний і канальний. Це пов'язано з тим, що саме ці рівні найбільшою мірою відбивають специфіку локальних мереж.

Специфіка локальних мереж знайшла також своє віддзеркалення в розподілі канального рівня на два підрівні:

· підрівень управління доступом до середовища (Media Access Control, MAC);

· підрівень логічної передачі даних (Logical Link Control, LLC).

Рисунок 1.1 - Модель OSI

MAC - рівень з'явився із-за існування в локальних мережах середовища, що розділялося, передачі даних. Саме цей рівень забезпечує коректне спільне використання загального середовища, надаючи її відповідно до певного алгоритму в розпорядження тієї або іншої станції мережі. Після того, як доступ до середовища дістав, нею може користуватися наступний підрівень, організуючий надійну передачу логічних одиниць даних - кадрів інформації.

Рівень LLC відповідає за достовірну передачу кадрів даних між вузлами, а також реалізує функції інтерфейсу з прилеглим до нього мережевим рівнем. Для рівня LLC також існує декілька варіантів протоколів, що відрізняються наявністю або відсутністю на цьому рівні процедур відновлення кадрів у разі їх втрати або спотворення, тобто транспортних послуг цього рівня, що відрізняються якістю. [1]

Протоколи рівнів MAC і LLC взаємно незалежні - кожен протокол MAC -уровня може застосовуватися з будь-яким типом протоколу LLC -уровня і навпаки.

Стандарт IEEE 802 містить декілька розділів:

‒ у розділі 802.1 приводяться основні поняття і визначення, загальні характеристики і вимоги до локальних мереж;

‒ розділ 802.2 визначає підрівень управління логічним каналом LLC;

‒ розділи 802.x регламентують специфікації різних протоколів підрівня доступу до середовища MAC і їх зв'язок з рівнем LLC, зокрема, що розглядаються в цій роботі:

‒ стандарт 802.3 - ЛВС на основі технології Ethernet описує колективний доступ з пізнанням тієї, що несе і виявленням конфліктів (Carrier sense multiple access with collision detection - CSMA/CD);

‒ стандарт 802.11 - Wireless Networks, визначає колективний доступ з пізнанням тієї, що несе і уникненням конфліктів (Carrier sense multiple access with collision avoiding - CSMA/CA).

Для кожного з цих стандартів визначені специфікації фізичного рівня, визначальні середовище передачі даних (коаксіальний кабель, вита пара, оптоволоконний кабель або радіоефір), її параметри, а також методи кодування інформації для передачі по цьому середовищу.

Усі методи доступу використовують протоколи рівня управління логічним каналом LLC, описаним в стандарті 802.2.

Рівень управління логічним каналом LLC надає верхнім рівням три типи процедур:

· LLC1 - сервіс без встановлення з'єднання і без підтвердження;

· LLC2 - сервіс зі встановленням з'єднання і підтвердженням;

· LLC3 - сервіс без встановлення з'єднання, але з підтвердженням.

Цей набір процедур є загальним для усіх методів доступу до середовища, визначених стандартами 802.x.

По своєму призначенню усі кадри рівня LLC підрозділяються на три типи:

· Інформаційні кадри призначені для передачі інформації в процедурах зі встановленням логічного з'єднання і повинні обов'язково містити поле інформації. В процесі передачі інформаційних блоків здійснюється їх нумерація в режимі ковзаючого вікна;

· Кадри, що управляють, призначені для передачі команд і відповідей в процедурах зі встановленням логічного з'єднання, у тому числі запитів на повторну передачу спотворених інформаційних блоків.

· Ненумеровані кадри призначені для передачі ненумерованих команд і відповідей, що виконують в процедурах без встановлення логічного з'єднання передачу інформації, ідентифікацію і тестування LLC -уровня, а в процедурах зі встановленням логічного з'єднання - встановлення і роз'єднання логічного з'єднання, а також інформування про помилки.

Усі типи кадрів рівня LLC мають єдиний формат:

Рисунок 1.2 - Формат кадру рівня LLC

Кадр LLC обрамляється двома однобайтовими полями "Прапор", що мають значення 01111110. Прапори використовуються на MAC -уровне для визначення меж блоку.

За допомогою кадрів, що управляють, протокол LLC має можливість регулювати потік даних, таких, що поступають від вузлів мережі.

 

1.2 Локальні мережі Ethernet

Ethernet - це мережевий стандарт, заснований на експериментальній мережі Ethernet Network, яку фірма Xerox розробила і реалізувала в 1975 році. Метод доступу був випробуваний в другій половині 60-х років ХХ століття в радіомережі Гавайського університету, в якій використовувалися різні варіанти випадкового доступу до загального радіосередовища, що дістали загальну назву Aloha.

На сьогодні Ethernet - це найпоширеніший стандарт локальних мереж. Загальна кількість мереж, що працюють по протоколу Ethernet нині, оцінюється в декілька мільйонів, а кількість комп'ютерів зі встановленими мережевими адаптерами Ethernet - в декілька десятків мільйонів.

Залежно від типу фізичного середовища стандарт IEEE 802.3 має різні модифікації: 10Base-5, 10Base-2,10Base - T, l0Base - FL, l0Base - FB.

У 1995 році був прийнятий стандарт Fast Ethernet, опис якого просто є додатковим розділом до основного стандарту 802.3 - розділом 802.3u. Офіційно стандарт 802.3u встановив три різні специфікації для фізичного рівня Fast Ethernet і дав їм наступні назви: 100Base - TX, 100Base - T4, 100Base - FX.

Аналогічно, прийнятий в 1998 році стандарт Gigabit Ethernet описаний в розділі 802.3z основного документу і має наступні специфікації: 1000BASE - T і 1000BASE - X.

Усі види стандартів Ethernet (у тому числі Fast Ethernet і Gigabit Ethernet) використовують один і той же метод розподілу середовища передачі даних - метод CSMA/CD. [2]

У мережах Ethernet використовується метод доступу до середовища передачі даних, званий методом колективного доступу з пізнанням тієї, що несе і виявленням колізій - carrier - sense - multiply - access with collision detection, CSMA/CD.

Цей метод застосовується виключно в мережах з логічною загальною шиною. Усі комп'ютери такої мережі мають безпосередній доступ до загальної шини, тому вона може бути використана для передачі даних між будь-якими двома станціями в мережі. Одночасно усі комп'ютери мережі мають можливість негайно, з урахуванням затримки поширення сигналу по фізичному середовищу, отримати дані, які будь-який з комп'ютерів почав передавати на загальну шину. Простота схеми підключення - це один з чинників, що визначили успіх стандарту Ethernet.

Рисунок 1.3 - Метод доступу до середовища CSMA/CD

Усі дані, що передаються по мережі, поміщаються в кадри певної структури і забезпечуються унікальною адресою станції призначення.

Щоб дістати можливість передавати кадр, станція повинна переконатися, що середовище, що розділяється, вільне. Це досягається прослуховуванням основної гармоніки сигналу, яка також називається частотою (carrier - sense, CS), що несе. Ознакою незанятості середовища є відсутність на ній частоти, що несе.

Якщо середовище вільне, то вузол має право почати передачу кадру. Цей кадр зображений на мал. 3 першим. Станція 1 виявила, що середовище вільне, і почала передавати свій кадр. Кадр даних завжди супроводжується преамбулою, яка складається з 7 байт, що складаються зі значень 10101010, і 8-го байта, рівного 10101011. Преамбула потрібна для входження приймача в побітовий і побайтовий синхронізм з передавачем.

Усі станції, підключені до кабелю, можуть розпізнати факт передачі кадру, і та станція, яка дізнається власну адресу в заголовках кадру, записує його вміст у свій внутрішній буфер, обробляє отримані дані, передає їх вгору по своєму стеку, а потім посилає по кабелю відповідь. Адреса джерела міститься в початковому кадрі, тому станція-одержувач знає, кому треба послати відповідь.

Станція 2 під час передачі кадру першою станцією також намагалася почати передачу свого кадру, проте виявила, що середовище зайняте - на ній присутня частота, що несе, і вимушена чекати, поки станція 1 не припинить передачу свого кадру.

Після закінчення передачі кадру усі вузли мережі зобов'язані витримати міжкадровий інтервал (Inter Packet Gap) тривалістю 9,6 мкс. Ця пауза потрібна для приведення мережевих адаптерів в початковий стан, а також для запобігання монопольному захопленню середовища однією станцією. Після закінчення міжкадрового інтервалу станції мають право почати передачу свого кадру, оскільки середовище вільне.

У наведеному прикладі на малюнку 3 стация 2 дочекалася закінчення передачі кадру станцією 1, зробила паузу в 9,6 мкс і начала передачу свого кадру.

Із-за затримок поширення сигналу по кабелю не усі вузли строго одночасно фіксують факт закінчення передачі кадру станцією 1.

Механізм прослуховування середовища і пауза між кадрами не гарантують від виникнення такій ситуації, коли дві або більш за станцію одночасно вирішують, що середовище вільне, і почнуть передавати свої кадри. У такому разі відбувається колізія, оскільки вміст обох кадрів стикається на загальному кабелі і відбувається спотворення інформації - методи кодування, використовувані в Ethernet, не дозволяють виділяти сигнали кожної станції із загального сигналу.

Колізія - це нормальна ситуація в роботі мереж Ethernet, що є наслідком розподіленого характеру мережі. Суть полягає в тому, що один вузол починає передачу раніше іншого, але до другого вузла сигнали першого можуть просто не встигнути дійти на той час, коли другий вузол вирішує почати передачу свого кадру. У прикладі, зображеному на рисунок. 1.3, колізію породила одночасна передача даних станціями 3 і 1.

Для коректної обробки колізії, усі станції одночасно спостерігають за сигналами, що виникають на кабелі. Якщо передавані і спостережувані сигнали відрізняються, то фіксується виявлення колізії (collision detection, CD). Для збільшення вірогідності швидкого виявлення колізії усіма станціями мережі станція, яка виявила колізію, перериває передачу свого кадру (у довільному місці, можливо, і не на границі байта) і посилює ситуацію колізії посилкою в мережу спеціальної послідовності з 32 біт, званою jam -последовательностью.

Після цього передавальна станція, що виявила колізію, зобов'язана припинити передачу і зробити паузу протягом короткого випадкового інтервалу часу. Потім вона може знову зробити спробу захоплення середовища і передачі кадру. Випадкова пауза вибирається по наступному алгоритму:

Пауза = L((інтервал відстрочення)

де інтервал відстрочення дорівнює 512 бітовим інтервалам.

Бітовий інтервал - bt відповідає часу між появою двох послідовних біт даних на кабелі. Для швидкості 10 Мбіт/з величина бітового інтервалу дорівнює 0,1 мкс або 100 нс.

L є цілим числом, вибраним з рівною імовірністю з діапазону [0, 2N], де N - номер повторної спроби передачі цього кадру: 1,2,.., 10. Якщо 16 послідовних спроб передачі кадру викликають колізію, то передавач повинен припинити спроби і відкинути цей кадр.

Чітке розпізнавання колізій усіма станціями мережі є необхідною умовою коректної роботи мережі Ethernet. Якщо яка-небудь передавальна станція не розпізнає колізію і вирішить, що кадр даних нею переданий вірно, то цей кадр даних буде загублений. Із-за накладення сигналів при колізії інформація кадру спотвориться, і він буде стертий приймаючою станцією.

Для надійного розпізнавання колізій повинне виконуватися наступне співвідношення: Tmin ≥ PDV, де Tmin - час передачі кадру мінімальної довжини, PDV - час, за який сигнал колізії устигає поширитися до найдальшого вузла мережі.

PDV - час подвійного обороту (Path Delay Value), оскільки у гіршому разі сигнал повинен пройти двічі між найбільш віддаленими одна від однієї станціями мережі. В один бік проходить неспотворений сигнал, а по дорозі назад поширюється вже спотворений колізією сигнал.

При виконанні цієї умови передавальна станція повинна устигати виявити колізію, яку викликав переданий нею кадр, ще до того, як вона закінчить передачу цього кадру. Очевидно, що виконання цієї умови залежить, з одного боку, від довжини мінімального кадру і пропускної спроможності мережі, а з іншого боку, від довжини кабельної системи мережі і швидкості поширення сигналу в кабелі.

Усі параметри протоколу Ethernet підібрані так, щоб при нормальній роботі вузлів мережі колізії завжди чітко розпізнавалися. У стандарті Ethernet прийняте, що мінімальна довжина поля даних кадру складає 46 байт (що разом із службовими полями дає мінімальну довжину кадру 64 байт, а разом з преамбулою - 72 байт або 576 біт). Звідси може бути визначене обмеження на відстань між станціями.

Таким чином, в Ethernet 10 Mбит/з час передачі кадру мінімальної довжини дорівнює 575 бітових інтервалів, отже, час подвійного обороту має бути менше 57,5 мкс. Враховуючи, що за цей час сигнал повинен пройти по лінії зв'язку двічі, відстань між двома вузлами не має бути більше 6 635 м. У стандарті величина цієї відстані вибрана істотно менше, з урахуванням інших, строгіших обмежень.

Одне з таких обмежень пов'язане з гранично допустимим загасанням сигналу. Для забезпечення необхідної потужності сигналу при його проходженні між найбільш віддаленими одна від однієї станціями сегменту кабелю максимальна довжина безперервного сегменту товстого коаксіального кабелю з урахуванням загасання, що вноситься їм, вибрана в 500 метрів.

Повторювачи збільшують потужність передаваних з сегменту на сегмент сигналів, в результаті загасання сигналів зменшується і можна використовувати мережу набагато більшої довжини, що складається з декількох сегментів. У коаксіальних реалізаціях Ethernet максимальна кількість сегментів в мережі обмежена п'ятьма, що у свою чергу обмежує загальну довжину мережі 2500 метрами.

Насправді в таких багатосегментних мережах самі повторювачі вносять до поширення сигналу додаткову затримку в декілька десятків бітових інтервалів, і часовий запас істотно зменшується.

В результаті обліку усіх цих і деяких інших чинників було ретельно підібрано співвідношення між мінімальною довжиною кадру і максимально можливою відстанню між станціями мережі, яке забезпечує надійне розпізнавання колізій. Цю відстань називають також максимальним діаметром мережі.

Слід зазначити, що метод доступу CSMA/CD взагалі не гарантує станції, що вона коли-небудь зможе дістати доступ до середовища. При невеликому завантаженні мережі вірогідність такої події невелика, але при коефіцієнті використання мережі, що наближається до 1, така подія стає дуже вірогідною.

Сьогодні існують застосування, що працюють в реальному масштабі часу з мультимедійною інформацією, які можуть дуже сильно завантажувати сегменти мережі Ethernet. При цьому колізії виникають набагато частіше. При значній інтенсивності колізій корисна пропускна спроможність мережі Ethernet різко падає, оскільки мережа майже постійно зайнята повторними спробами передачі кадрів. Для зменшення інтенсивності виникнення колізій треба або зменшити об'єм передаваного трафіку, або підвищити швидкість протоколу, наприклад, перейти на Fast Ethernet. [1]

 

1.3 Специфікації фізичного середовища Ethernet

Фізичне середовище Ethernet

‒ Base-5

Стандарт 10Base-5 в основному відповідає експериментальній мережі Ethernet фірмою Xerox і може вважатися класичним Ethernet. Він використовує як середовище передачі даних коаксіальний кабель з хвилевим опором 50 Ом, діаметром центрального мідного дроту 2,17 мм і зовнішнім діаметром близько 10 мм ("товстий" коаксіал).

Кабель використовується як моноканал для усіх станцій. Сегмент кабелю має максимальну довжину 500 м (без повторювачів) і повинен мати на кінцях терминатори, що погоджують, опором 50 Ом, що поглинають сигнали, що поширюються по кабелю, і що перешкоджають виникненню відбитих сигналів (см. рис. 8). Станція повинна, підключатися до кабелю за допомогою приймача - трансивера. Трансивер встановлюється безпосередньо на кабелі і живиться від мережевого адаптера комп'ютера. Трансивер з'єднується з мережевим адаптером інтерфейсним кабелем AUI (Attach - nent Unit Interface) завдовжки до 50 м, що складається з 4 витих пар. Т. о. адаптер обов'язково повинен мати роз'єм AUI.

Трансивер - це частина мережевого адаптера, яка виконує наступні функції:

· прийом і передача даних з кабелю на кабель;

· визначення колізій на кабелі;

· електрична розв'язка між кабелем і іншою частиною адаптера;

· захист кабелю від некоректної роботи адаптера.

 

Рисунок 1.4 - Фрагмент мережі, побудованої за стандартом 10Base-5

Стандарт 10Base-5 визначає можливість використання в мережі спеціального пристрою - повторювача (repeater). Повторювач служить для об'єднання в одну мережу декількох сегментів кабелю і збільшення тим самим загальної довжини мережі. Повторювач приймає сигнали з одного сегменту кабелю і побітний синхронно повторює їх в іншому сегменті, покращуючи форму і потужність імпульсів, а також синхронізуючи імпульси. Повторювач складається з двох (чи декількох) трансиверів, які приєднуються до сегментів кабелю, а також блоку повторення зі своїм тактовим генератором.

Правило застосування повторювачів в мережі Ethernet 10Base-5 носить назва "Правило 5-4-3": 5 сегментів, 4 повторювача, 3 навантажені сегменти, тобто таких сегменту, до яких підключаються кінцеві вузли. При максимальній довжині сегменту кабелю в 500 м це дає максимальну довжину мережі 10Base-5 в 2500 метрів.

Обмежене число повторювачів пояснюється додатковими затримками поширення сигналу, які вони вносять.

До достоїнств стандарту 10Base-5 можна віднести:

· хорошу захищеність кабелю від зовнішніх дій;

· порівняно велика відстань між вузлами;

· можливість простого переміщення робочої станції в межах довжини кабелю AUI.

Недоліками 10Base-5 являються:

· висока вартість кабелю;

· складність його прокладення із-за великої жорсткості;

· потреба в спеціальному інструменті для закладення кабелю;

· зупинка роботи усієї мережі при ушкодженні кабелю або поганому з'єднанні;

· необхідність заздалегідь передбачити підведення кабелю до усіх можливих місць установки комп'ютерів.

‒ 10Base-2

Стандарт 10Base-2 використовує як передавальне середовище коаксіальний кабель з діаметром центрального мідного дроту 0,89 мм і зовнішнім діаметром близько 5 мм ("тонкий" коаксіал). Кабель має хвилевий опір 50 Ом.

Максимальна довжина сегменту без повторювачів складає 185 м, сегмент повинен мати на кінцях терминатори, що погоджують, 50 Ом. Станції підключаються до кабелю за допомогою високочастотного BNC Т-коннектора, який є трійником, одне відведення якого з'єднується з мережевим адаптером, а два інших - з двома кінцями розриву кабелю.

Стандарт 10Base-2 також передбачає використання повторювачів, число яких також не повинне перевищувати 4 штук. В цьому випадку мережа матиме максимальну довжину в 5x185 = 925 метрів.

Трансивери об'єднані з мережевими адаптерами за рахунок того, що гнучкіший тонкий коаксіальний кабель може бути підведений безпосередньо до вихідного роз'єму плати мережевого адаптера, встановленої в системний блок комп'ютера.

Загальним недоліком стандартів 10Base-5 і 10Base-2 являється відсутність оперативної інформації про стан моноканалу. Ушкодження кабелю виявляється відразу ж, (мережа перестає працювати), але для пошуку відрізку кабелю, що відмовив, потрібний спеціальний прилад - кабельний тестер.

‒ 10Base - T

Мережі 10Base - T використовують як середовище дві неекрановані виті пари (Unshielded Twisted Pair, UTP). Одна вита пара вимагається для передачі даних від станції до повторювачі (вихід Тх мережевого адаптера), а інша - для передачі даних від повторювачі до станції (вхід Rx мережевого адаптера).

Багатопортові повторювачі при використанні технології 10Base - T зазвичай називаються концентраторами або хабами. Концентратор здійснює функції повторювача сигналів на усіх відрізках витих пар, підключених до його портів, так що утворюється єдине середовище передачі даних - логічний моноканал (логічна загальна шина).

Стандарт визначає бітову швидкість передачі даних 10 Мбіт/с і максимальна відстань відрізку витої пари між двома безпосередньо пов'язаними вузлами (станціями і концентраторами) не більше 100 м за наявності витої пари якості не нижче за категорію 3.

Концентратори 10Base - T можна сполучати один з одним за допомогою тих же портів, які призначені для підключення кінцевих вузлів. При цьому треба потурбуватися про те, щоб передавач і приймач одного порту були сполучені відповідно з приймачем і передавачем іншого порту.

Для забезпечення синхронізації станцій при реалізації процедур доступу CSMA/CD і надійного розпізнавання станціями колізій в стандарті визначено максимально число концентраторів між будь-якими двома станціями мережі, а саме 4. Це правило носить назву "Правила 4-х хабів" і воно замінює "правило 5-4-3", застосовуване до коаксіальних мереж. При створенні мережі 10Base - T з великим числом станцій концентратори можна сполучати один з одним ієрархічним способом, утворюючи деревовидну структуру (див. рис. 1.5).

 

Рисунок 1.5 - Ієрархічний спосіб побудови мережі Ethernet 10Base - T

 

Загальна кількість станцій в мережі 10Base - T не повинна перевищувати загальної межі в 1024. Максимальна довжина мережі в 2500 м тут розуміється як максимальна відстань між будь-якими двома кінцевими вузлами мережі - "максимальний діаметр мережі". Очевидно, що якщо між будь-якими двома вузлами мережі не має бути більше 4-х повторювачів, то максимальний діаметр мережі 10Base - T складає 5x100 = 500 метрів.

Мережі, побудовані на основі стандарту 10Base, - T, мають в порівнянні з коаксіальними варіантами Ethernet багато переваг. Ці переваги пов'язані з розподілом загального фізичного кабелю на окремі кабельні відрізки, підключені до центрального комунікаційного пристрою (хабу). Логічно ці відрізки як і раніше утворюють загальне середовище, що розділяється, але їх фізичний розподіл дозволяє контролювати їх стан і відключати у разі обриву, короткого замикання або несправності мережевого адаптера. Ця обставина істотно полегшує експлуатацію великих мереж Ethernet, оскільки концентратор зазвичай автоматично виконує такі функції, повідомляючи при цьому адміністратора мережі про виниклу проблему.

У стандарті 10Base - T визначена процедура тестування фізичної працездатності двох відрізків витої пари, що сполучають трансивер кінцевого вузла і порт повторювача. Поява між кінцевими вузлами активного пристрою, який може контролювати роботу вузлів і ізолювати від мережі що некоректно працюють, є головною перевагою технології 10Base - T в порівнянні із складними в експлуатації коаксіальними мережами.

‒ FOIRL

Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter - Repeater Link) є першим стандартом комітету 802.3 для використання оптоволокна в мережах Ethernet. Він гарантує довжину оптоволоконного зв'язку між повторювачами до 1 км при загальній довжині мережі не більше 2500 м. Максимальне число повторювачів між будь-якими вузлами мережі - 4. Максимального діаметру в 2500 м тут досягти можна, хоча максимальні відрізки кабелю між усіма 4 повторювачами, а також між повторювачами і кінцевими вузлами недопустимі - інакше вийде мережа завдовжки 5000 метрів.

Стандарт 10Base - FL є незначним поліпшенням стандарту FOIRL. Збільшена потужність передавачів, тому максимальна відстань між вузлом і концентратором збільшилася до 2000 м. Максимальне число повторювачів між вузлами залишилося рівним 4, а максимальна довжина мережі - 2500 метрів.

Стандарт 10Base - FB призначений тільки для з'єднання повторювачів. Кінцеві вузли не можуть використовувати цей стандарт для приєднання до портів концентратора. Між вузлами мережі можна встановити до 5 повторювачів 10Base - FB при максимальній довжині одного сегменту 2000 м і максимальній довжині мережі 2740 метрів.

Повторювачі, сполучені за стандартом 10Base, - FB, за відсутності кадрів для передачі постійно обмінюються спеціальними послідовностями сигналів, що відрізняються від сигналів кадрів даних, для підтримки синхронізації.

Як і в стандарті 10Base - T, оптоволоконні стандарти Ethernet дозволяють сполучати концентратори тільки в деревовидні ієрархічні структури. Будь-які петлі між портами концентраторів не допускаються. [2]

Фізичне середовище Fast Ethernet

Усі відмінності технології Fast Ethernet від Ethernet зосереджені на фізичному рівні (див. рис. 1.6). Рівні MAC і LLC в Fast Ethernet залишилися абсолютно тими ж, і їх описують колишні глави стандартів 802.3 і 802.2.

 

Рисунок 1.6 - Стек протоколів Fast Ethernet

 

В порівнянні з варіантами фізичної реалізації Ethernet (а їх налічується шість), в Fast Ethernet відмінності кожного варіанту від інших глибші - міняється як кількість провідників, так і методи кодування.

Офіційний стандарт 802.3u встановив три різні специфікації для фізичного рівня Fast Ethernet і дав їм наступні назви:

· 100Base - TX для двохпарного кабелю на неекранованій витій парі UTP категорії 5 або екранованій витій парі STP Туре1;

· 100Base - T4 для чотирипарного кабелю на неекранованій витій парі UTP категорії 3, 4 або 5;

· 100Base - FX для багатомодового оптоволоконного кабелю, використовуються два волокна.

Формати кадрів технології Fast Ethernet відрізняються від форматів кадрів технологій 10-мегабитного Ethernet.

Міжкадровий інтервал (IPG) дорівнює 0,96 мкс, а бітовий інтервал дорівнює 10 нс. Усі тимчасові параметри алгоритму доступу (інтервал відстрочення, час передачі кадру мінімальної довжини і тому подібне), виміряні в бітових інтервалах, залишилися колишніми, тому зміни в розділи стандарту, що стосуються рівня MAC, не вносилися.

Ознакою вільного стану середовища є передача по ній символу Idle, відповідного надлишкового коду, а не відсутність сигналів, як в стандартах Ethernet 10 Мбіт/с.

Фізичний рівень включає три елементи:

· рівень узгодження (reconciliation sublayer);

· незалежний від середовища інтерфейс (Media Independent Interface, МII);

· у пристрій фізичного рівня (Physical layer device, PHY).

Рівень узгодження потрібний для того, щоб рівень MAC, розрахований на інтерфейс АUI, зміг працювати з фізичним рівнем через інтерфейс МII.

Пристрій фізичного рівня (PHY) полягає, у свою чергу, з декількох підрівнів:

· підрівня логічного кодування даних, перетворюючого що поступають від рівня MAC байти в символи коду 4В/5В або 8В/6Т (обидва коди використовуються в технології Fast Ethernet);

· підрівнів фізичного приєднання і підрівня залежності від фізичного середовища (PMD), які забезпечують формування сигналів відповідно до методу фізичного кодування, наприклад NRZI або MLT - 3;

· підрівня авто переговорів, який дозволяє двом взаємодіючим портам автоматично вибрати найбільш ефективний режим роботи, наприклад, напівдуплексний або повнодуплексний.

Інтерфейс МII підтримує незалежний від фізичного середовища спосіб обміну даними між підрівнем MAC і підрівнем PHY. Цей інтерфейс аналогічний за призначенням інтерфейсу AUI класичного Ethernet за винятком того, що інтерфейс АUI розташовувався між підрівнем фізичного кодування сигналу (для будь-яких варіантів кабелю використовувався однаковий метод фізичного кодування - манчестерський код) і підрівнем фізичного приєднання до середовища, а інтерфейс MII розташовується між підрівнем MAC і підрівнями кодування сигналу, яких в стандарті Fast Ethernet три, - FX, ТХ і Т4. [1]

Як відомо, CSMA/CD - це методологія, на якій засновані напівдуплексний Ethernet і Fast Ethernet.

Робота в повнодуплексному режимі дозволяє передавати і приймати сигнали одночасно, завдяки чому більш повно використовуються можливості середовища передачі. Проте вимоги, що пред'являються до станцій, що працюють в повнодуплексному режимі, істотно міняються.