Побудова мережі Ethernet відповідно до вимог специфікацій фізичного середовища

Стандарт ШЕЕ 802.3 використовує специфікації 10Base-5, 10Base-2, lOBase-Т, 10Base-FL і 10Base-FB, які описують побудову фізичного рівня мережі Ethernet. У назві специфікації число 10 означає швидкість передавання даних (10 Мбіт/с); Base — передавання даних здійснюється на одній базовій частоті (10 МГц); останній символ - тип кабелю.

Дотримання численних обмежень, установлених для різних стандартів фізичного рівня Ethernet, гарантує коректну роботу мережі. Обмеження параметрів мережі, які вносить кожен варіант фізичного середовища технології Ethernet, наведено у табл. 6.2.

6. 1.5.1. Специфікація 10Base-5

Специфікація 10Base-5 описує побудову мережі Ethernet за фізичною топологією "загальна шина" на товстому коаксіальному кабелі діаметром 0,5 дюйма (грубий коаксіал -10 мм). Діаметр жили цього кабелю становить 2,17 мм, а хвильовий опір — 50 Ом. Такі характеристики мають кабелі RG—8, RG—11.

Схему мережі із трьох сегментів, побудованої відповідно до вимог стандарту 10Base-5, наведено на рис. 6.4. На схемі використані такі позначення: Т -термінатор; Тр — трансивер; П — повторювач; МА — мережевий адаптер; AUI — кабель на основі чотирьох скручених пар довжиною до 50 м; DB-15 - тип роз'єму для під'єднання мережевого адаптера до кабелю AUI.

Термінатор ("заглушка") з опором 50 Ом запобігає виникненню відбитих від кінця кабелю електричних сигналів, які можуть спричинити спотворення даних.

Трансивер є вузлом мережевого адаптера, але встановлюється безпосередньо на товстий коаксіальний кабель, який через його жорсткість незручно підводити безпосередньо до комп'ютера.

 

 

Спрощену структуру трансивера та його під'єднанім до коаксіального кабелю та мережевого адаптера показано на рис. 6.5.

Основними елементами трансивера є передавач Т_х та приймач R_x елект­ричних сигналів. З мережевим адаптером трансивер з'єднується за допомогою гнучкого кабелю AUI, чотири скручені пари якого використовуються для передавання як даних, так і сигналів управління. Живлення трансивера також подається від мережевого адаптера. Схеми розв'язки СР забезпечують гальванічну розв'язку та захист мережевого адаптера від перепадів напруги у кабелі. Детектор колізій за завищеним рівнем постійної складової у кабелі визначає явище колізії і сигналізує про це адаптеру. Схема захисту блокує предавання сигналів у мережу за некоректної роботи мережевого адаптера. Вона від'єднує вихід передавача Т_х від кабелю, якщо час передавання одного кадру перевищує допустимі норми.

На коаксіальному кабелі нанесено мітки з кроком 2,5 м, в яких забез­печується мінімальний вплив на мережеві адаптери стоячих хвиль у кабелі. Віддаль між під'єднаннями трансиверів до кабелю повинна бути кратною віддалі між цими мітками: 1 - віддаль між трансиверами: І=к*2,5 м, де к=1, 2, 3... До одного розподіленого сегмента можна під'єднати не більше ніж 100 трансиверів.

Використання трансиверів та гнучкого кабелю AUI дозволяє переміщувати комп'ютери в межах довжини цього кабелю.

Повторювачі сигналів П призначені для з'єднання в одну мережу декількох розподілених сегментів, максимальна довжина кожного з яких не має пере­вищувати 500 м. Вони відновлюють форму та збільшують потужність сигналів, які передаються кабелем. Крім цього, вони також вносять часові затримки, що збіль­шує час подвійного поширення сигналів мережею. Останній фактор є негативним, і його потрібно враховувати під час розрахунку PDV. Кожний повторювач під'єднується до коаксіального кабелю за допомогою своїх трансиверів.

Стандарт 10Base-5 дозволяє використовувати 5 сегментів, з'єднаних 4 повторювачами, з яких тільки 3 можуть бути навантаженими. Це так зване правило "5—4—3", дотримання якого є обов'язковим під час побудови мереж на товстому коаксіальному кабелі.

До переваг мережі Ethernet на товстому коаксіальному кабелі слід віднести:

Добрий захист від зовнішніх факторів, зокрема від електромагнітних полів.

Велика довжина розподілених сегментів та великі віддалі між під'єд-
наннями трансиверів.

Великі віддалі переміщення комп'ютерів у межах довжини кабелю AUI.

Недоліками мережі Ethernet, побудованої відповідно до вимог стандарту lOBase-5, є:

Висока вартість кабелю.

Складність монтажних робіт, обумовлена великою жорсткістю кабелю.

Вихід з ладу всієї мережі у разі пошкодження кабелю в одному місці.

6.1.5.2. Специфікація 10Base-2

Специфікація 10Base-2 описує побудову мережі Ethernet за фізичною топологією "загальна шина" на тонкому коаксіальному кабелі діаметром 0,25 дюйма. Діаметр жили цього кабелю становить 0,89 мм, хвильовий опір - 50 Ом. Такі характеристики мають кабелі RG-58/U, RG-58A/U, RG-58C/U.

Структуру одного сегмента мережі Ethernet, побудованого відповідно до вимог стандарту 10Base-2, наведено нарис. 6.6.

Рис. 6.6. Структура мережі Ethernet на тонкому коаксіальному кабелі

Тонкий коаксіальний кабель має розмітку з кроком 1 м. Комп'ютери з кроком /, кратним одному метру, під'єднуються до кабелю за допомогою колекторів К типу BNC. Конектор - це Т-подібний трійник, до середнього відводу якого під'єднується мережевий адаптер, а до двох інших - кінці тонкого коаксіального кабелю. На кінцях розподілених сегментів з тонкого коаксіалу довжиною до 185 метрів необхідно, так само як і для товстого коаксіала, ставити термінатори, які запобігають утворенню відбитих хвиль. Розподілені сегменти з'єднуються між собою повторювачами, яких у мережі може бути не більше від чотирьох. До кожного сегмента можна під'єднати не більше ніж 30 комп'ютерів.

Як і попередній стандарт, стандарт 10Base-2 вимагає дотримання правила "5^-3" - п'ять сегментів з'єднуються чотирма повторювачами, з яких не більше трьох можуть бути навантаженими.

Під час виконання монтажних робіт з побудови мережі на тонкому коаксіалі біля кожного комп'ютера залишають декілька витків кабелю для вільного переміщення комп'ютера у межах робочого приміщення.

Перевагами мережі Ethernet на тонкому коаксіальному кабелі порівняно з товстим коаксіальним кабелем є:

Нижча вартість кабелю.

Дешевші монтажні роботи, обумовлені порівняно невеликою жорсткістю
кабелю.

3. Простіше під'єднання комп'ютерів до розподілених сегментів.
Недоліками мережі Ethernet, побудованої відповідно до вимог стандарту

lOBase—2 порівняно з попереднім стандартом, є:

Гірший захист від зовнішніх факторів, зокрема від електромагнітних полів.

Багато механічних з'єднань з конекторами, що зменшує надійність
роботи мережі.

Відсутність засобів для тестування механічних пошкоджень кабелю.

6.1.5.3. Специфікація 10Base-T

Специфікація lOBase—T описує побудову мережі Ethernet за допомогою кабелів на базі неекранованих скручених пар UTP категорії 3. Цей стандарт було прийнято у 1991 році як додаток до існуючих стандартів Ethernet і позначено 802.3І. Для побудови мережі за фізичною топологією "зірка" він використовує багатопортові повторювані електричних сигналів — концентратори, до яких мере­жеві адаптери комп'ютерів під'єднуються за допомогою двох скручених пар довжиною до 100 м кожна.

Схему мережі Ethernet, побудованої відповідно до вимог стандарту lOBase—T на базі трипортового концентратора, наведено на рис. 6.7.

Як видно з наведеної схеми, порти мережевих адаптерів і концентраторів 10Base-T мають по одному приймачу R_xi передавачу Т_х електричних сигналів, які відповідно з'єднуються між собою двома скрученими парами. Одну пару вико­ристовують для передавання закодованих манчестерським кодом біт інформації від передавача Т_х мережевого адаптера до приймача R_x порта концентратора, а друга -навпаки - від передавача концентратора Т_х до приймача R_x адаптера. Залишається незмінною логічна топологія мережі Ethernet - "загальна шина", оскільки концентратор всі сигнали, які надходять на вхід одного з його портів після відновлення їх параметрів, повторює на виходах інших портів. Якщо на входи портів концентратора одночасно надходять електричні сигнали від декількох

адаптерів, то концентратор за стандартом 10Base-T виявляє явище колізії і підсилює його посиланням на виходи усіх своїх портів jam-послідовності. Метод CSMA/CD доступу до фізичного середовища у цьому стандарті використовується у повному обсязі. Максимальна віддаль комп'ютерів від концентратора обумовлена там, що смуга пропускання скрученої пари UTP категорії 3 дозволяє передавати манчестерський код частотою 10 МГц на віддаль до 100 м.

Рис. 6.7. Побудова мережі Ethernet за специфікацією 10Base-T

З метою збільшення діаметра мережі і загального числа комп'ютерів у ній стандарт 10Base-T описує побудову мережі Ethernet на декількох концентраторах за фізичною топологією "ієрархічна зірка".

Приклад побудови мережі Ethernet за фізичною топологією "ієрархічна зірка" наведено на рис. 6.8.

Стандарти мережі Ethernet вимагають, щоб під час обміну даними між двома найбільш віддаленими комп'ютерами сигнали проходили не більше, ніж через чотири концентратори. Це обумовлено як умовами надійного виявлення колізії, так і вимогами методу доступу до фізичного середовища CSMA/CD. Правило "5-4—3", яке діє під час побудови мережі Ethernet за фізичною топологією "загальна шина", в мережі Ethernet, побудованій за фізичною топологією "зірка", замінено на правило "чотирьох хабів (концентраторів)".

Рис. 6.8. Фізична топологія мережі Ethernet Ієрархічна зірка"

Діаметр мережі стандарт lOBase—5 обмежує 500 м (4x100), а максимальне число комп'ютерів - 1024.

Порівняно з мережею на коаксіальному кабелі мережа, побудована з вико­ристанням кабелю на основі скручених пар, має такі переваги:

Низька вартість кабелю на основі скручених пар та менша вартість
монтажних робіт.

Можливість використання вже існуючих телефонних кабельних систем.

Більше число комп'ютерів у мережі.

Вища надійність роботи. Пошкодження кабелю не впливає на праце­
здатність мережі загалом.

Можливість від'єднання від концентратора некоректно працюючих
адаптерів.

Дешевша експлуатація мережі.

До недоліків мережі Ethernet, побудованої відповідно до вимог стандарту 10Base-T, можна віднести:

Поганий захист від зовнішніх факторів, зокрема механічних пошко­
джень.

Чутливість до зовнішніх завад.

6.1.5.4. Специфікації мережі Ethernet на основі волоконно-оптичних кабелів

Побудова мережі Ethernet на базі волоконно-оптичних кабелів регла­ментується специфікаціями lOBase-FOIRL, 10Base-FL та lOBase FB. Незалежно від специфікації мережі Ethernet на оптоволокні будують за технологією "зірка" або "деревоподібна ієрархічна зірка" на базі одного або декількох концентраторів (див. рис. 6.7 і 6.8). При цьому, як і при побудові мережі з використанням кабелю на основі скручених пар UTP, дотримуються правила "чотирьох хабів". Приймач R_x та передавач Т_х мережевого адаптера комп'ютера з'єднуються відповідно з передавачем Т_х і приймачем R_x порту концентратора окремими оптоволокнами. Кожна із перерахованих вище специфікацій накладає свої обмеження на параметри мережі Ethernet залежно від якості волоконно-оптичних кабелів, які вони вико­ристовують.

Специфікація lOBase—FOIRL описує побудову мережі Ethernet на базі дешевих волоконно-оптичних кабелів із смугою пропускання до 800 МГц і світ-лодіодним передавачем. Довжину розподіленого сегмента вона обмежує 1000 м при діаметрі мережі до 2500 м.

Специфікація lOBase—FL, як і попередня специфікація, описує побудову Ethernet на базі дешевих багатомодових волоконно-оптичних кабелів, але передавачем з покращеними характеристиками. Завдяки збільшеній потужності передавача світлових сигналів довжину розподіленого сегмента збільшено до 2000 м при тому самому діаметрі мережі 2500 м.

Специфікацією 10Base-FB передбачено використання для з'єднання між собою концентраторів мережі Ethernet дорожчих волоконно-оптичних кабелів із смугою пропускання, більшою за 1000 МГц. За стандартом 10Base-FB порти концентраторів за відсутності передачі кадрів обмінюються між собою спеці­альними синхронізуючими сигналами. Це дозволило збільшити довжину з'єд­нувального кабелю між концентраторами до 2000 м при діаметрі мережі до 2740 м. Специфікацію 10Base-FB ще називають "синхронним Ethernet".

До переваг мережі Ethernet на базі волоконно-оптичних кабелів належить:

Збільшення довжини сегмента та діаметра мережі.

Зменшення чутливості до зовнішніх електромагнітних завад.
Недоліками оптоволоконної Ethernet є:

 

Висока вартість волоконно-оптичних кабелів.

Висока вартість виконання монтажних робіт.