Методика розрахунку конфігурації мережі Ethernet

Дотримання численних обмежень, встановлених для різних стандартів фізичного рівня мереж Ethernet, гарантує коректну роботу мережі (природно, при справному стані всіх елементів фізичного рівня). Якщо стандартні обмеження не дотримуються, то працездатність мережі потрібно підтвердити розрахунками часу подвійного обороту (PDV) і величини скорочення міжкадрового інтервалу (PVV).

Найчастіше доводиться перевіряти обмеження, пов'язані з довжиною окремого сегмента кабеля, а також кількістю повторювачів і загальною довжиною мережі. Правила «5-4-3» для коаксіальних мереж і «4-х хабів» для мереж на основі крученої пари та оптоволокна не тільки дають гарантії працездатності мережі, але і залишають великий «запас міцності» мережі. Наприклад, якщо підрахувати час подвійного обороту в мережі, що складається з 4-х повторювачів 10Base-5 та 5-ти сегментів максимальний довжини 500 м, то виявиться, що воно становить 537 бітових інтервалів. А оскільки час передачі кадру мінімальної довжини, що складає разом з преамбулою 72 байти, дорівнює 575 бітовим інтервалам, то видно, що розробники стандарту Ethernet залишили 38 бітових інтервалів як запас для надійності. Проте комітет 802.3 говорить, що і 4 додаткових бітових інтервала створюють достатній запас надійності.

Комітет IEEE 802.3 приводить початкові дані про затримки, що вносяться повторювачами та різними середовищами передачі даних, для тих фахівців, які хочуть самостійно розраховувати максимальну кількість повторювачів і максимальну загальну довжину мережі, не задовольняючись тими значеннями, які приведені в правилах «5-4-3» і «4-х хабів». Особливо такі розрахунки корисні для мереж, що складаються із змішаних кабельних систем, наприклад коаксіального і оптоволоконного кабелів, на які правила про кількість повторювачів не розраховані. При цьому максимальна довжина кожного окремого фізичного сегмента повинна суворо відповідати стандарту, тобто 500 м для «товстого» коаксіального кабелю, 100 м для крученої пари і т.д.

Щоб мережа Ethernet, що складається з сегментів різної фізичної природи, працювала коректно, необхідне виконання чотирьох основних умов:

· кількість станцій в мережі не більше за 1024;

· максимальна довжина кожного фізичного сегмента не більше за величину, визначену у відповідному стандарті фізичного рівня;

· час подвійного обернення сигналу (Path Delay Value, PDV) між двома самими віддаленими один від одного станціями мережі не більше за 575 бітових інтервалів;

· скорочення міжкадрового інтервалу IPG (Path Variability Value, PVV) при проходженні послідовності кадрів через всі повторювачі повинне бути не більшим, ніж 49 бітових інтервалів. Оскільки при відправці кадрів кінцеві вузли забезпечують початкову міжкадрову відстань в 96 бітових інтервалів, то після проходження повторювача воно повинне бути не меншим, ніж 96 - 49 = 47 бітових інтервалів.

Дотримання цих вимог забезпечує коректність роботи мережі навіть у випадках, коли порушуються прості правила конфігурування, що визначають максимальну кількість повторювачів і загальну довжину мережі в 2500 м.

 

3.8.2.4. Розрахунок PDV

Для спрощення розрахунків звичайно використовуються довідкові дані IEEE, що містять значення затримок поширення сигналів в повторювачах, прийомопередавачах та різних фізичних середовищах. У табл. 3.3 приведені дані, необхідні для розрахунку значення PDV для всіх фізичних стандартів мереж Ethernet. Бітовий інтервал позначений як bt.

 

Таблиця 3.3. Дані для розрахунку значення PDV

Тип сегмента	База лівого сегмента, bt	База проміж-ного сегмента, bt	База правого сегмента, bt	Затримка середовища на 1м, bt	Максимальна довжина сегмента, м
10BASE-5	71.8	46.5	169.5	0.0866
10BASE-2	11.8	46.5	169.5	0.1026
10BASE-T	15.3	42.0	165.0	0.113
10BASE-FB	-	24.0	-	0.1
10BASE-FL	12.3	33.5	156.5	0.1
FOIRL	7.8	29.0	132.0	0.1
AUI(>2 м)				0.0035	2+48

 

 

Комітет 802.3 старався максимально спростити виконання розрахунків, тому дані, приведені в таблиці, включають відразу декілька етапів проходження сигналу. Наприклад, затримки, що вносяться повторювачем, складаються із затримки вхідного трансивера, затримки блоку повторення і затримки вихідного трансивера. Проте в таблиці всі ці затримки представлені однією величиною, названою базою сегмента. Щоб не треба було два рази складати затримки, що вносяться кабелем, в таблиці даються подвоєні величини затримок для кожного типу кабеля.

Кінцеві вузли сполучаються по топології «точка-точка» зі спеціальним пристроєм - багатопортовым повторювачем за допомогою двох кручених пар. Одна кручена пара потрібна для передачі даних від станції до повторювача (вихід Тх мережного адаптера), а інша - для передачі даних від повторювача до станції (вхід Rх мережного адаптера). На рис. 3.2 показаний приклад трипортового повторювача. Повторювач приймає сигнали від одного з кінцевих вузлів і синхронно передає їх на всі свої інші порти, крім того, з якого надійшли сигнали.

 

 

У таблиці використовуються також такі поняття, як лівий сегмент, правий сегмент і проміжний сегмент. Пояснимо ці терміни на прикладі мережі, приведеної на рис. 3.3. Лівим сегментом називається сегмент, в якому починається шлях сигналу від виходу передавача (вихід Тх на рис. 3.2) кінцевого вузла. На прикладі (рис.3.3) це сегмент 1.

Потім сигнал проходить через проміжні сегменти 2-5 і дійде до приймача (вхід Rх на рис. 3.2) найбільш видаленого вузла найбільш видаленого сегмента 6, який називається правим. Саме тут в гіршому випадку відбувається зіткнення кадрів і виникає колізія, що і мається на увазі в таблиці.

Рисунок. 3.3. Приклад мережі Ethernet, що складається з сегментів різних фізичних стандартів

 

З кожним сегментом пов'язана постійна затримка, що названа базою, яка залежить тільки від типу сегмента і від положення сегмента на шляху сигналу (лівий, проміжний або правий). База правого сегмента, в якому виникає колізія, набагато перевищує базу лівого і проміжних сегментів.

Крім цього, з кожним сегментом пов'язана затримка поширення сигналу вздовж кабелю сегмента, яка залежить від довжини сегмента і обчислюється шляхом множення часу поширення сигналу по одному метру кабелю (в бітових інтервалах) на довжину кабелюя в метрах.

Розрахунок полягає в обчисленні затримок, що вносяться кожним відрізком кабелю (приведена в таблиці затримка сигналу на 1 м кабелю множиться на довжину сегмента), а потім додаванні цих затримок до баз лівого, проміжного і правого сегментів. Загальне значення PDV не повинне перевищувати 575.

Оскільки лівий і правий сегменти мають різні величини базової затримки, то у разі різних типів сегментів на видалених краях мережі необхідно виконати розрахунки двічі: один раз прийняти як лівий сегмент одного типу, а у другій - сегмент іншого типу. Результатом можна вважати максимальне значення PDV. У нашому прикладі крайні сегменти мережі належать до одного типу - стандарту 10Base-T, тому подвійний розрахунок не потрібен, але якби вони були сегментами різного типу, то в першому випадку треба було б прийняти як лівий сегмент між станцією і концентратором 1, а у другому - вважати лівим сегмент між станцією і концентратором 5.

Приведена на рис.3.3 мережа відповідно до правила 4-х хабів не є коректною - в мережі між вузлами сегментів 1і6є 5 хабів, хоч не всі сегменти є сегментами l0BASE-FB. Крім того, загальна довжина мережі дорівнюе 2800 м, що порушує правило 2500 м. Розрахуємо значення PDV для нашого прикладу.

Лівий сегмент 1: 15.3 (база) + 100 * 0,113= 26.6.

Проміжний сегмент 2:33.5 + 1000 * 0.1 = 133.5.

Проміжний сегмент 3:24 + 500 * 0.1 = 74.0.

Проміжний сегмент 4:24 + 500 * 0.1 = 74.0.

Проміжний сегмент 5: 24 + 600 * 0.1 = 84.0.

Правий сегмент 6:165 + 100 * 0.113 = 176.3.

Сума всіх складових дає значення PDV, рівну 568,4.

Оскільки значення PDV менше максимально допустимої величини 575, то ця мережа проходить по критерію часу подвійного обернення сигналу незважаючи на те, що її загальна довжина складає більше 2500 м, а кількість повторювачів - більше 4-х.

 

3.8.2.4. Розрахунок PVV

Щоб визнати конфігурацію мережі коректною, треба розрахувати також зменшення міжкадрового інтервалу повторювачами, тобто величину PVV.

Для розрахунку PVV також можна скористатися значеннями максимальних величин зменшення міжкадрового інтервалу при проходженні повторювачів різних фізичних середовищ, рекомендованими IEEE і приведеними в табл. 3.4.

 

 

Таблиця 3.4. Скорочення міжкадрового інтервалу повторювачами

Тип сегмента	Передавальний сегмент, bt	Проміжний сегмент, bt
10BASE-5 або 10BASE-2
10BASE-FB	-
10BASE-FL	10.5
10BASE-T	10.5

 

 

Відповідно до цих даних розрахуємо значення PVV для нашого прикладу.

Лівий сегмент 1(10Base-T): скорочення в 10.5 bt.

Проміжний сегмент 2(10Base-FL): 8.0 bt

Проміжний сегмент 3(10Base-FB): 2.0 bt

Проміжний сегмент 4(10Base-FB): 2.0 bt

Проміжний сегмент 5(10Base-FB): 2.0 bt

Сума цих величин дає значення PVV, рівну 24,5, що менше граничного значення в 49 бітових інтервалу.

У результаті можна зробити висновок, що приведена в прикладі мережа відповідає стандартам Ethernet по всіх параметрах, пов'язаних і з довжинами сегментів, і з кількістю повторювачів.

Принцип розрахунку PDV і PVV для мережі Fast Ethernet на середовищі, що розподіляється, співпадає з приведеним вище алгоритмом, але, природно, часові затримки для обладнання Fast Ethernet будуть відрізнятися від аналогічних характеристик Ethernet.