5. Построение локальной вычислительной сети ethernet различной конфигурации
Для сетевой архитектуры Ethernet разработаны спецификации IЕЕЕ 802.3 и IEEE 802.2, регламентирующие построение локальной сети как на коаксиальном кабеле и витой паре проводов, так и на оптоволоконном кабеле. Разновидности Ethernet обозначаются как 10Base-5, 100Base-FX и др. При таком обозначениипервый элементуказывает на скорость передачи, Мбит/с.Второй элементBaseозначает прямую (немодулированную) передачу, аBroad- использование широкополосного кабеля с частотным уплотнением каналов.Третий элементопределяет либо округленную длину кабеля в сотнях метров (10Base-2 - 185 м, 10Base-5 - 500 м), либо среду передачи (Т, ТХ, Т2, Т4 - витые пары проводов, FX, FL, FB, SX, LX - оптоволоконный кабель, СХ -твинаксиальный кабель (пара проводников, данные по которым передаются одновременно [4]) для Gigabit Ethernet).
Варианты сети Ethernet со скоростью передачи данных 10 Мбит/с описываются стандартом IEEE 802.3 (10Base-5, 10Base-2, 10Base-Т, 10Base-F).
5.1. Сеть Ethernet шинной топологии на тонком коаксиальном кабеле
В зависимости от типа коаксиального кабеля различают Ethernet на толстом (10Base-5) и тонком (10Base-2) коаксиальном кабеле.
Тонкий коаксиальный кабель наиболее часто применяется при объединении персональных ЭВМ типа IВМ РС в локальную сеть Ethernet. Он обеспечивает минимальную стоимость создания кабельной системы при фиксированной скорости и пропускной способности сети. Тонкий коаксиальный кабель сматывается в бобины (бухты). Такой кабель легко прокладывается и устанавливается, и не требуется отдельных внешних приемопередатчиков для рабочих станций, т.к. адаптеры 10Base-2 имеют встроенный трансивер, оканчивающийся BNC-разъемом.Трансивер - это активный приемопередатчик со встроенным детектором коллизий. При передаче сигналов по коаксиальному кабелю используетсяманчестерское кодирование.
Топологические особенности и ограничения сети
Для сети Ethernet на тонком коаксиальном кабеле (10Base-2) определены следующие топологические особенности и ограничения[3]:
скорость передачи 10 Мбит/си100 Мбит/с;
используемый кабель - тонкий коаксиальный кабель RG-58, имеющий среднее затухание и помехозащищенность;
для соединения коаксиального кабеля используются стандартные BNC-коннекторыразличных конфигураций;
топология сети - шина, ответвления недопустимы;
максимальная длина одного кабельного сегмента - 185 м(600 футов) или305 м(1000 футов) при использовании соответствующей аппаратуры;
Рис. 6. Пример односегментной сети Ethernet на тонком коаксиальном кабеле
каждый кабельный сегмент может иметь до 30подключений, включая рабочие станции, файловые серверы, принт-серверы;
минимальное расстояние между точками подключения - не менее 0,5 м;
максимальное количество узлов всей сети - 1024;
сегменты сети могут быть объединены с помощью повторителей по правилу "5-4-3" с целью увеличения количества рабочих станций и общей протяженности сети;
каждый кабельный сегмент заземляется только в одной точке.
Базовая конфигурация сети Ethernet состоит из одного кабельного сегмента. Кабельный сегмент- это цепочка электрически соединенных отрезков кабеля, оканчивающаяся с обеих сторон согласующими сопротивлениями - 50-омны-ми внешними терминаторами.Терминатор- это резистор, сопротивление которого совпадает с импедансом коаксиального кабеля. Он служит для предотвращения отражений электрического сигнала на концах кабеля. Если терминаторы отсутствуют илиих сопротивление не равно 50 Ом, то сегмент сети становится неработоспособным.
Пример простой односегментной сети Ethernet на тонком коаксиальном кабеле приведен на рис. 6. Согласно спецификации IEEE 802.3 в конфигурации сети на коаксиальном кабеле запрещены ответвления и петли (рис. 7).
Рис. 7. Пример односегментной сети Ethernet на тонком
коаксиальном кабеле
Врезка узлов сети. Соединительная аппаратура
По всей длине кабельного сегмента делаются подключения рабочих станций. Файл-сервер подключается так же, как и рабочие станции и его позиция в сегменте не имеет отношения к характеристикам сети. Два узла сети не могут находиться ближе 0,5-1 метра друг от друга. Это необходимо из-за возможности отражения сигналов. Любые сочленения и неоднородности в кабеле также могут вызвать отражения в шине и снижают ее пропускную способность.Врезка (подключение узла) может быть выполнена с помощью BNC Т-коннектора (Т‑образного разъема), подключаемого непосредственно к сетевой плате рабочей станции. Он представляет собой тройник, один конец которого (типа "вилка") надевается на разъем, установленный на сетевой плате, а на два других надеваются разъемы отрезков кабеля (BNC-коннекторы). Простые BNC-коннекторы (обжимные или навинчивающиеся) закрепляются непосредственно на конце кабеля. Для соединения коротких отрезков кабеля применяются I-коннекторы. BNC-терминатор представляет собой разъем, аналогичный BNC-коннектору. Обычно терминатор подключается к концу Т-коннектора на последней ЭВМ сегмента. Для подключения терминатора к концу кабеля требуется цилиндрический переходник (BNC I-коннектор).
Возможен вариант сети Ethernet со стационарной проводкой (рис. 8). В этом случае для каждого рабочего места требуется установка пары коаксиальных розеток.
Рис. 8. Сеть Ethernet на тонком коаксиальном кабеле со стационарной проводкой
Если в месте установки розеток ЭВМ отсутствует, то в целях предотвращения разрыва кабельного сегмента обе розетки замыкают отрезком коаксиального кабеля. Существуют специальные разъемы, абонентские шнуры и розетки (LAN-LINE и ETAP) [3], позволяющие уменьшить число проводов, подводимых к одной ЭВМ. Абонентский шнур представляет собой двойной коаксиальный кабель. В этом случае надежность всей сети повышается, поскольку используется меньшее число соединителей, чем при обычном соединении через BNC-коннекторы и Т-коннекторы.
Построение многосегментной сети
При необходимости увеличения размера сети кабельные сегменты могут соединяться с помощью активных устройств - усилителей-повторителей (repeater) представленных на рис. 9.
Рис. 9. Структура сети Ethernet на тонком коаксиальном кабеле на двух кабельных сегментах.
Повторители могут быть подключены в любых разрешенных местах кабеля, т.е. необязательно на концах сегментов (рис. 10).
Рис. 10. Соединение кабельных сегментов сети Ethernet на
тонком коаксиальном кабеле по правилу «5-4-3»
Таким способом формируется многосегментная сеть на основе кабельных сегменов. Соединение кабеля с повторителем осуществляется через стандартные BNC Т-коннекторы. Если повторитель замыкает кабельный сегмент, то на свободном конце его Т-коннектора крепится терминатор. Каждый сегмент многосегментной сети должен быть заземлен, но только в одной точке. Многосегментная локальная сеть Ethernet на основелогических сегментовможет формироваться при помощи файловых серверов, имеющих две сетевые карты, посредством которых к серверу подсоединяются два кабельных сегмента (рис. 4).
Максимальное количество кабельных сегментов, соединяемых в цепочку с помощью повторителей, равно 5. Количество повторителей между любой парой узлов сети не должно превышать4. Из пяти допустимых кабельных сегментов только3могут быть "нагруженными", т.е. к ним подключаются рабочие станции. Остальные сегменты могут иметь только две точки подключения - для повторителей. Перечисленные ограничения называютсяправилом "5-4-3", и справедливы для сети Ethernet как на тонком, так и на толстом коаксиальном кабеле.
Расчет корректности конфигурации сети Ethernet
Ограничения на длину сегментов, число сегментов, станций и повторителей были введены для того, что в сети всегда присутствовал большой запас прочности по времени двойного оборота сигнала в сети с учетом задержек сигнала в повторителях. Локальная сеть Ethernet может быть построена и на большем числе повторителей, и содержать большее число сегментов. Однако в этом случае необходимо проводить расчет сети на корректную конфигурацию. В качестве расчетных параметров выступают две величины: время двойного оборота сигнала (Path Delay Value - PDV) между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети и сокращение межкадрового интервала (Path Variability Value - PVV) с учетом задержек сигнала на всех повторителях сети. На величину PDV вводится ограничение в 575битовых интервалов, а расчетная величина PVV не должна превышать49битовых интервала.
Для упрощения расчетов величины PDV обычно используют справочные данные IEEE (табл. 1), содержащие значения задержек распространения сигналов в повторителях, приемопередатчиках и