Физические стандарты Ethernet.  Пример расчета параметров сети Ethernet

 

Исторически первые сети технологии Ethernet были созданы на коаксиальном кабеле диаметром 0,5 дюйма. В дальнейшем были определены и другие спецификации физического уровня для стандарта Ethernet, позволяющие задействовать различные среды передачи данных. Метод доступа CSMA/CD и все временные параметры остаются одними и теми же для любой спецификации физической среды технологии Ethernet 10 Мбит/с.

Физические спецификации Ethernet на сегодня включают следующие среды передачи данных.

-  10Base-5 — коаксиальный кабель диаметром 0,5 дюйма, называемый «толстым» коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента — 500 метров (без повторителей).

-  10Base-2 — коаксиальный кабель диаметром 0,25 дюйма, называемый «тонким» коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента — 185 метров (без повторителей).

- 10Base-T — кабель на основе неэкранированной витой пары (UTP). Образует звездообразную топологию на основе концентратора. Расстояние между концентратором и конечным узлом — не более 100 м.

-  10Base-F — волоконно-оптический кабель. Топология аналогична топологии стандарта 10Base-T. Имеется несколько вариантов этой спецификации — FOIRL (расстояние до 1000 м), 10Base-FL (расстояние до 2000 м), 10Base-FB (расстояние до 2000 м).

Число 10 в указанных названиях обозначает номинальную битовую скорость передачи данных этих стандартов — 10 Мбит/с, а слово «Base» — метод передачи на одной базовой частоте 10 МГц — в отличие от методов, использующих несколько несущих частот (они называются широкополосными и имеют в своем составе слово «Broadband»). Последний символ в названии стандарта физического уровня обозначает тип кабеля.

Стандарт 10Base-5

Стандарт 10Base-5 в основном соответствует экспериментальной сети Ethernet фирмы Xerox и может считаться классическим стандартом Ethernet. Различные компоненты сети, выполненной на толстом коаксиале и состоящей из трех сегментов, соединенных повторителями, показаны на рис. 1.

Рис. 1. Компоненты физического уровня сети стандарта 10 Base-5, состоящей из трех сегментов

Кабель используется как моноканал для всех станций. Сегмент кабеля максимальной длины в 500 м (без повторителей) должен иметь на концах согласующие терминаторы («заглушки») сопротивлением 50 Ом, поглощающие распространяющиеся по кабелю сигналы и препятствующие возникновению отраженных сигналов. При отсутствии терминаторов в кабеле возникают стоячие волны, так что одни узлы получают мощные сигналы, а другие — настолько слабые, что их прием становится невозможным.

Станция должна подключаться к кабелю при помощи приемопередатчика — трансивера. Трансивер — это часть сетевого адаптера; он устанавливается непосредственно на кабеле и питается от сетевого адаптера компьютера. Трансивер может подсоединяться к кабелю как методом прокалывания, обеспечивающим непосредственный физический контакт, так и бесконтактным методом.

Трансивер соединяется с сетевым адаптером интерфейсным кабелем AUI (Attachment Unit Interface  — интерфейс подключаемых устройств) длиной до 50 м, состоящим из 4 четырех витых пар (адаптер должен иметь разъем AUI). Наличие стандартного интерфейса между трансивером и остальной частью сетевого адаптера очень полезно при переходе с одного типа кабеля на другой. Для этого достаточно только заменить трансивер, а остальная часть сетевого адаптера остается неизменной, так как она отрабатывает протокол уровня MAC. При этом необходимо только, чтобы новый трансивер (например, трансивер для витой пары) поддерживал стандартный интерфейс AUI.

Допускается подключение к одному сегменту не более 100 трансиверов, причем расстояние между подключениями трансиверов не должно быть меньше 2,5 м. На кабеле имеется разметка через каждые 2,5 м, обозначающая точки подключения трансиверов. При подсоединении компьютеров в соответствии с разметкой влияние стоячих волн в кабеле на сетевые адаптеры сводится к минимуму.

Упрощенная структурная схема трансивера показана на рис. 2. Передатчик и приемник присоединяются к одной точке кабеля с помощью специальной схемы, например трансформаторной, позволяющей организовать одновременную передачу и прием сигналов с кабеля.

Рис. 2. Структурная схема трансивера

При неисправностях в адаптере может возникнуть ситуация, когда в кабель будет непрерывно выдаваться последовательность случайных сигналов. Так как кабель — это общая среда для всех станций, то работа сети будет заблокирована одним неисправным адаптером. Чтобы этого не случилось, на выходе трансивера ставится схема, которая проверяет время передачи кадра. Если максимально возможное время передачи пакета превышается (с некоторым запасом), то эта схема просто отсоединяет выход передатчика от кабеля. Максимальное время передачи кадра (вместе с преамбулой) равно 1221 мкс, а время затянувшейся передачи устанавливается равным 4000 мкс (4 мс). Эту функцию трансивера иногда называют проверкой затянувшейся передачи, или jabber-контролем.

Детектор коллизий определяет наличие коллизии в коаксиальном кабеле по повышенному уровню постоянной составляющей сигналов. Если постоянная составляющая превышает определенный порог (около 1,5 В), значит, на кабель работает более одного передатчика.

Развязывающие элементы (РЭ) обеспечивают гальваническую развязку трансивера от остальной части сетевого адаптера и тем самым защищают адаптер и компьютер от значительных перепадов напряжения, возникающих на кабеле при его повреждении.

Стандарт 10Base-5 определяет возможность использования в сети повторителя. Повторитель служит для объединения в одну сеть нескольких сегментов кабеля и увеличения тем самым общей длины сети. Повторитель принимает сигналы из одного сегмента кабеля и побитно синхронно повторяет их в другом сегменте, улучшая форму и мощность импульсов, а также синхронизируя импульсы. Повторитель состоит из двух (или нескольких) трансиверов, которые присоединяются к сегментам кабеля, а также блока повторения со своим тактовым генератором. Для лучшей синхронизации повторитель задерживает передачу нескольких первых битов преамбулы кадра, за счет чего увеличивается задержка передачи кадра с сегмента на сегмент, а также несколько уменьшается межкадровый интервал (IPG).

Стандарт разрешает использование в сети не более 4-х  повторителей и, соответственно, не более 5-ти сегментов кабеля. При максимальной длине сегмента кабеля в 500 м это дает максимальную длину сети 10Base-5 в 2500 м. Это в точности соответствует общему ограничению стандарта на максимальный диаметр Ethernet.

Только 3 сегмента из 5  могут быть нагруженными, то есть такими, к которым подключаются конечные узлы. Между нагруженными сегментами должны быть ненагруженные сегменты, так что максимальная конфигурация сети представляет собой два нагруженных крайних сегмента, которые соединяются ненагруженными сегментами еще с одним центральным нагруженным сегментом. Ранее на рис. 12.111 был приведен пример сети Ethernet, состоящей из трех сегментов, объединенных двумя повторителями. Крайние сегменты являются нагруженными, а промежуточный — ненагруженным.

Правило применения повторителей в сети Ethernet 10Base-5 носит название правила 5-4-3:, то есть 5 сегментов, 4 повторителя, 3 нагруженных сегмента.

Ограниченное число повторителей объясняется дополнительными задержками распространения сигнала, которые они вносят. Применение повторителей увеличивает время оборота сигнала, которое для надежного распознавания коллизий не должно превышать время передачи кадра минимальной длины, то есть кадра в 72 байт, или 576 бит. Каждый повторитель подключается к сегменту одним своим трансивером, поэтому к нагруженным сегментам можно подключить не более 99 узлов (а не 100). Максимальное число конечных узлов в сети 10Base-5 таким образом составляет 99  3 = 297 узлов.

Стандарт 10Base-2

В стандарте 10Base-2 в качестве передающей среды используется «тонкий» коаксиал Ethernet. Максимальная длина сегмента без повторителей составляет 185 м, сегмент должен иметь на концах согласующие терминаторы 50 Ом. Тонкий коаксиальный кабель дешевле толстого, поэтому сети 10Base-2 иногда называют Cheapernet (дословно — дешевая сеть). Но за дешевизну кабеля приходится расплачиваться качеством — «тонкий» коаксиал обладает  худшими показателями помехозащищенности и  механической  прочности, а также более узкой полосой пропускания.

Станции подключаются к кабелю с помощью высокочастотного T-коннектора, представляющего собой тройник, один отвод которого соединяется с сетевым адаптером, а два других — с двумя концами разрыва кабеля. Максимальное количество станций, подключаемых к одному сегменту, равно 30. Минимальное расстояние между станциями — 1 м. Кабель «тонкого» коаксиала имеет разметку для подключения узлов с шагом в 1 м.

Стандарт 10Base-2 также предусматривает использование повторителей по правилу 5-4-3.

В этом случае сеть будет иметь максимальную длину в 5  185 = 925 м. Очевидно, что это ограничение является более сильным, чем общее ограничение стандарта Ethernet в 2500 м.

ВНИМАНИЕ

Для правильного построения  сети Ethernet нужно соблюсти много ограничений, причем некоторые из них относятся к одним и тем же параметрам сети, например, максимальная длина или максимальное количество компьютеров в сети должны удовлетворять одновременно нескольким разным условиям. Для того чтобы сеть была работоспособной, достаточно соблюсти только наиболее жесткие требования. Так, если в сети Ethernet не должно быть более 1024 узлов, а стандарт 10Base-2 ограничивает максимальное число станций, подключаемых к одному сегменту, значением 30, и число нагруженных сегментов — значением 3, то общее количество узлов в сети 10Base-2 не должно превышать 29  3 = 87.

Стандарт 10Base-2 очень близок к стандарту 10Base-5, но трансиверы в нем объединены с сетевыми адаптерами за счет того, что более гибкий тонкий коаксиальный кабель может быть подведен непосредственно к выходному разъему платы сетевого адаптера, установленной в шасси компьютера. Кабель в данном случае «висит» на сетевом адаптере, что затрудняет физическое перемещение компьютеров.

Типичный состав сети стандарта 10Base-2, состоящей из одного сегмента кабеля, показан на рис. 3.

Рис. 3. Сеть стандарта 10Base-2

Реализация этого стандарта на практике приводит к наиболее простому решению для кабельной сети, так как для соединения компьютеров требуются только сетевые адаптеры, Т-коннекторы и терминаторы 50 Ом. Однако этот вид кабельных соединений наиболее сильно подвержен авариям и сбоям. Кабель более восприимчив к помехам, чем «толстый» коаксиал. В моноканале имеется большое количество механических соединений: каждый T-коннектор дает три механических соединения, два из которых жизненно важны для всей сети. Пользователи имеют доступ к разъемам и могут нарушить целостность моноканала. Кроме того, эстетика и эргономичность этого решения оставляют желать лучшего, так как от каждой станции через T-коннектор отходят два довольно заметных провода, которые под столом часто образуют моток кабеля — запас, необходимый на случай даже небольшого перемещения рабочего места.

Общим недостатком стандартов 10Base-5 и 10Base-2 является отсутствие оперативной информации о состоянии моноканала. Повреждение кабеля обнаруживается сразу же (сеть перестает работать), но для поиска отказавшего отрезка кабеля необходим специальный прибор — кабельный тестер.

Стандарт 10Base-T

В сетях 10Base-T в качестве среды используются две неэкранированные витые пары. Многопарный кабель на основе неэкранированной витой пары категории 3 телефонные компании уже достаточно давно применяли для подключения телефонных аппаратов внутри зданий. Этот кабель носит также название Voice Grade, говорящее о том, что он предназначен для передачи голоса.

Идея приспособить этот популярный вид кабеля для локальных сетей оказалась очень плодотворной, так как многие здания уже были оснащены нужной кабельной системой. Оставалось разработать способ подключения сетевых адаптеров и прочего коммуникационного оборудования к витой паре таким образом, чтобы изменения в сетевых адаптерах и программном обеспечении сетевых операционных систем были минимальными по сравнению с сетями Ethernet на коаксиале. Эта попытка оказалась успешной — переход на витую пару требует только замены трансивера сетевого адаптера или порта маршрутизатора, а метод доступа и все протоколы канального уровня остаются теми же, что и в сетях Ethernet на коаксиале.

Конечные узлы соединяются с помощью двух витых пар по двухточечной топологии со специальным устройством — многопортовым повторителем. Одна витая пара требуется для передачи данных от станции к повторителю (выход TXсетевого адаптера), а другая — для передачи данных от повторителя к станции (вход RX сетевого адаптера). На рис. 4 показан пример трехпортового повторителя. Повторитель принимает сигналы от одного из конечных узлов и синхронно передает их на все свои остальные порты, исключая порт, с которого поступили сигналы.

Рис. 4. Сеть стандарта 10Base-T

Многопортовые повторители в данном случае обычно называются концентраторами, или, на инженерном жаргоне, хабами. Концентратор осуществляет функции повторителя сигналов на всех отрезках витых пар, подключенных к его портам, так что образуется единая среда передачи данных — логический моноканал (логическая общая шина). Концентратор обнаруживает коллизию в сегменте в случае одновременной передачи сигналов по нескольким своим входам Rx и посылает jam-последовательность на все свои выходы Tx. Стандарт определяет битовую скорость передачи данных 10 Мбит/с и максимальное расстояние отрезка витой пары между двумя непосредственно связанными узлами (станциями и концентраторами) не более 100 м при наличии витой пары качества не ниже категории 3. Это расстояние определяется полосой пропускания витой пары — на длине 100 м она при манчестерском кодировании позволяет передавать данные со скоростью 10 Мбит/с.

Концентраторы 10Base-T можно соединять друг с другом с помощью тех же портов, которые предназначены для подключения конечных узлов. При этом нужно позаботиться о том, чтобы передатчик и приемник одного порта были соединены соответственно с приемником и передатчиком другого порта.

В стандарте10Base-T определено максимально число концентраторов между любыми двумя станциями сети, а именно 4. Это правило носит название правила 4-х хабов.

Правило 4-х хабов подобно правилу 5-4-3, применяемому к коаксиальным сетям, служит для гарантированной синхронизации станций при реализации процедур доступа CSMA/CD и для надежного распознавания станциями коллизий.

При создании сети 10Base-T с большим числом станций концентраторы можно соединять друг с другом иерархическим способом, образуя древовидную структуру (рис. 5).

Рис. 5. Иерархическое соединение концентраторов Ethernet

ВНИМАНИЕ

Петлевидное соединение концентраторов в стандарте 10Base-T запрещено, так как оно приводит к некорректной работе сети. Это требование означает, что в сети 10Base-T не разрешается создавать параллельные каналы связи между критически важными концентраторами для резервирования связей на случай отказа порта, концентратора или кабеля. Резервирование связей возможно только за счет перевода одной из параллельных связей в неактивное (заблокированное) состояние.

Общее количество станций в сети 10Base-T не должно превышать общего предела в 1024, и для данного типа физического уровня это количество действительно достижимо. Для этого достаточно создать двухуровневую иерархию концентраторов, расположив на нижнем уровне достаточное количество концентраторов с общим количеством портов 1024 (рис. 6). Конечные узлы нужно подключить к портам концентраторов нижнего уровня. Правило 4-х хабов при этом выполняется — между любыми конечными узлами будет ровно 3 концентратора.

Рис. 6. Схема с максимальным количеством станций

Очевидно, что если между любыми двумя узлами сети не должно быть больше 4-х повторителей, то, учитывая, что максимальная длина кабеля между повторителями равна 100 м, получаем, что максимальный диаметр сети 10Base-T составляет 5  100 = 500 м. Заметим, что это ограничение строже общего ограничения стандартов Ethernet в 2500 м.

Сети, построенные на основе стандарта 10Base-T, обладают по сравнению с коаксиальными вариантами Ethernet многими преимуществами. Эти преимущества связаны с разделением общего физического кабеля на отдельные кабельные отрезки, подключенные к центральному коммуникационному устройству. И хотя логически эти отрезки по-прежнему образуют общую разделяемую среду, их физическое разделение позволяет контролировать состояние отрезков и отключать их в случае обрыва, короткого замыкания или неисправности сетевого адаптера на индивидуальной основе. Это обстоятельство существенно облегчает эксплуатацию больших сетей Ethernet, так как концентратор обычно автоматически выполняет такие функции, уведомляя при этом администратора сети о возникшей проблеме.

В стандарте 10Base-T определена процедура тестирования физической работоспособности двух отрезков витой пары, соединяющих трансивер конечного узла и порт повторителя. Эта процедура называется тестом связности и основана на передаче каждые 16 мс специальных сигналов J и K манчестерского кода между передатчиком и приемником каждой витой пары. Напомним, что информационные сигналы манчестерского кода всегда изменяют потенциал в середине такта. Коды J и K отличаются тем, что нарушают это правило, сохраняя потенциал в середине такта неизменным. Коду J соответствует одно из двух значений потенциала, а коду K — другое. Так как при передаче кадров коды J и K запрещены, то тестовые последовательности не влияют на работу алгоритма доступа к среде.

Появление между конечными узлами активного устройства, которое может контролировать работу узлов и изолировать от сети некорректно работающие узлы, является главным преимуществом технологии 10Base-T по сравнению со сложными в эксплуатации коаксиальными сетями.

Волоконно-оптическая сеть Ethernet

В качестве среды передачи данных 10-мегабитная сеть Ethernet использует оптическое волокно. Оптоволоконные стандарты в качестве основного типа кабеля рекомендуют достаточно дешевое многомодовое оптическое волокно, обладающее полосой пропускания 500–800 МГц при длине кабеля 1 км. Допустимо и более дорогое одномодовое оптическое волокно с полосой пропускания в несколько ГГц, но при этом нужно применять специальный тип трансивера.

Функционально сеть Ethernet на оптическом кабеле состоит из тех же элементов, что и сеть стандарта 10Base-T — сетевых адаптеров, многопортового повторителя и отрезков кабеля, соединяющих адаптер с портом повторителя. Как и в случае витой пары, для соединения адаптера с повторителем используются два оптоволокна — одно соединяет выход TX адаптера с входом RX повторителя, а другое — вход RX адаптера с выходом TX повторителя.

Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link — волоконно-оптический канал между повторителями) представляет собой первый стандарт комитета 802.3, регламентирующий  использование оптоволокна в сетях Ethernet. Он гарантирует длину оптоволоконной связи между повторителями до 1 км. Максимальное число повторителей между любыми узлами сети — 4. Как и в стандарте 10Base-5, максимального диаметра в 2500 м здесь достичь можно, однако отрезки кабеля предельного размера между всеми четырьмя повторителями, а также между повторителями и конечными узлами недопустимы — иначе получится сеть длиной 5000 м.

Стандарт 10Base-FL представляет собой незначительное улучшение стандарта FOIRL. Увеличена мощность передатчиков, поэтому максимальное расстояние между узлом и концентратором увеличилось до 2000 м. Максимальное число повторителей между узлами осталось равным 4, и стандартная максимальная длина сети 2500 м достижима.

Стандарт 10Base-FB предназначен только для соединения повторителей. Конечные узлы не могут использовать этот стандарт для присоединения к портам концентратора. Между узлами сети можно установить до 5 повторителей 10Base-FB при максимальной длине одного сегмента 2000 м и максимальной длине сети 2740 м.

Повторители, соединенные по стандарту 10Base-FB, при отсутствии кадров для передачи в целях синхронизации постоянно обмениваются специальными последовательностями сигналов, отличающимися от сигналов кадров данных. Поэтому они вносят меньшие задержки при передаче данных из одного сегмента в другой, и это является главной причиной, по которой количество повторителей удалось увеличить до 5. В качестве специальных сигналов используются манчестерские коды J и K в следующей последовательности: J-J-K-K-J-J-... Эта последовательность порождает импульсы частоты 2,5 МГц, которые и поддерживают синхронизацию приемника одного концентратора с передатчиком другого. Поэтому стандарт 10Base-FB имеет также название синхронный стандарт Ethernet.

Как и во всех стандартах Ethernet, оптоволоконные стандарты разрешают соединять концентраторы только в древовидные иерархические структуры. Любые петли между портами концентраторов не допускаются.

Домен коллизий

Домен коллизий — это часть сети Ethernet, все узлы которой конкурируют за общую разделяемую среду передачи и, следовательно, каждый узел которой может создать коллизию с любым другим узлом этой части сети.

Сеть Ethernet, построенная на повторителях, всегда образует один домен коллизий. Мосты, коммутаторы и маршрутизаторы делят сеть Ethernet на несколько доменов коллизий.

Приведенная на рис. 5 сеть представляет собой один домен коллизий. Если, например, столкновение кадров произошло в концентраторе 4, то в соответствии с логикой работы концентраторов 10Base-T сигнал коллизии распространится по всем портам всех концентраторов.

Если же вместо концентратора 3 поставить в сеть мост, то его порт C, связанный с концентратором 4, воспримет сигнал коллизии, но не передаст его на свои остальные порты, так как это не входит в его обязанности. Мост просто отработает ситуацию коллизии средствами порта C, который подключен к общей среде, где эта коллизия возникла. Если коллизия возникла из-за того, что мост пытался передать через порт С кадр в концентратор 4, то, зафиксировав сигнал коллизии, порт С приостановит передачу кадра и попытается передать его повторно через случайный интервал времени. Если порт С принимал в момент возникновения коллизии кадр, то он просто отбросит полученное начало кадра и будет ожидать, когда узел, передававший кадр через концентратор 4, сделает повторную попытку передачи. После успешного принятия данного кадра в свой буфер мост передаст его на другой порт в соответствии с таблицей продвижения, например на порт A. Все события, связанные с обработкой коллизий портом С, для остальных сегментов сети, которые подключены к другим портам моста, просто останутся неизвестными.

Общие характеристики стандартов Ethernet 10 Мбит/с

В табл. 1 и 2 сведены основные ограничения и характеристики стандартов Ethernet.

Таблица 1. Общие ограничения для всех стандартов Ethernet

Характеристика	Значение
Номинальная пропускная способность	10 Мбит/с
Максимальное число станций в сети	1024
Максимальное расстояние между узлами в сети	2500 м (в 10Base-FB 2750 м)
Максимальное число коаксиальных сегментов в сети	5

Таблица 2. Параметры спецификаций физического уровня для стандарта Ethernet

Параметр	10Base-5	10Base-2	10Base-T	10Base-F
Кабель	Толстый коаксиальный кабель RG-8 или RG-11	Тонкий коаксиальный кабель RG-58	Неэкраниро-ванная витая пара категорий 3, 4, 5	Многомодовый волоконно-оптический кабель
Максимальная длина сегмента, м	500	185	100	2000
Максимальное расстояние между узлами сети (при использовании повторителей), м	2500	925	500	2500 (2740 для 10Base-FB)
Максимальное число станций в сегменте	100	30	1024	1024
Максимальное число повторителей между любыми станциями сети	4	4	4	4 (5 для 10 Base-FB)

Пример сети Ethernet завода «Трансмаш»

В начале 90-х годов крупный завод «Трансмаш» использовал сеть Ethernet 10 Мбит/с с разделяемой средой для объединения всех своих миникомпьютеров и персональных компьютеров (рис. 7). Компьютеры в основном применялись для решения автономных задач, а обмен данных между ними происходил сравнительно редко. Сеть передавала небольшие объемы алфавитно-цифровой информации, поэтому общая разделяемая среда вполне справлялась с потребностями завода. Для взаимодействия центрального сегмента сети с сегментами удаленных цехов использовались оптоволоконные линии связи стандартов 10Base-FB и 10Base-FL. Сеть удовлетворяла всем требованиям многосегментной конфигурации Ethernet: все отрезки кабелей не превышали предельной длины, между любыми двумя узлами находилось не более 4-х хабов, максимальное расстояние между узлами сети не превышало 1800 метров (компьютеры A и C на рисунке).

Рис. 7. Многосегментная сеть Ethernet завода «Трансмаш»

Через некоторое время к сети понадобилось присоединить компьютеры еще одного здания, а именно, здания 4. Это здание находилось в пределах досягаемости оптоволоконных стандартов Ethernet (10 Base-FB или 10Base-FL), но его присоединение к сети привело бы к некорректной конфигурации, так как между компьютерами зданий 1 и 4 данные проходили бы уже через 5 хабов. Кроме того, диаметр сети достиг бы 2800 метров — еще одно нарушение ограничений Ethernet.  Однако в то время архитектору сети «Transmash»  не хотелось коренным образом менять структуру сети и устанавливать мост или маршрутизатор для подключения нового сегмента.

Архитектор сети знал, что в разделе 13 стандарта IEEE 802.3 приведена методика расчета корректности конфигурации сети. Эта методика позволяет количественно определить, будет ли та или иная конфигурация сети работать нормально или нет. Расчеты показывают, что иногда можно нарушить правило 4-х хабов и ограничения на максимальный диаметр сети, и все равно конфигурация будет корректной. Дело в том, что эти ограничения выбраны так, чтобы сеть работала с большим запасом «прочности». Например, мы знаем, что для надежного распознавания коллизий любым узлом сети максимальное время оборота не должно превышать 575 битовых интервалов. Если посчитать по приведенной методике время оборота в сети 10Base-5, состоящей из 4-х повторителей 10Base-5 и 5-ти сегментов максимальный длины 500 м, то окажется, что оно составляет 537 битовых интервала. Это значит, что максимальная конфигурация сети 10Base-5 (4 хаба, диаметр сети 2500 м) обладает запасом в 38 битовых интервала. В то же время методика раздела 13 говорит о том, что даже при запасе в 4 битовых интервала сеть будет работать корректно.

Поэтому архитектор сети «Трансмаш» выполнил расчет возможной конфигурации сети завода с учетом нового сегмента. Оказалось, что даже при присоединении сегмента здания 4 у сети имеется запас в 6,6 битовых интервала! После перепроверки расчета к зданию 4 был проложен волоконно-оптический кабель, и сеть начала работать в новой конфигурации. Практика подтвердила правильность расчета — сеть продолжала работать нормально. В такой конфигурации она оставалась несколько лет, пока возросшие потребности новых приложений не привели к разделению общей среды на коммутируемые сегменты.

Для того чтобы проверить расчет, который проделал архитектор сети «Трансмаш», нужно предварительно познакомиться с деталями методики, приведенной в разделе 13 стандарта 802.3.

В нем сказано, что сеть Ethernet будет работать корректно при выполнении двух условий:

-  Время оборота (PDV) сигнала между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети не должно превышать 575 битовых интервала. Повторители и среда сегментов вносят задержки в распространение сигнала, данные о предельных уровнях этих задержек приведены в таблицах стандарта.

-  Сокращение межпакетного интервала IPG при прохождении последовательности кадров через все повторители должно быть не больше, чем 49 битовых интервала. Каждый повторитель сокращает значение IPG на определенную величину, которая также приводится в стандарте.

В таблицах стандарта 802.3 приводятся минимальные и максимальные значения возможных задержек распространения сигналов и сокращений IPG, их более определенные значения зависят от производителя повторителей. Архитектор сети «Трансмаш» использовал для расчета более точные данные, которые ему предоставил производитель сетевого оборудования. Эти данные приведены далее.

Рассмотрим сначала, как с помощью данных табл. 3 можно оценить значение PDV.

Таблица 3. Данные для расчета значения PDV

Тип сегмента	База левого сегмента, битовых интервалов	База промежуточного сегмента, битовых интервалов	База правого сегмента, битовых интервалов	Задержка среды на 1 м, битовых интервалов	Максимальная длина сегмента, м
10Base-5	11,8	46,5	169,5	0,0866	500
10Base-2	11,8	46,5	169,5	0,1026	185
10Base-T	15,3	42,0	165,0	0,113	100
10Base-FB	—	24,0	—	0,1	2000
10Base-FL	12,3	33,5	156,5	0,1	2000
FOIRL	7,8	29,0	152,0	0,1	1000
AUI AUI (>2 м)	0	0	0	0,1026	2+48

Разработчики стандарта 802.3 старались максимально упростить выполнение расчетов, поэтому приведенные данные включают сразу несколько этапов прохождения сигнала. Например, задержки, вносимые повторителем, состоят из задержки входного трансивера, задержки блока повторения и задержки выходного трансивера. Тем не менее, в таблице все эти задержки представлены одной величиной, названной базой сегмента.

Чтобы не нужно было два раза складывать задержки, вносимые кабелем, в таблице даются удвоенные величины задержек для каждого типа кабеля.

В таблице используются также такие понятия, как левый сегмент, правый сегмент и промежуточный сегмент. Поясним эти термины на примере сети завода «Трансмаш» (см. рис. 7). Мы хотим рассчитать PDV для худшего случая. Поэтому мы выбрали для расчета узлы A и B, между которыми находятся 5 повторителей, а общая длина сети равна 2800 м.

Левым сегментом в терминологии 802.3 называется сегмент, в котором начинается путь сигнала от выхода передатчика конечного узла. Сам термин «левый» не имеет отношения к расположению сегментов в пространстве (и, конечно, на рисунке). Это просто условное название сегмента, с которого мы начинаем расчет. Для определенности мы выбрали в качестве левого сегмента сегмент S1, к которому подключен узел A.

Затем сигнал проходит через промежуточные сегменты S2–S5 и доходит до приемника (узел B) который подключен к сегменту S6. Именно здесь в худшем случае происходит столкновение кадров и возникает коллизия, что и подразумевается в таблице. Конечный сегмент, в котором может возникнуть коллизия, называется правым сегментом.

С каждым сегментом связана постоянная задержка, названная базой, которая зависит только от типа сегмента и от положения сегмента на пути сигнала (левый, промежуточный или правый). База правого сегмента, в котором возникает коллизия, намного превышает базу левого и промежуточных сегментов.

Кроме того, с каждым сегментом связана задержка распространения сигнала вдоль кабеля сегмента, которая зависит от длины сегмента и вычисляется путем умножения времени распространения сигнала по одному метру кабеля (в битовых интервалах) на длину кабеля в метрах.

Расчет заключается в вычислении задержек, вносимых каждым отрезком кабеля (приведенная в таблице задержка сигнала на 1 м кабеля умножается на длину сегмента), а затем суммировании этих задержек с базами левого, промежуточных и правого сегментов.

Так как левый и правый сегменты имеют разные величины базовой задержки, то в случае различных типов сегментов на удаленных краях сети необходимо выполнить расчеты дважды: один раз принять в качестве левого сегмента сегмент одного типа, а во второй — сегмент другого типа. Результатом можно считать максимальное из полученных значений PDV. В нашем примере крайние сегменты сети принадлежат одному типу — стандарту 10Base-T, поэтому двойной расчет не требуется.

Теперь мы можем рассчитать значение PDV для нашего примера.

-  Левый сегмент S1:

15,3 (база) + 100  0,113 = 26,6

-  Промежуточный сегмент S2:

24 + 600  0,1 = 84,0

-  Промежуточный сегмент S3:

24 + 500  0,1 = 74,0

-  Промежуточный сегмент S4:

24 + 500  0,1 = 74,0

-  Промежуточный сегмент S5:

33,5 + 1000  0,1 = 133,5

-  Правый сегмент S6:

165 + 100  0,113 = 176,3

Сумма всех составляющих дает значение PDV, равное 568,4.

Так как значение PDV меньше максимально допустимой величины 575 на 6,6 битовых интервала, то эта сеть обладает корректной конфигурацией, несмотря на то, что ее общая длина превышает 2500 м, а количество повторителей больше 4-х.

Однако проверки PDV еще недостаточно для общего положительного заключения. Нужно также оценить уменьшение межкадрового интервала. Исходные данные для этого расчета приведены табл. 4.

Таблица 4. Уменьшение межкадрового интервала повторителями

Тип сегмента	Передающий сегмент, битовых интервалов	Промежуточный сегмент, битовых интервалов
10Base-5 или 10Base-2	16	11
10Base-FB	—	2
10Base-FL	10,5	8
10Base-T	10,5	8

В соответствии с этими данными рассчитаем значение уменьшения межкадрового интервала для нашего примера.

-  Левый сегмент 1 10Base-T — сокращение в 10,5 битовых интервалов.

-  Промежуточный сегмент 2 10Base-FL — 8.

-  Промежуточный сегмент 3 10Base-FB — 2.

-  Промежуточный сегмент 4 10Base-FB — 2.

-  Промежуточный сегмент 5 10Base-FB — 2.

Сумма этих величин дает значение уменьшения межкадрового интервала в 24,5, что меньше предельного значения в 49 битовых интервала. Таким образом, приведенная в примере сеть соответствует стандартам Ethernet по всем параметрам, связанным и с длинами сегментов, и с количеством повторителей.