Выбор конфигурации Ethernet

При выборе конфигурации сети Ethernet, состоящей из сегментов различных типов, возникает много вопросов, связанных, прежде всего с максимально допустимым размером сети и максимально возможным числом различных элементов. Сеть будет работоспособной только в том случае, если задержка распространения сигнала (PDV) в ней не превысит предельной величины. Это определяется выбранным методом управления обменом CSMA/CD, основанном на обнаружении и разрешении коллизий.

Для получения сложных конфигураций Ethernet из отдельных сегментов применяются промежуточные устройства двух основных типов:

• Репитерные концентраторы (hub); логически не разделяют сегменты, подключенные к ним;
• Коммутаторы передают информацию между сегментами, но не передают конфликты с сегмента на сегмент.

При использовании коммутаторов конфликты (коллизии) в отдельных сегментах решаются на месте, в самих сегментах, но не распространяются по сети, как в случае применения концентраторов. Это имеет принципиальное значение для выбора топологии сети Ethernet, так как используемый в ней метод доступа CSMA/CD предполагает наличие конфликтов и их разрешение, причем общая длина сети как раз и определяется размером зоны конфликта (collision domain). Таким образом, применение концентратора не разделяет зону конфликта, в то время как каждый коммутирующий концентратор (коммутатор) делит зону конфликта на части. В случае применения коммутатора оценивать работоспособность надо для каждого сегмента сети отдельно, а при использовании концентраторов – для сети в целом.

При выборе и оценке конфигурации Ethernet используются две основные модели.

Правила модели 1

Первая модель формулирует набор правил, которые необходимо соблюдать проектировщику сети при соединении отдельных компьютеров и сегментов:

1. Концентратор, подключенный к сегменту, снижает на единицу максимально допустимое число абонентов, подключаемых к сегменту.

2. Полный путь между двумя любыми абонентами должен включать в себя не более пяти сегментов, четырех концентраторов (репитеров) и двух трансиверов (MAU).

3. Если путь между абонентами состоит из пяти сегментов и четырех концентраторов (репитеров), то количество сегментов, к которым подключены абоненты, не должно превышать трех, а остальные сегменты должны просто связывать между собой концентраторы (репитеры). Это так называемое «правило 5-4-3».

4. Если путь между абонентами состоит из четырех сегментов и трех концентраторов (репитеров), то должны выполняться следующие условия:

4.1. максимальная длина оптоволоконного кабеля сегмента 10BASE-FL, соединяющего между собой концентраторы (репитеры), не должна превышать 1000 метров;

4.2. максимальная длина оптоволоконного кабеля сегмента 10BASE-FL, соединяющего концентраторы (репитеры) с компьютерами, не должна превышать 400 метров;

4.3. ко всем сегментам могут подключаться компьютеры.

При выполнении перечисленных правил можно быть уверенным, что сеть будет работоспособной. Никаких дополнительных расчетов в данном случае не требуется. Считается, что соблюдение данных правил гарантирует допустимую величину задержки сигнала в сети.

На рисунке показан пример максимальной конфигурации, удовлетворяющей этим правилам. Здесь максимально возможный путь проходит между двумя нижними по рисунку абонентами и состоит из пяти сегментов (10BASE2, 10BASE5, 10BASE-FL, 10BASE-FL и 10BASE-T), которые соединяют четыре концентратора (репитера) и два трансивера MAU.

Рис. Пример максимальной конфигурации в соответствии с первой моделью

Правила модели 2

Вторая модель, применяемая для оценки конфигурации Ethernet, основана на точном расчете временных характеристик выбранной конфигурации сети. Эта модель иногда позволяет выйти за пределы жестких ограничений модели 1. Применение модели 2 необходимо в том случае, когда размер проектируемой сети близок к максимально допустимому.

В модели 2 используются две системы расчетов:

• первая система предполагает вычисление двойного (кругового) времени прохождения сигнала (PDV) по сети и сравнение его с максимально допустимой величиной; нормативное значение параметра PDV <=512 бит;
• вторая система проверяет допустимость величины получаемого межпакетного (межкадрового) временного интервала (IPG, IFG) в сети; определяющим является величина сокращения межкадрового интервала (IPG, IFG) при прохождении последовательности кадров через повторители; нормативное значение PVV <=49.

При этом вычисления в обеих системах расчетов ведутся для наихудшего случая, для пути максимальной длины, то есть для такого пути передаваемого по сети кадра, который требует для своего прохождения максимального времени. При первой системе расчетов выделяются три типа сегментов:

- начальный (левый) сегмент, соответствует началу пути максимальной длины;

- конечный (правый) сегмент расположен в конце пути максимальной длины;

- промежуточный сегмент входит в путь максимальной длины, но не является ни начальным, ни конечным.

Промежуточных сегментов в выбранном пути может быть несколько, а начальныйи конечный сегментыпри разных расчетах могут меняться местами друг с другом. Выделение этих трех типов сегментов позволяет автоматически учитывать задержки сигнала на всех концентраторах, входящих в путь максимальной длины, а также в приемопередающих узлах адаптеров.

Для расчетов используются величины задержек, представленные в таблице.

Таблица. Величины задержек для расчета двойного времени прохождения сигнала (задержки даны в битовых интервалах)

В таблице использованы следующие сокращения:

– t₀.– базовая задержка сегмента, зависит от типа сегмента (физической среды) и его положения;

– t₁.– максимальная базовая задержка сегмента при максимальной длине сегмента, зависит от типа сегмента (физической среды) и его положения;

– t_m * L – задержка, связанная с длинной сегмента (задержка среды),

где

t_m – задержка на 1 метр кабеля;

L – длинна кабеля в метрах.

Методика расчета.

1. В сети выделяется путь максимальной длины. Все дальнейшие расчеты ведутся для него. Если этот путь не очевиден, то рассчитываются все возможные пути, затем на основании этого выбирается путь максимальной длины.

2. Если длина сегмента, входящего в выбранный путь, не максимальна, то рассчитывается двойное (круговое) время прохождения (PDV) в каждом сегменте выделенного пути по формуле:

t_s = L*t_m + t_o,

где L – это длина сегмента в метрах (при этом надо учитывать, тип сегмента: начальный, промежуточный или конечный).

3. Если длина сегмента равна максимально допустимой, то из таблицы для него берется величина максимальной задержки t₁.

4. Суммарная величина задержек всех сегментов выделенного пути не должна превышать предельной величины 512 битовых интервалов.

5. Затем необходимо проделать те же действия для обратного направления выбранного пути (то есть в данном случае конечный сегмент считается начальным и наоборот). Из-за разных задержек передающих и принимающих узлов концентраторов величины задержек в разных направлениях могут отличаться (но незначительно).

6. Если задержки в обоих случаях не превышают величины 512 битовых интервалов, то сеть считается работоспособной.

Формулы для расчета значения PDV:

n – количество сегментов в максимальном пути сети;

t₀₁.– базовая задержка левого сегмента;

t_0n.– базовая задержка правого сегмента;

t_0i.– базовая задержка i-го промежуточного сегмента;

t_m1 – задержка 1 метра среды (кабеля) левого сегмента;

t_mn – задержка 1 метра среды (кабеля) правого сегмента;

t_mi – задержка 1 метра среды (кабеля) i-го промежуточного сегмента;

L₁ – длина левого сегмента;

L_n – длина правого сегмента;

L_i – длина i-го промежуточного сегмента.

Второй расчет, применяемый в модели 2, проверяет соответствие стандарту величины межпакетного интервала (IPG). Эта величина изначально не должна быть меньше, чем 96 битовых интервалов, то есть только через 9,6 мкс после освобождения сети абоненты могут начать свою передачу. Однако при прохождении пакетов (кадров) через репитеры и концентраторы межпакетный интервал может сокращаться, вследствие чего два пакета могут, в конце концов, восприниматься абонентами как один. Допустимое сокращение IPG (PVV)определено стандартом в 49 битовых интервалов (4,9 мкс).

Для вычислений PVV используются понятия начального и промежуточного сегментов. Конечный сегментне вносит вклада в значение PVV, так как пакет доходит по нему до принимающего компьютера без прохождения репитеров и концентраторов. Для вычисления PVV используется данные таблицы.

Таблица. Величины сокращения межпакетного интервала (IPG)
для разных сегментов Ethernet

Формулы для расчета значения PDV:

n – количество сегментов в максимальном пути сети;

T₁.– величина сокращения межкадрового интервала для левого сегмента;

T_i.– величина сокращения межкадрового интервала для промежуточного сегмента.

Если расчеты показывают, что сеть неработоспособна, то для преодоления этих ограничений предлагаются следующие методы:

1. Уменьшение длины кабелей с целью снижения задержки прохождения сигнала по сети (если возможно).

2. Уменьшение количества концентраторов для снижения задержек и сокращения IPG (если возможно).

3. Выбор кабеля с наименьшей задержкой. Кабели различных марок имеют разные задержки, то есть разные скорости распространения сигнала. Различия могут достигать 10%.

4. Разбиение сети на две части или более с помощью коммутатора – более радикальный метод. Коммутатор снижает требования к сети во столько раз, на сколько сегментов он разбивает сеть. Для каждой новой части сети требуется произвести расчет работоспособности еще раз. Сегмент, который присоединяет коммутатор, также входит в зону коллизий, и его надо учитывать при расчетах.

5. Переход на другую локальную сеть (самый радикальный метод). Наиболее часто в таких случаях применяют сеть FDDI, которая позволяет строить максимальные по размеру сети.

Поиск по сайту: