5 Проектування мережі ethernet
При створенні нової мережі підприємства необхідно враховувати такі фактори [6, 15, 16]:
- необхідний розмір мережі (в найближчому майбутньому та за прогнозом на перспективу);
- необхідну структуру, ієрархію та основні частини мережі (по підрозділах підприємства, а також по кімнатах, поверхах та будинках підприємства);
- основні напрями та інтенсивність інформаційних потоків (в найближчому майбутньому та в дальній перспективі);
- технічні характеристики обладнання (комп'ютерів, адаптерів, кабелів, репітерів, концентраторів, комутаторів) та його вартість;
- можливості прокладання кабельної системи у приміщеннях та між ними, а також заходи забезпечення цілісності кабелю;
- забезпечення обслуговування мережі та контролю за її безвідмовністю та безпекою;
- вимоги до програмних засобів щодо допустимого розміру мережі, швидкості, гнучкості, розмежування прав доступу, вартості, можливості контролю за обміном інформацією тощо;
- необхідність підключення до глобальних мереж або інших локальних мереж.
Цілком можливо, що після вивчення всіх перерахованих і неперелічених факторів з'ясується, що цілком можна обійтися взагалі без мережі, уникнувши тим самим досить великих витрат на апаратуру та програмне забезпечення, на встановлення та експлуатацію мережі, на зарплату обслуговуючого персоналу, на підтримку, ремонт і т.д. . Наприклад, якщо є всього кілька користувачів, які працюють на своїх комп'ютерах автономно і лише іноді обмінюються файлами, то мережа цілком може замінити звичайна дискета (це і дешевше, і набагато менш клопітно).
Мережа породжує безліч додаткових проблем у порівнянні з автономними комп'ютерами: від найпростіших механічних (комп'ютери, підключені до мережі, складніше переносити змісця на місце) до складних інформаційних (необхідність контролювати ресурси, що спільно використовуються, запобігати зараженню мережі вірусами). До того ж користувачі мережі вже не такі незалежні, як користувачі автономних комп'ютерів, їм треба дотримуватися певних правил, підкорятися встановленим вимогам, яким їх потрібно навчити.
Нарешті, мережа гостро ставить питання безпеки інформації, захисту від несанкціонованого доступу, адже з будь-якого комп'ютера мережі можна вважати дані із загальних мережевих дисків. Захистити один комп'ютер або навіть кілька одиночних комп'ютерів у будь-якому випадку набагато простіше, ніж ціла мережа. Тому приступати до встановлення мережі доцільно лише тоді, коли без мережі робота стає просто неможливою, непродуктивною, коли відсутність міжкомп'ютерного зв'язку гальмує роботу та стримує розвиток справи.
5.1 Вибір та оцінка конфігурації мережі Ethernet
При виборі конфігурації мережі Ethernet, що складається з різних типів сегментів, виникає багато питань, пов'язаних насамперед з максимально допустимим розміром (діаметром) мережі і максимально можливим числом різних елементів. Мережа буде працездатною лише в тому випадку, якщо максимальна затримка розповсюдження сигналу в ній не перевищуватиме граничної величини. Ця величина визначається вибраним методом управління обміном CSMA/CD, заснованим на виявленні колізій [4, 12].
Чітке розпізнавання колізій усіма станціями мережі є необхідною умовою коректної роботи мережі Ethernet. Якщо яка-небудь станція, що передає, не розпізнає колізію і вирішить, що кадр даних нею переданий правильно, то цей кадр даних буде втрачений. Через накладення сигналів при колізії інформація кадру спотвориться, і він буде відбракований приймальною станцією (можливо черезрозбіжності контрольної суми). Швидше за все, спотворена інформація буде повторно передана будь-яким протоколом верхнього рівня, наприклад, транспортним або прикладним, що працює з встановленням з'єднання. Але повторна передача повідомлення протоколами верхніх рівнів відбудеться через значно більший інтервал часу (іноді навіть за кілька секунд) порівняно з мікросекундними інтервалами, якими оперує протокол Ethernet. Тому якщо колізії не будуть надійно розпізнаватись вузлами мережі Ethernet, це призведе до помітного зниження корисної пропускної спроможності цієї мережі.
Для надійного розпізнавання колізій має виконуватися таке співвідношення:
деТmin- час передачі кадру мінімальної довжини;
tPDV- час, за який сигнал колізії встигає поширитися до найдальшого вузла мережі.
Так як у гіршому випадку сигнал повинен пройти двічі між найбільш віддаленими один від одного станціями мережі (в один бік проходить неспотворений сигнал, а по дорозі назад поширюється вже спотворений колізією сигнал), то цей час називається часомподвійного обороту(PathDelayValue,PDV).
При виконанні цієї умови передавальна станція повинна встигати виявити колізію, яку викликав переданий її кадр ще до того, як вона закінчить передачу цього кадру.
Очевидно, що виконання цієї умови залежить, з одного боку, від довжини мінімального кадру та пропускної спроможності мережі, а з іншого боку, від довжини кабельної системи мережі та швидкості поширення сигналу в кабелі (для різних типів кабелю ця швидкість дещо відрізняється).
Всі параметри протоколу Ethernet підібрані таким чином, щоб при нормальній роботі вузлів мережі колізії завждичітко розпізнавались. При виборі параметрів, звичайно, враховувалося і наведене вище співвідношення, що пов'язує між собою мінімальну довжину кадру та максимальну відстань між станціями у сегменті мережі.
У стандарті Ethernet прийнято, що мінімальна довжина поля даних кадру становить 46 байтів (що разом із службовими полями дає мінімальну довжину кадру 64 байти, а разом із преамбулою - 72 байти або 576 бітів). Звідси можна визначити обмеження на відстань між станціями.
Після закінчення передачі кадру всі вузли мережі повинні витримати технологічну паузу (InterPacketGap) 9,6 мкс. Ця пауза, звана також міжкадровим інтервалом, потрібна для приведення мережевих адаптерів у вихідний стан, а також для запобігання монопольному захопленню середовища однією станцією. Після закінчення технологічної паузи вузли мають право розпочати передачу свого кадру, оскільки середовище вільне.
Дотримання численних обмежень, встановлених для різних стандартів фізичного рівня мереж Ethernet, гарантує конкретну роботу мережі (звісно, при справному стані всіх елементів фізичного рівня).
Найчастіше доводиться перевіряти обмеження, пов'язані з довжиною окремого сегмента кабелю, а також кількістю повторювачів та загальною довжиною мережі. Правила «5-4-3» для коаксіальних мереж та «4 хабів» для мереж на основі крученої пари та оптоволокна не лише дають гарантії працездатності мережі, а й залишають великий «запас міцності» мережі. Наприклад, якщо прорахувати час подвійного обороту в мережі, що складається з 4 повторювачів 10 Base-5 і 5 сегментів максимальної довжини 500 м, виявиться, що воно становить 537 бітових інтервалів. А оскільки час передачі кадру мінімальної довжини, що складається разом із преамбулою з 72 байтів, 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 додаткові бітові інтервали створюють достатній запас надійності.
Комітет IEEE 802.3 наводить вихідні дані про затримки, що вносяться повторювачами та різними середовищами передачі даних, для тих фахівців, які хочуть самостійно розраховувати максимальну кількість повторювачів та максимальну загальну довжину мережі, не задовольняючись тими значеннями, які наведені у правилах «5-4-3» та «4 хабів». Особливо такі розрахунки корисні для мереж, що складаються із змішаних кабельних систем, наприклад, коаксіалу та оптоволокна, на які правила про кількість повторювачів не розраховані. При цьому максимальна довжина кожного окремого фізичного сегмента повинна відповідати стандарту, тобто 500 м для «товстого» коаксіалу, 100 м для витої пари і т.д.
Щоб мережа Ethernet, що складається із сегментів різної фізичної природи, працювала коректно, необхідно виконання чотирьох основних умов:
- кількість станцій у мережі не більше 1024;
- максимальна довжина кожного фізичного сегмента не більша за величину, визначену у відповідному стандарті фізичного рівня;
- час подвійного обороту сигналу (PartDelayValue,PDV) між двома найвіддаленішими один від одного станціями мережі не більше 575 бітових інтервалів;
- скорочення міжкадрового інтервалу IPG (PartVariabilityValue, PVV) при проходженні послідовності кадрів через усі повторювачі має бути не більше 49 бітових інтервалів. Так як при відправці кадрів кінцеві вузли забезпечують початкову міжкадрову відстань в 96 бітових інтервалів, то після проходження повторювача вона повинна бути не меншою ніж96-49 = 47 бітових інтервалів.
Для спрощення розрахунків зазвичай використовуються довідкові дані IEEE, що містять значення затримок поширення сигналів у повторювачах, приймачів та різних фізичних середовищах. У табл. 5.1 наведено дані, необхідні для розрахунку значенняtPDVдля всіх фізичних стандартів мереж Ethernet. Величини затримок сигналу для розрахунку PDV наводяться в бітових інтервалах.
Комітет 802.3 намагався максимально спростити виконання розрахунків, тому дані, наведені у таблиці, включають відразу кілька етапів проходження сигналу. Наприклад, затримки, що вносяться повторювачем, складаються із затримки вхідного трансівера, затримки блоку повторення та затримки вихідного трансівера. Проте у таблиці всі ці затримки представлені однією величиною, названою базою сегмента.
Таблиця 5.1 - Дані для розрахунку значення часу подвійного обороту