Разработка локальной сети

• 100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 5 или экранированной витой паре STP Type 1;
• 100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3, 4 или 5;
• 100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля, используются два волокна.

 

Рис. 1.8. Структура физического уровня Fast Ethernet

 

Для всех трех стандартов справедливы  следующие утверждения и характеристики:

• Форматы кадров технологии Fast Ethernet нe отличаются от форматов кадров технологий 10-мегабитного Ethernet, поддерживающего 4 разных типа кадров, которые имеют общий формат адресов узлов.
• Межкадровый интервал (IPG) равен 0,96 мкс, а битовый интервал равен 10 нс. Все временные параметры алгоритма доступа (интервал отсрочки, время передачи кадра минимальной длины и тому подобное), измеренные в битовых интервалах, остались прежними, поэтому изменения в разделы стандарта, касающиеся уровня MAC, не вносились.
• Признаком свободного состояния среды является передача по ней символа Idle соответствующего избыточного кода (а не отсутствие сигналов, как в стандартах Ethernet 10 Мбит/с).

Физический уровень включает три  элемента:

• уровень согласования (reconciliation sublayer);
• независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, Mil);
• устройство физического уровня (Physical layer device, PHY).

Уровень согласования нужен для  того, чтобы уровень MAC, рассчитанный на интерфейс AUI, смог работать с физическим уровнем через интерфейс МII.

Устройство физического уровня (PHY) состоит, в свою очередь, из нескольких подуровней:

• подуровня логического кодирование данных, преобразующего поступающие от уровня MAC байты в символы кода 4В/5В или 8В/6Т (оба кода используются в технологии Fast Ethernet);
• подуровней физического присоединения и подуровня зависимости от физической среды (PMD), которые обеспечивают формирование сигналов в соответствии с методом физического кодирования, например NRZI или MLT-3;
• подуровня автопереговоров, который позволяет двум взаимодействующим портам автоматически выбрать наиболее эффективный режим работы, например, полудуплексный или полнодуплексный (этот подуровень является факультативным).

Интерфейс МII поддерживает независимый от физической среды способ обмена данными между подуровнем MAC и подуровнем PHY. Этот интерфейс аналогичен по назначению интерфейсу AUI классического Ethernet, за исключением того, что интерфейс AUI располагался между подуровнем физического кодирования сигнала (для любых вариантов кабеля использовался одинаковый метод физического кодирования - манчестерский код) и подуровнем физического присоединения к среде, а интерфейс МII располагается между подуровнем MAC и подуровнями кодирования сигнала, которых в стандарте Fast Ethernet три - FX, ТХ и Т4.

1.2.5. Физический уровень 100Base-TX

В качестве среды передачи данных спецификация 100Base-TX использует кабель UTP категории 5 или кабель STP Type 1. Максимальная длина кабеля в обоих случаях - 100 м.

В спецификации 100Base-TX стандарта Fast Ethernet определен метод кодирования - 4В/5В. При этом методе каждые 4 бита данных подуровня MAC (называемых символами) представляются 5 битами. Избыточный бит позволяет применить потенциальные коды при представлении каждого из пяти бит в виде электрических или оптических импульсов. Существование запрещенных комбинаций символов позволяет отбраковывать ошибочные символы, что повышает устойчивость работы сетей с l00Base-TX.

Для отделения кадра Ethernet от символов Idle используется комбинация символов Start Delimiter (пара символов J (11000) и К (10001) кода 4В/5В, а после завершения кадра перед первым символом Idle вставляется символ Т (рис. 1.9).

 

 

Рис. 1.9. Непрерывный поток данных спецификации 100Base-ТХ

 

После преобразования 4-битовых порций кодов MAC в 5-битовые порции физического уровня их необходимо представить в виде оптических или электрических сигналов в кабеле, соединяющем узлы сети. Спецификация 100Base-TX использует для этого методы физического кодирования MLT-3.

Имеется функция автопереговоров (Auto-negotiation) для выбора режима работы порта. Схема автопереговоров позволяет двум соединенным физически устройствам, которые поддерживают несколько стандартов физического уровня, отличающихся битовой скоростью и количеством витых пар, выбрать наиболее выгодный режим работы. Обычно процедура автопереговоров происходит при подсоединении сетевого адаптера, который может работать на скоростях 10 и 100 Мбит/с, к концентратору или коммутатору.

Описанная ниже схема Auto-negotiation сегодня является стандартом технологии 100Base-T. Принятую в качестве стандарта схему Auto-negotiation предложила первоначально компания National Semiconductor под названием NWay.

Всего в настоящее время определено 5 различных режимов работы, которые  могут поддерживать устройства l00Base-TX или 100Base-T4 на витых парах:

• 10Base-T - 2 пары категории 3;
• 10Base-T full-duplex - 2 пары категории 3;
• 100Base-TX - 2 пары категории 5 (или Type 1A STP);
• 100Base-T4 - 4 пары категории 3;
• 100Base-TX full-duplex - 2 пары категории 5 (или Type 1A STP).

Режим 10Base-T имеет самый низкий приоритет при переговорном процессе, а полнодуплексный режим 100Base-TX - самый высокий. Переговорный процесс происходит при включении питания устройства, а также может быть инициирован в любой момент модулем управления устройства.

Устройство, начавшее процесс auto-negotiation, посылает своему партнеру пачку специальных  импульсов Fast Link Pulse burst (FLP), в котором содержится 8-битное слово, кодирующее предлагаемый режим взаимодействия, начиная с самого приоритетного, поддерживаемого данным узлом.

Если узел-партнер поддерживает функцию auto-negotuiation и также может  поддерживать предложенный режим, он отвечает пачкой импульсов FLP, в которой подтверждает данный режим, и на этом переговоры заканчиваются. Если же узел-партнер может поддерживать менее приоритетный режим, то он указывает его в ответе, и этот режим выбирается в качестве рабочего. Узел, который поддерживает только технологию l0Base-T, каждые 16 мс посылает манчестерские импульсы для проверки целостности линии, связывающей его с соседним узлом. Такой узел не понимает запрос FLP, который делает ему узел с функцией Auto-negotiation, и продолжает посылать свои импульсы. Узел, получивший в ответ на запрос FLP только импульсы проверки целостности линии, понимает, что его партнер может работать только по стандарту 10Base-T, и устанавливает этот режим работы и для себя.

1.2.6. Повторители первого и второго класса

Повторители Fast Ethernet делятся на два класса. Повторители первого поддерживают все типы логического кодирования данных: как 4В/5В, так и 8В/6Т. Повторители второго класса поддерживают только какой-либо один тип логического кодирования - либо 4В/5В, либо 8В/6Т. То есть повторители первого класса позволяют выполнять трансляцию логических кодов с битовой скоростью 100 Мбит/с, а повторителям второго класса эта операция недоступна.

Поэтому повторители первого класса могут иметь порты всех трех типов физического уровня: 100Base-TX, 100Base-FX и 100Base-T4. Повторители второго класса имеют либо все порты 100Base-T4, либо порты l00Base-TX и l00Base-FX, так как последние используют один логический код 4В/5В.

В одном домене коллизий допускается  наличие только одного повторителя первого класса. Это связано с тем, что такой повторитель вносит большую задержку при распространении сигналов из-за необходимости трансляции различных систем сигнализации - 70 bt.

Повторители второго класса вносят меньшую задержку при передаче сигналов: 46 bt для портов TX и 33,5 bt для портов Т4. Поэтому максимально может быть два повторителя второго класса в домене коллизий, причем они должны быть соединены между собой кабелем не длиннее 5 метров.

Небольшое количество повторителей Fast Ethernet не является серьезным препятствием при построении больших сетей, так  как применение коммутаторов и маршрутизаторов делит сеть на несколько доменов коллизий, каждый из которых будет строиться на одном или двух повторителях. Общая длина сети не будет иметь в этом случае ограничений.

1.2.7. Стеки концентраторов

Концентраторы можно наращивать посредством установки в стек или в шасси. Стековый концентратор можно рассматривать как повторитель с предусмотренной в нем возможностью расширения. Стековые концентраторы создаются обычно на основе повторителей первого класса, так как упомянутые ограничения на время задержки долгое время затрудняли создание стековых концентраторов на основе повторителей второго класса. Они состоят из нескольких независимых устройств, вообще говоря, с произвольным числом портов каждое. Помимо обычных портов такой повторитель имеет внешнее соединение для подключения других повторителей. Как и обычный повторитель, стековый концентратор является разделяемым устройством, поэтому, чем больше портов, тем меньше доступная каждому из них пропускная способность.

Купив один концентратор с требуемым числом портов, администратор может потом постепенно наращивать его по мере необходимости. Такая расширяемость вкупе с невысокой ценой за порт делает стековые концентраторы весьма привлекательными устройствами для создания разделяемой сети Fast Ethernet. Однако стековые концентраторы наращиваются не до бесконечности. В первую очередь это ограничение касается максимального количества повторителей в стеке. Высота стека во многом зависит от объединительной шины и, как правило, не превышает восьми устройств. Концентраторы в виде шасси представляют собой корпус с контактной панелью и несколькими слотами для установки модулей, причем зачастую последними могут быть повторители, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы не только для Ethernet, Fast Ethernet, но и для других технологий типа Token Ring, FDDI, т. е. они являются своеобразными "концентраторами концентраторов". Они характеризуются высокой отказоустойчивостью, расширяемостью, модернизируемостью и, как следствие, высокой ценой.

Глава 2. Схема локальной сети Ethernet здания

2.1. Разработка схемы локальной  сети Ethernet

Сервер находится на втором этаже  в комнате № 207, а в коридоре возле двери в серверную комнату  расположен первый настенный шкаф, в котором расположены два  концентратора, которые объединены в стек. К этим двум концентраторам подсоединены все комнаты на втором этаже. Второй стек, также состоящий из двух концентраторов, находится во втором настенном шкафу возле комнаты №107, рядом с шахтой. К нему подсоединены все комнаты на первом этаже. Первый стек соединен со вторым кабелем длиной пять метров. В каждом настенном шкафу будут размещены по две 24-портовые патч-панели соединенные с концентрами патч-кордами UTP-5 длиной 0,5 метров. Сетевые адаптеры соединены с розетками с помощью патч-кордов UTP 5 длиной 1,5 м.

  В коридоре провод расположен  на высоте три метра. Розетки  в комнатах расположены на  высоте одного метра, в непосредственной близости от рабочего места. Подсчитаем необходимую длину кабеля на двух этажах.

В таблицах 2.1 и 2.2 приведены расстояния от каждого рабочего места до ближайшего концентратора на 1 и 2 этажах соответственно. Просуммировав все значения из этих таблиц мы получим количество витой пары, необходимое для прокладки локальной сети.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.1

Длины сегментов сети первого этажа

Комната №	Рабочее место №	Длина кабеля
101	1	17
101	2	21
101	3	22
101	4	23
102	1	29
102	2	32
103	1	72
103	2	73
104	1	58
104	2	59
105	1	47
105	2	51
105	3	52
105	4	53
106	1	18
106	2	22
106	3	23
106	4	24
107	1	25
107	2	24
107	3	26
108	1	81
108	2	82
109	1	63
109	2	64
110	1	53
110	2	57
110	3	58
111	1	7
111	2	11
111	3	12
111	4	13
	Всего:	1272

 

 

Таблица 2.2

 

Длины сегментов сети второго этажа

Комната №	Рабочее место №	Длина кабеля
201	1	17
201	2	21
201	3	22
201	4	23
202	1	29
202	2	32
203	1	72
203	2	73
204	1	58
204	2	59
205	1	47
205	2	51
205	3	52
205	4	53
206	1	18
206	2	22
206	3	23
206	4	24
207	1	24
208	1	81
208	2	82
209	1	63
209	2	64
210	1	53
210	2	57
210	3	58
211	1	7
211	2	11
211	3	12
211	4	13
	Всего:	1221