Физическая среда Ethernet. Производительность Ethernet. Спецификации физической среды Ethernet.

Сегодняшний наш урок будет продолжением изучения первой и самой старейшей технологии - Ethernet, которая, начиная со стандарта 802.3, стала все более и более усовершенствоваться и привела к появлению новых разработок, улучшенных ее версий, о которых мы также поговорим, это технологии - Fast Ethernet (802.3u) Gigabit Ethernet (802.3z). Эти технологии даже не стали выделять в отдельный стандарт, они вошли в стандарт Ethernet (802.3) как его подстандарты. Но самое главное, чему мы сегодня уделим все наше внимание - это спецификации физической среды MAC уровня Ethernet.

Прежде чем перейти к изучению физической среды технологии Ethernet (802.3), поговорим еще немного об ее производительности. В прошлый раз мы уже затронули этот вопрос, но хотелось бы еще раз обратить на него ваше внимание.

Итак, что мы уже узнали о технологии Ethernet?.

Во-первых, то, что для передачи двоичной информации по кабелю для всех вариантов физического уровня технологии Ethernet используется манчестерский код.

Во-вторых, что все виды стандартов Ethernet используют один и тот же метод разделения среды передачи данных - метод CSMA/CD - метод доступа к разделяемой среде с контролем несущей и обнаружением коллизий. Этот метод организовывает работу сети Ethernet следующим образом:

- с одной стороны,

каждая станция сети прослушивает, занят ли кабель (есть несущая в кабеле?). Если кабель свободен (несущая не обнаружена), станция сети начинает передавать кадр. Причем каждая такая передача ограничена в своей продолжительности (потому что, существует максимальный размер кадра). Более того, оборудование должно делать небольшие паузы между передачами пакетов (межкадровые интервалы IPG), чтобы не получилось так, что сеть используется одной парой станций, и чтобы другие тоже имели возможность доступа к сети.

- с другой стороны,

каждая станция сети наблюдает за состоянием кабеля, когда он передает, чтобы узнать, когда другой сигнал помешал его передаче. На техническом языке такое слежение называется обнаружением коллизий. Как только коллизия обнаружена, станция аварийно завершает передачу, посылает jam-последовательность (32-битовую последовательность) для оповещения остальных о возникновении этой "неприятности", ждет конца работы других станций и снова пытается повторить передачу. При этом нужно соблюдать осторожность, иначе сеть может оказаться перегруженной узлами, впустую пытающимися передавать, причем каждая передача будет приводить к коллизии. Чтобы избежать таких ситуаций, Ethernet использует случайную паузу. Эта пауза образуется при каждой коллизии следующим образом: интервал 512 bt (интервал отсрочки) умножается на случайное число, выбранное с некоторой вероятностью из диапазона [0, 2^N]. N - это число попыток передать кадр - от 0 до 10 раз. После десятой попытки величина случайной паузы не меняется. А после 16-й попытки передачи кадр просто отбрасывается.

Идея использовать случайную паузу послужила выходом из ситуации, когда возможно, что большое число станций при возникновении коллизии начнет пытаться передавать одновременно и тогда могут возникать большие помехи для трафика всей сети. При таких помехах существует большая вероятность того, что две станции выберут похожие времена задержки. Поэтому вероятность того, что возникнет новая коллизия, велика. А с помощью удвоения случайного времени задержки после каждой следующей попытки повторной передачи станций, эти попытки распределяются на достаточно большой промежуток времени. И тогда вероятность дальнейших коллизий будет крайне маленькой.

Мы с вами рассчитывали в прошлом уроке производительность сети Ethernet при различной степени нагрузки:

при передаче максимального количества кадров минимальной длины (72 байт) по сегменту Ethernet, полезная пропускная способность сети составляет 5,48 Мбит/с.

при передаче кадров максимальной длины, что увеличивает нагрузку на сеть полезная пропускная способность повышается и равна 9,76 Мбит/с.

Но в реальной передаче кадров несколькими узлами сети существует еще и время ожидания доступа к сети и, что самое главное - возникают коллизии. Следует четко представить, что в сети, которая использует метод CSMA/CD вероятность возникновения коллизий растет с ростом нагрузки на сеть. Итак, если пронаблюдать за эффективностью сети Ethernet в процессе работы, то можем заметить такую картину:

В какой-то начальный момент времени, если мы начнем увеличивать нагрузку (количество передаваемых кадров) сети, то и эффективность сети будет увеличиваться. Но не стоит забывать, что одновременно растет и вероятность возникновения коллизий. Таким образом, при каком-то значении максимальной нагрузки на сеть будет возникать и максимальное количество коллизий. Поэтому начнутся "простои" сети, эффективность сети упадет до нуля. Сеть просто перестанет передавать полезную пользовательскую информацию и начнет работать "на себя", обрабатывая коллизии. Этот процесс можно продемонстрировать таким рисунком.

Очевидно, что в реальных сетях Ethernet при 100% нагрузке, будет наблюдаться 100%-я вероятность коллизий. В идеале эффективность сети должна расти пропорционально нагрузке. На практике же из-за влияния коллизий и задержек на пропускную способность Ethernet полезная эффективность сети будет находиться в пределах 40-60%.

Ну, вот теперь, когда мы разобрались с вами с возможностями MAC уровня Ethernet, перейдем к знакомству с другим не маловажным вопросом:

какие технологии физического уровня использует MAC уровень Ethernet.

Итак, давайте по порядку возникновения этих технологий начнем рассматривать те стандартные методы и средства физического уровня, которые позволяют осуществлять различные конфигурации сетей Ethernet.

Опять немного вернемся к истории. Первые сети Ethernet были созданы на коаксиальном кабеле диаметром 0.5 дюйма (около 12,5 мм). Но затем, поскольку появилось много новых разработок в области изготовления кабелей - новые технологии, новые материалы, новые способы передачи данных. Ethernet стал стараться использовать эти новинки и у себя в сети. Для этого для него нужно было определить стандартные спецификации, которые позволили бы использовать различные среды передачи данных.

В итоге комитет 802.3 разработал четыре стандартные спецификации физического уровня 10- мегабитных сетей Ethernet. Все они реализуют различные 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 (Unshielded Twisted Pair, 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).

Все названия этих спецификаций включают следующие значения, согласно стандарту IEEE 802.3 -

10 - битовая скорость передачи данных этих стандартов - 10 Мбит/с,

Base - метод передачи на одной базовой частоте 10 МГц (в отличие от методов, использующих несколько несущих частот, которые называются Broadband - широкополосными).

Последний символ в названии стандарта физического уровня обозначает тип кабеля: 10Base-5 - сегменты по 500 м (5 раз по 100 м), 10Base-2 - сегменты по 185 м (приблизительно 200 м), 10Base-Т - кабель на основе неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair, UTP), 10Base-F - оптоволоконный кабель (fiber - волокно).

Метод доступа CSMA/CD и временные параметры остались одними и теми же для любой из спецификаций физической среды технологии Ethernet

Стандарт 10Base-5

Стандарт 1OBase-5 - это самый "старый" из всех стандартов сети, его называют - классический Ethernet. Стандарт 1OBase-5 использует типичную топологию - "общая шина".

Итак, стандарт 1OBase-5 - это коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом, диаметром центрального медного провода 2,17 мм и внешним диаметром около 12 мм (0,5 дюйма), в народе именуемый - "толстый" Ethernet. Такими характеристиками обладают кабели марок RG-8 и RG-11.

Давайте, рассмотрим вариант Ethernet, построенный по стандарту 1OBase-5. Для стандарта 1OBase-5 различные компоненты сегментов сети соединяются повторителями с помощью толстого коаксиала, как показано ниже.

Все станции каждого сегмента сети (в нашем случае их два) присоединены к единому коаксиальному кабелю - разделяемому каналу передачи данных. На каждый сегмент сети существуют следующие ограничения:

- сегмент кабеля имеет максимальную длину 500 м (без повторителей); - сегмент кабеля должен иметь на концах согласующие терминаторы сопротивлением 50 Ом, поглощающие распространяющиеся по кабелю сигналы и препятствующие возникновению отраженных сигналов. При отсутствии терминаторов ("заглушек") в кабеле возникают стоячие волны, так что одни узлы получают мощные сигналы, а другие - настолько слабые, что их прием становится невозможным. Общий вид и монтаж терминаторов мы рассмотрим с вами несколько позже, когда познакомимся со следующим стандартом - 10Base-2. Это еще не все ограничения, мы будем говорить о них по ходу урока, а пока отметим, вот что:

Стандарт 1OBase-5 определяет, что каждая станция подключается к кабелю с помощью приемопередатчика - трансивера (transmitter+Teceiver = transceiver- приемник+передатчик).

Трансивер

Трансивер - это электронное устройство, которое устанавливается непосредственно на кабеле и питается от сетевого адаптера компьютера. Он позволяет станции передавать данные в, и получать из общей сетевой среды передачи. Трансивер подсоединяется к кабелю методом прокалывания. На рисунке показано, каким образом каждый компьютер сегмента сети через свой сетевой адаптер присоединяется к кабелю с помощью трансивера.

Дополнительно, трансиверы Ethernet определяют коллизии в среде и обеспечивают электрическую изоляцию между станциями.

К сетевому адаптеру компьютера трансивер присоединяется с помощью интерфейсного кабеля, который называется AUI (Attachment Unit Interface).

AUI - это кабель длиной до 50 м, состоящим из 4 витых пар. Для этого соединения необходимо, чтобы сетевой адаптер имел разъем стандарта AUI.

Специальный интерфейс AUI между трансивером и остальной частью сетевого адаптера создан специально, чтобы с легкостью осуществлять переход с одного типа кабеля на другой. При возникновении такой необходимости достаточно только заменить трансивер, а остальная часть сетевого адаптера остается неизменной. Почему неизменной? Потому как именно эта часть работает с MAC уровнем Ethernet, который не изменился. Единственная забота - чтобы новый трансивер (например, Трансивер для витой пары) поддерживал стандартный интерфейс AUI. Для присоединения к интерфейсу AUI используется разъем DB-15.

На подключение трансиверов также существуют ограничения:

- по стандарту допускается подключение к одному сегменту не более 100 трансиверов.

- Расстояние между подключениями трансиверов не должно быть меньше 2,5 м.

На самом кабеле имеется специальная разметка через каждые 2,5 м, которая обозначает точки подключения трансиверов. В кабелях всегда могут возникать стоячие волны, которые существенно искажают сигнал при передаче. Но, если выдерживать подсоединение компьютеров в соответствии с этой разметкой, то это существенно ослабит влияние стоячих волн в кабеле на сетевые адаптеры.

Итак, делаем маленькое заключение:

Трансивер - это часть сетевого адаптера, которая выполняет следующие функции:

1 - прием и передача данных с кабеля на кабель;

2 - определение коллизий на кабеле;

3 - электрическая развязка между кабелем и остальной частью адаптера;

4 - защита кабеля от некорректной работы сетевого адаптера.

О всех выше перечисленных функциях мы упомянули выше, кроме последней. Что значит - некорректная работа сетевого адаптера?

Дело в том, что сетевой адаптер устроен таким образом, что как только возникает какая-либо неисправность, он может начать выдавать в кабель непрерывную последовательность случайных сигналов. Само собой, очевидно, чем это грозит для передаваемых в это время данных. Ведь кабель у нас один на всех - общая среда, поэтому просто-напросто получится так, что компьютер со своим неисправным адаптером заблокирует весь кабель и соответственно всю сеть. Чтобы этого не случилось, на выходе передатчика 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. Эту функцию иногда называют "контролем болтливости", что является буквальным переводом соответствующего английского термина (jabber control). Максимальное время передачи кадра (вместе с преамбулой) равно 1221 мкс, а время jabber-контроля стараются выбирать с запасом, где-то порядка 4000 мкс (4 мс). В итоге трансивер успевает за это время исключать возможные неприятности при неисправности сетевого адаптера станции в сети.

Схемотехнически трансивера состоит из:

передатчика и приемника, которые присоединяются к одной точке на кабеле с помощью специальной схемы, например трансформаторной. Такая схема организовывает одновременную передачу и прием сигналов с кабеля.

детектора 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.

развязывающих элементов (РЭ), которые 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.

Но, мы с вами познакомились еще не со всем тем "арсеналом" оборудования, с которым работает стандарт 10Base-5:

Помимо трансивера, стандарт 10Base-5 использует для соединения в сети нескольких сегментов кабеля специальные электронные устройства - репитеры.

Давайте рассмотрим, какие возможности предоставляет нам эти устройства.

Повторители

Мы с вами уже не один раз отмечали, что длина сети не ограничивается максимальной длиной кабеля, то есть, что сеть можно при желании увеличить, добавляя к ней новые участки кабеля с подключенными к нему станциями. Конечно же, очевидно, что при наращивании длины кабеля информационные электрические импульсы при передаче от одного конца кабеля к другому, под влиянием его характеристик (коэффициента затухания), будет существенно искажаться и к концу линии передачи может совсем потерять свою исходную форму. Поэтому нужно периодически его восстанавливать к исходной форме (амплитуды и частоты). Для этого и существует - повторитель (репитер, от английского repeator).

Репитер (repeater) - это устройство, которое принимает сигналы из одного сегмента кабеля и побитно синхронно повторяет их в другом сегменте, улучшая форму и мощность импульсов, а также синхронизируя импульсы.

Схемотехнически повторитель состоит из двух (или нескольких) трансиверов, которые присоединяются к сегментам кабеля, а также блока повторения со своим тактовым генератором.

Для лучшей синхроннизации передаваемых бит повторитель задерживает передачу нескольких первых бит преамбулы кадра, за счет чего увеличивается задержка передачи кадра с сегмента на сегмент, а также несколько уменьшается межкадровый интервал IPG.

Итак, основная функция репитера - улучшать электрические характеристики сигналов и их синхронность, и за счет этого увеличивать общую длину кабеля между самыми удаленными в сети станциями.

Но, кроме этого репитеры так же могут выполнять функцию, называемую "разделение", которая позволяет обнаруживать коллизии в кабеле.

- если репитер определяет большое количество коллизий, происходящих на одном из портов, он делает вывод, что произошла авария где-то на этом сегменте, и изолирует его от остальной сети.

Эта функция предотвращает распространение ошибок одного сегмента на всю сеть.

К сожалению, помимо всех удобств, которые приносит репитер в сеть Ethernet, он обладает существенным недостатком - задержкой распространения сигналов по сети.

Мы уже определили, что все сети Ethernet, не зависимо от спецификаций физического уровня используют метод доступа CSMA/CD ("Carrier Sense Multiple Access, with Collision Detection"). Мы также определили и то, что для нормальной работы сети Ethernet, необходимо иметь возможность определять возникновение коллизии.

Метод CSMA/CD позволяет определить возникновение коллизии, сравнивая данные, находящиеся в сети, с тем, что должны были отправить в сеть. При любом отличии, фиксируется, что произошла коллизия (одновременная передача двумя устройствами) и передача немедленно прекращается. Затем после случайной паузы повторяется попытка передачи.

Надо отметить, что посылаемые биты, не могут сразу мгновенно попасть по проводам и через каждый репитер на все точки сети. Только через некоторый отрезок времени сигнал попадет в сеть. Можно ли определить какое время этой задержки? Да, это время действительно можно измерить.

Время задержки между моментом отправки сигнала и его реальным "попаданием" на все точки сети называется "задержкой распространения" ("Propagation Delay").

Так вот, вся проблема в том, что если значение двойного оборота "задержки распространения" между источником сигнала и наиболее удаленным источником сети больше, чем размер наименьшего кадра, тогда метод CSMA/CD не сможет правильно определить коллизию. То есть, при таких условиях кадры просто не будут "успевать" проходить в сеть. Из-за того, что кадры в сети начнут "теряться", то и все данные в сети будут искажаться.

Применение повторителей только увеличивает время распространения сигнала, как уже было сказано, для надежного распознавания коллизий двойная задержка распространения не должна превышать время передачи кадра минимальной длины, то есть кадра в 72 байт или 576 бит. Учитывая такие неприятные особенности как метода CSMA/CD, так и используемых репитеров, следует ограничение на количество их использования в сети. Это ограничение выросло в целое отдельное практическое правило.

Стандарт установил - использовать в сети не более 4 повторителей и, соответственно, не более 5 сегментов кабеля.

Итак, давайте рассчитаем. Если известно, что стандарт 10Base-5 имеет максимальную длину сегмента кабеля - 500 м, то ограничение не более 5 сегментов, даст максимальную длину сети 10Base-5 - 2500 м.

Из этих 5-ти сегментов, только 3 сегмента могут быть нагруженными, то есть такими, к которым подключаются конечные узлы сети.

Между нагруженными сегментами должны быть ненагруженные сегменты. Таким образом, вырисовывается следующая картина максимальной конфигурации сети Ethernet стандарта 10Base-5:

два нагруженных крайних сегмента, которые соединяются ненагруженными сегментами еще с одним центральным нагруженным сегментом.

Итак, ограничение на использование репитеров в сети Ethernet было сформулировано в отдельное правило, под названием "правило 5-4-З".

"Правило 5-4-З" - 5 сегментов, 4 повторителя, 3 нагруженных сегмента.

Это то, что касается использования репитеров. Теперь о непосредственном их подключении к кабелю сети:

Каждый повторитель подключается к сегменту одним своим трансивером, поэтому к нагруженным сегментам можно подключить не более 99 узлов.

Итак, очевидно, что к крайним нагруженным сегментам можно подключитьне более 99 узлов, а к промежуточному сегменту не более 98 узлов. Поэтому число конечных узлов в сети 10Base-5 таким образом, составляет 296 узлов.

Итак, давайте подитожим все, что мы узнали о стандарте 10Base-5.

Стандарт 10Base-5 - это сети на толстом коаксиальном кабеле (толстый Ethernet) обычно используют топологию "общая шина". Главный кабель, к которому присоединяются трансиверы с подключенными к ним рабочими станциями и репитерами называют еще магистралью, или магистральным сегментом. Все основные параметры представлены ниже в таблице:

Используемая топология	Общая шина
Используемый провод	Коаксиальный кабель толстый с волновым сопротивлением 50 Ом.
Максимальная длина сегмента (отрезок сети без повторителя)	500метров
Минимальное расстояние между точками подключения	2,5 метра
Максимальное количество точек подключения к сегменту	100
Максимальное количество сегментов сети;	5
Максимальное число узлов в сети	296

К достоинствам стандарта 10Base-5 относят:

хорошая защищенность кабеля от внешних воздействий;

сравнительно большое расстояние между узлами;

возможность простого перемещения рабочей станции в пределах длины кабеля AUI.

Недостатками 10Base-5 являются:

высокая стоимость кабеля;

сложность его прокладки из-за большой жесткости;

потребность в специальном инструменте для заделки кабеля;

остановка работы всей сети при повреждении кабеля или плохом соединении;

необходимость заранее предусмотреть подводку кабеля ко всем возможным местам установки компьютеров.

Помимо того этот стандарт самый "старый" из всех существующих. В настоящее время затруднительно найти в продаже новое оборудование для построения сети на этом стандарте

Стандарт 10Base-2

Стандарт 10Base-2 использует в качестве передающей среды коаксиальный кабель с диаметром центрального медного провода 0,89 мм и внешним диаметром около 5 мм - это "тонкий" Ethernet. Кабель имеет волновое сопротивление 50 Ом. Такими характеристиками обладают кабели марок RG-58/U, RG-58 A/U, RG-58 C/U.

Стандарт 10Base-2 имеет много общего со стандартом 10Base-5, в частности, он использует также топологию "общая шина". Но из-за качественных отличий кабеля в этих двух стандартах, этот стандарт предполагает другие особенности конфигурации сети Ethernet.

Мы с вами говорили еще в прошлых уроках, о том, что "тонкий" коаксил отличается своей низкой механической прочностью, и худшей помехозащищенностью, более узкой полосой пропускания по сравнению с "толстым" коаксилом. Но наряду с этими недостатками он имеет очень значительное для сетевого проектирования преимущество - "тонкий" коаксил намного дешевле.

Итак, давайте попытаемся рассмотреть по порядку все особенности конфигурации сети стандарта 10Base-2 - "тонкого" Ethernet.

1- согласно стандарту максимальная длина сегмента сети без повторителей составляет 185 м;

2 - сегмент должен иметь на концах согласующие терминаторы 50 Ом.

Терминатор

Терминатор - это стандартный разъем с запаянным в нем, между центральным и внешним контактами, резистором. Сопротивление резистора должно равняться волновому сопротивлению кабеля. Для сетей типа 10Base-2 или тонкий Ethernet (как и для стандарта 10Base-5) эта величина составляет 50 Ом. Только один терминатор в сегменте 10Base-2 может быть заземлен. Для заземления используется терминатор с цепочкой и контактом на ее конце. Для стандарта 10Base-5 заземление одного и только одного из терминаторов (точнее, одной из точек сегмента) обязательно, в отличие от стандарта 10Base-2. Ниже на рисунках показано крепление терминатора к кабелю через T-коннектор.

3 - все станции сети подключаются к кабелю с помощью высокочастотного BNC Т-коннектора, который представляет собой тройник, один отвод которого соединяется с сетевым адаптером, а два других - с двумя концами разрыва кабеля.

T-Connector (Tee Adapter)

T-Connector (Tee Adapter) предназначен для подключения устройств к сегменту сети на основе 10 Base-2.

T-Connector (Tee Adapter) имеет такой внешний вид:

При отключении устройства, Т-коннектор необходимо оставлять в сети, чтобы не нарушать ее работоспособность. Или заменять Т-коннектор на прямой соединитель (I-connector).

4 - максимальное количество станций, подключаемых к одному сегменту, - 30. Стандарт 10Base-2 также как и 10Base-5 предусматривает использование повторителей. И на этот стандарт также распространяется "правило 5-4-3". Опять же, два крайних нагруженных сегмента могут подключать не более 29 узлов, а промежуточный сегмент не более 28 узлов. Поэтому:

5 - максимальное количество узлов "тонкого" Ethernet - не более 86

6- минимальное расстояние между станциями -1м. Кабель "тонкого" коаксиала имеет разметку для подключения узлов с шагом в 1 м. Поэтому для стандарта 10Base-2 не трудно рассчитать, что

7- сеть стандарта 10Base-2 будет иметь максимальную длину в 5х185 = 925 м. Очевидно, что это ограничение является более сильным, чем общее ограничение в 2500 метров. Поэтому в такой сети коллизии будут легче распознаваться.

В результате реализация стандарта 10Base-2 на практике приводит к наиболее простому решению для кабельной сети. В принципе для соединения компьютеров достаточно только сетевых адаптеров, Т-коннекторов и терминаторов 50 Ом.

	1 - сетевая карта, установленная в компьютере; 2 - Т-коннектор; 3 - разъемы на концах кабеля; 4 - терминатор

Для состыковки кабеля применяют так называемые прямые переходы, а для крепления используют стандартные разъемы.

Разъемы Thin Ethernet

Этот разъем, который расположен на сетевой карте, для подключения к компьютера к сети Thin Ethernet.

Для крепления самого тонкого коаксиального кабеля используется различные стандартные вилки, которые имеют такой вид:

Таким образом, мы рассмотрели самые основное, что нужно для монтажа сети по стандарту 10Base-2. Вы сами смогли убедиться, насколько это просто, но за такую простоту приходится расплачиваться и большими недостатками кабельных соединений:

"Тонкий" Ethernet наиболее сильно подвержен авариям и сбоям: кабель более восприимчив к помехам, чем "толстый" коаксиал, в моноканале имеется большое количество механических соединений. Каждый Т-коннектор дает три механических соединения, два из которых имеют жизненно важное значение для всей сети, а 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 Т-коннектор отходят два довольно заметных провода, которые под столом часто образуют моток кабеля - запас, необходимый на случай даже небольшого перемещения рабочего места.

К тому же недостатком как стандарта 10Base-5, так и 10Base-2 является отсутствие оперативной информации о состоянии моноканала. Малейшее повреждение кабеля и сеть перестает работать, а для поиска отказавшего отрезка кабеля необходимо специальный прибор - кабельный тестер.

Очень важно обратить внимание еще на один момент:

Как вы заметили, для построения корректной сети Ethernet нужно соблюсти довольно таки много различных ограничений. 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. Корректная сеть Ethernet конечно должна соответствовать всем этим требованиям, но на практике нужно удовлетворить только наиболее жесткие.

К примеру, мы с вами сказали, что для сети Ethernet согласно стандарту, число узлов сети не должно быть более 1024 узлов, а стандарт 10Base- 2 ограничивает число нагруженных сегментов тремя. Поэтому общее количество узлов в сети 1OBase-2 не должно превышать 86 - и это более жесткое ограничение. Ограничение в 1024 конечных узла в сети стандарта 10Base-2 никогда не достигается.

Итак, если еще раз посмотреть на схему подключения стандарта 10Base-2, то можно убедится, что еще одно очень существенное его отличие от стандарта 10Base-5:

трансиверы стандарта 10Base-2 объединены с сетевыми адаптерами. Потому 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. Хотя такая экономия затрудняет физическое перемещение компьютеров. Надо сказать, что существуют внешние трансиверы и для 10-Base2, которые подключаются к порту AUI или напрямую или через AUI-кабель. Пример такого внешнего трансивера показан на рисунке:

Итак, давайте кратко сведем в таблице основные параметры стандарта 10Base-2

Основная используемая топология	общая шина
Используемый провод	коаксиальный кабель 50 Ом, тонкий
Максимальная длина сегмента	185 метров
Минимальное расстояние между точками подключения	0,5 метра
Максимальное количество точек подключения к сегменту	30
Максимальное количество сегментов в сети	5
Максимальное количество узлов в сети	86

Стандарт 10Base-T

Стандарт 10Bаse-T принят сравнительно недавно - в 1991 году. Его приняли как дополнение к существующему набору стандартов Ethernet, поэтому он имеет еще обозначение 802.3i.

Стандарт 10Base-T - это стандарт сети Ethernet, который использует в качестве среды передачи данных две неэкранированные витые пары (Unshielded Twisted Pair, UTP).

Мы с вами рассматривали основные характеристики различных категорий витой пары в прошлых уроках (полосу пропускания кабеля, величину перекрестных наводок NEXT, др.). Многопарный кабель на основе неэкранированной витой пары 3-й категории с полосой пропускания 16 МГц телефонные компании уже достаточно давно использовали для подключения телефонных аппаратов внутри зданий. Этот кабель стал очень популярным и получил еще одно название- Voice Grade, говорящее о том, что он предназначен для передачи голоса.

Разработчики локальных сетей также очень хотели достигнуть возможности использовать этот вид кабеля. Высокая надежность и механическая прочность, улучшенные характеристики витой пары предполагали построения также и более надежных в плане механических воздействий локальных сетей. Итак, они со всей ответственностью подошли к этой проблеме, и результаты были достигнуты.

Поскольку многие здания уже были оснащены нужной кабельной системой, то им 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 бы минимальными по сравнению с сетями Ethernet на коаксиале.

Нужен был стандарт, который предполагал бы переход на витую пару, только с помощью 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. И такой стандарт разработали, он получил название -стандарт 10Base-T.

Стандарт 10Base-T использует типовую топологию "звезда":

Конечные узлы сети 10Base-T соединяются по топологии "точка-точка" со специальным устройством - многопортовым повторителем с помощью двух витых пар.

Одна витая пара предназначена для передачи данных от станции к повторителю, обычно обозначается как выход Т_x сетевого адаптера, а другая - для передачи данных от повторителя к станции, вход R_x сетевого адаптера. Т_x - передатчик (transmitter); R_x - приемник (receiver).

На рисунке показан пример повторителя с тремя портами, для подключения к каждому порту двух витых пар 3-й категории.

Этот повторитель имеет все те же функциональные обязанности, что и повторитель, который используется в коаксиальном Ethernet, но он работает сразу с несколькими портами. Чтобы подчеркнуть его отличие от обыкновенного повторителя, в данном случае, мнопортовые повторители стали называть специальным именем - концентратор. На английском популярны термины - hub или concentrator.

Концентратор (hub)

Концентратор принимает сигналы от одного из конечных узлов и синхронно передает их на все свои остальные порты, кроме того, с которого поступили сигналы. Он 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).

Следует особо подчеркнуть, что

все компьютеры, подключенные к концентратору, образуют единый логический сегмент, в котором любая пара взаимодействующих компьютеров полностью блокирует возможность обмена данными для других компьютеров. Мы на этом остановимся еще раз, когда поговорим о соединении концентраторов между собой.

Пока мы выяснили, что концентратор - многопортовый повторитель, - это устройство, которое реализует не только функцию повторения сигналов, но и концентрирует в одном центральном устройстве функции объединения компьютеров в сеть. Сейчас практически во всех современных сетевых стандартах концентратор - необходимый элемент сети, соединяющий отдельные компьютеры в сеть.

Но помимо, этого концентратор также может обнаруживать коллизию в сегменте при одновременной передачи сигналов по нескольким своим R_x-входам и посылать jam-последовательность на все свои Т_x - выходы.

Концентраторы могут подключаться и к сетям Ethernet на основе коаксиального кабеля стандартов 10Base-5 и 10Base -2, и волоконной оптики 10Base-F. Массовое их распространение закрепило за ними еще одно популярное название "хабы". Многие хабы имеют разъемы как под витую пару, обычно называемые RJ-45, так и под коаксиальный кабель (BNC) или AUI. В таких схемах используются сегменты коаксиального или оптического кабеля в качестве главной магистрали (Backbone) между хабами.

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.

Давайте рассмотрим критерии соединения концентраторов для стандарта 10Ваsе-Т.

Мы уже знаем, что в сетях Ethernet битовая скорость передачи данных 10 Мбит/с, и также знаем и полосу пропускания витой пары 3-й категории. На длине кабеля 100 м витая пара категории не ниже 3 позволяет передавать данные со скоростью 10 Мбит/с при использовании манчестерского кода. Поэтому:

1 - 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.

Поскольку метод доступа к общей среде CSMA/CD, который используется в сетях Ethernet требует наличия синхронизации станций для надежного распознавания коллизий: T_min > PDV, то стандарт определил:

2 - максимально число концентраторов между любыми двумя станциями сети равно 4.

Это правило носит название "правила 4-х хабов" и оно заменяет "правило 5-4-3", которые относится к коаксиальным сетям.

3 - при создании сети 10Base-T с большим числом станций концентраторы можно соединять друг с другом иерархическим способом, образуя древовидную структуру с единственным концентратором на вершине. При чем как показывает этот рисунок стандарт 10Base-T позволяет объединять в одном сегменте различные виды физического кабеля (коаксил, оптоволокно).

Пример 5-ти портового 10Base-T Hub.

Передняя панель
Задняя панель. 6-й порт используется для иерархического соединения и имеет обозначение "In" (в, внутрь, вход)

ВНИМАНИЕ!

Петлевидное соединение концентраторов в стандарте 10Ваsе-Т запрещено!. Это приводит к некорректной работе сети.

Это требование означает, что в сети стандарта 10Ваsе-Т не разрешается создавать параллельные каналы связи между концентраторами. В противном случае, в петлевом соединении всегда будут возникать коллизии. Грубо говоря, концентратор повторяет на выходе то, что получает на входе. Что же произойдет, если мы соединим выходы двух концентраторов между собой в петлю? Каждый из них, получая кадры от подключенных станций на входе, будет передавать их на свой выход, следовательно, поскольку они соединены, то на их выходах кадры будут постоянно сталкиваться, то есть будет постоянная коллизия.

3 - нам известно, что общее количество станций в сети 10Base-T не должно превышать общего предела в 1024, и для данного типа физического уровня это количество действительно можно достичь.

Для этого достаточно создать двухуровневую иерархию концентраторов, расположив на нижнем уровне достаточное количество концентраторов с общим количеством портов 1024. Конечные узлы нужно подключить к портам концентраторов нижнего уровня. Правило 4-х хабов при этом выполняется - между любыми конечными узлами будет ровно 3 концентратора.

Ограничение в 2500 м длины сети, здесь понимается как максимальное расстояние между любыми двумя конечными узлами сети, еще часто применяется также термин "максимальный диаметр сети".

Очевидно, что если между любыми двумя узлами сети должно быть не больше 4-х повторителей, то 4 - максимальный диаметр сети 10Base-T составляет 5*100 = 500 м.

Итак, после того, как мы узнали, какие параметры сети обеспечивает стандарт 10Base-T, теперь поговорим о его преимуществах и недостатках по сравнению с коаксиальным Ethernet.

Появления сетей на основе стандарта 10Base-T оправдало все надежды разработчиков локальных сетей. Это событие сразу привело к очень многим существенным преимуществам:

Самое главное появилась возможность контроля состояние физических отрезков кабеля, их можно отключать в случае обрыва, короткого замыкания или неисправности сетевого адаптера на индивидуальной основе. Теперь неисправность на одном участке сегмента не вызовет остановки всей сети.

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 специальная процедура тестирования физической работоспособности двух отрезков витой пары, соединяющих трансивер конечного узла и порт повторителя. Эта процедура называется тестом связности (link test).

Этот тест осуществляется следующим образом:

Каждые 16 мс посылаются специальные импульсы J и К манчестерского кода между передатчиком и приемником каждой витой пары.

Если тест не проходит, то порт блокируется и отключает проблемный узел от сети. Так как коды J и К - это запрещенными коды при передаче кадров, то тестовые последовательности не влияют на общую работу метода доступа к среде.

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

В общем, использование концентраторов, привело к сплошным преимуществам. Они потенциально улучшили общую управляемость сети и ее эксплуатационные характеристики (модифицируемость, ремонтопригодность и т.п.). Поэтому разработчики концентраторов стараются "во всю" использовать их возможности, они часто встраивают в них, кроме основной функции повторителя, ряд вспомогательных функций, весьма полезных для улучшения качества сети.

Различные производители концентраторов реализуют в своих устройствах различные наборы вспомогательных функций, но наиболее часто встречаются следующие:

- объединение сегментов с различными физическими средами, коаксиал, витая пара и оптоволокно в единый логический сегмент.

- автоматическое отключение порта при его некорректном поведении (повреждение кабеля, интенсивная генерация пакетов ошибочной длины и т.п.).

- поддержка между концентраторами резервных связей, которые используются при отказе основных.

- защита передаваемых по сети данных от несанкционированного доступа (например, путем искажения поля данных в кадрах, повторяемых на портах, не содержащих компьютера с адресом назначения).

- и т.п.

Итак, давайте по традиции этого раздела нашего урока вынесем основные параметры стандарта 10Base-T в отдельную таблицу.

Основная используемая топология	звезда
В центре звезды расположено устройство	Концентратор (HUB)
Используется провод типа	витая пара (категории 3 или лучше)
Тип соединителя	RJ-45
Максимальное расстояние между устройствами	100метров (возможно использование другого ограничения: Максимальное затухание сигнала на пути от источника до приемника не более 11,5 дб)
Максимальное количество узлов	не более 1024

Стандарт 10Base-F

Итак, как следует из его названия стандарт 10Base-F использует в качестве среды передачи данных оптическое волокно.

Некоторые характеристики оптоволокона мы уже рассматривали в прошлых уроках. Тогда мы с вами определили, что это высокоскоростной, но дорогостоящий кабель. Самый "дешевый вариант" - в качестве основного типа кабеля использовать многомодовое оптическое волокно, обладающее полосой пропускания 500-800 МГц при длине кабеля 1 км.

Конечно, стандарт 10Base-F допускает и более дорогое одномодовое оптическое волокно с полосой пропускания в несколько гигагерц, но при этом нужно применять специальный мощный тип трансивера.

Функционально сеть Ethernet стандарта 10Base-F состоит из тех же элементов, что и сеть стандарта 10Base-T - сетевых адаптеров, многопортового повторителя и отрезков кабеля, соединяющих адаптер с портом повторителя и использует также топологию "звезда".

Как и в случае витой пары, для соединения адаптера с концентратором используются два оптоволокна - одно соединяет выход Т_x сетевого адаптера со входом R_x концентратора, а другое - вход R_x адаптера с выходом Т_x концентратора.

Первым стандарт, который стал использовать оптоволокно в сетях Ethernet 802.3 стал стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link)

Стандарт FOIRL

Этот стандарт имеет следующие ограничения:

1- Длина оптоволоконной связи между повторителями до 1 км при общей длине сети не более 2500 м.

2- Максимальное число повторителей между любыми узлами сети - 4.

3- Максимального диаметра в 2500 м здесь достичь можно, хотя максимальные отрезки кабеля между всеми 4 повторителями, а также между повторителями и конечными узлами недопустимы - иначе получится сеть длиной 5000 м.

Стандарт 10Base-FL

Стандарт 10Base-FL это улучшенный стандарт FOIRL.

Он использует более мощные передатчики, поэтому

1- максимальное расстояние между узлом и концентратором увеличилось до 2000 м.

2- Максимальное число повторителей между узлами осталось равным 4, а максимальная длина сети - 2500 м.

Стандарт 10Base-FВ

Стандарт 10Base-FB предназначен только для соединения хабов. Конечные узлы не могут использовать этот стандарт для присоединения к портам концентратора.

Между узлами сети можно установить до 5 концентраторов 10Base-FB при максимальной длине одного сегмента 2000 м и максимальной длине сети 2740 м.

Концентраторы, соединенные по стандарту 10Base-FB, при отсутствии кадров для передачи постоянно обмениваются специальными последовательностями сигналов, отличающимися от сигналов кадров данных, для поддержания синхронизации. 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 К 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 Ethernet.

Как и в стандарте 10Base-T, оптоволоконные стандарты Ethernet разрешают соединять концентраторы только в древовидные иерархические структуры. И также любые петли между портами концентраторов не допускаются!.

Следует сказать, что оптоволоконный стандарт 10Base-F в сетях Ethernet в принципе практически не используется. Сама по себе технология Ethernet предусматривает, что это дешевое сетевое решение, а использовать дорогостоящий кабель, при простом и дешевом методе доступа лишено всякого смысла. Да такой стандарт существует, но его применение в 10-мегабитных сетях Ethernet крайне ограничено, потому как это очень дорого для этих сетей. Оптоволоконные кабели используют в сетях с большей пропускной способностью, и о них мы поговорим в свое время. И пока для общего развития следует знать, что технологии Ethernet могут работать и с оптоволоконной физической средой.

Итак, вот мы с вами рассмотрели все основные стандарты физического уровня сетей Ethernet. Мы определили, что в зависимости от типа физической среды стандарт IEEE 802.3 определяет различные спецификации:

10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, FOIRL, 10Base-FL, 10Base-FB.

Для каждой спецификации определяются тип кабеля, максимальные длины непрерывных отрезков кабеля, а также правила использования повторителей для увеличения диаметра сети:

правило "5-4-3" для коаксиальных вариантов сетей, и правило "4-х хабов" для витой пары и оптоволокна.

Теперь мы можем составить общую таблицу характеристик физических стандартов MAC уровня Ethernet:

Характеристика	IEEE 802.3
	10Base-5	10Base-2	10Base-T	10Base-F
Скорость передачи	10	10	10	10
Метод передачи сигнала	Baseband	Baseband	Baseband	Baseband
Максимальная длина сегмента в метрах	500	185	100	2000
Максимальное расстояние между узлами сети (при использовании повторителей) в метрах	2500	925	500	2500 (2740 для 10Base-FB)
Максимальное число станций в сегменте	100	30	1024	1024
Максимальное число повторителей между любыми стациями сети	4	4	4	4 (5 для 10Base-FB)
Сетевая среда (кабель)	50-Ом коаксиальный (толстый)	50-Ом коаксиальный (тонкий)	Неэкранированная витая пара (UTP)	волоконно-оптический
Топология	Шина	Шина	Звезда	Звезда

Если свести общие основные ограничения и характеристики для всех физических стандартов технологии Ethernet, о которых мы говорили как в прошлом, так и в этом уроке, то можно построить еще одну таблицу:

Характеристика IEEE 802.3
Номинальная пропускная способность	10 Мбит/с
Максимальное число станций в сети	1024
Максимальное расстояние между узлами сети	2500 (2740 для 10Base-FB)
Максимальное число коаксиальных сегментов в сети	5

Следует отметить очень важный момент - все эти ограничения: ограничение на длину сети 2500 метров, или ограничение 5-4-3, или правило 4-х хабов, отражают предельно допустимые значения параметров сети!

Сеть нельзя ограничивать метрами, сеть ограничивается определенными принципами. То есть за каждым таким ограничением следует строго определенный смысл. И основной принцип построения любой сети Ethernet:

СОБЛЮДЕНИЕ НАДЕЖНОГО РАСПОЗНАВАНИЯ КОЛЛИЗИЙ В СЕТИ!

Например, почему длину сети Ethernet ограничивают 2500 метров, потому что:

во-первых, при больших расстояниях может возникнуть вероятность, что станция не успеет распознать коллизию до окончания передачи своего кадра!

а во-вторых, это число рассчитано в соответствии с характеристиками кабелей, которые имеют коэффициент затухания, а повторители и др. сетевое оборудование имеют собственные времена задержки распространения, поэтому при бо'льших расстояниях информация в такой сети просто-напросто может теряться на пути к крайнему узлу-приемнику.

Но, можно организовать сеть так, что и при большей ее длине условие надежного распознавания коллизий будет соблюдаться. Но это нужно непременно доказать. Следовательно, никто не заставляет строго придерживаться этих цифр, главное всегда следить, чтобы соответствующие характеристики были не более чем! предельно допустимые их значения, которые и приведены выше для сетей Ethernet.

Вот мы с вами сегодня узнали, что в сетях Ethernet можно реализовывать "смешанные" сети, состоящей из физических сегментов различного типа. Как раз такое решение позволяет при большей общей длине сети, чем 2500 м, поучать вполне работоспособные сети Ethernet. При этом очень важно выдержать стандарт на предельно допустимое значение длины кабеля в сегменте сети с одной стороны, и соблюдение условия распознавания коллизий, с другой.

Об этом мы сейчас и поговорим более детальней. Итак, следующий наш вопрос...

Методика расчета конфигурации сети Ethernet

Соблюдение всех многочисленных ограничений, установленных для различных стандартов физического уровня сетей Ethernet, будет вам гарантировать корректную работу сети (естественно, при исправном состоянии всех элементов физического уровня).

Но, как мы сказали, для того, чтобы организовывать верную конфигурацию Ethernet не нужно стремится просто выдерживать именно такие цифры. Еще раз напоминаю, что

следует четко понять, что все выше перечисленные требования, которые касаются длины сети, или использования повторителей в сети - предельно допустимые значения!

На практике полезно владеть самой методикой расчета сети Ethernet. А эти условия могут в ряде случаев и нарушаться. Но одно из самых главных неизменных условий, которое следует выдерживать всегда в сети любого Ethernet типа

- T_min > PDV

И сейчас мы убедимся, почему и как это может происходить.

При проектировании сети наиболее часто стараются сразу проверять ограничения, связанные с длиной отдельного сегмента кабеля, а также количеством повторителей и общей длиной сети. Но, правила "5-4-3" для коаксиальных сетей и "4-х хабов" для сетей на основе витой пары и оптоволокна не только дают гарантии работоспособности сети, но и оставляют большой "запас прочности" сети.

Например, если посчитать время двойного оборота в сети - PDV, состоящей из 4-х повторителей 10Base-5 и 5-ти сегментов максимальный длины 500 м, то окажется, что оно составляет 537 битовых интервала.

А так как время передачи кадра минимальной длины, состоящего вместе с преамбулой 72 байт, равно 575 битовым интервалам, то видно, что разработчики стандарта Ethernet оставили 38 битовых интервала в качестве запаса для надежности. И это при том, что комитет 802.3 говорит, что и 4-х дополнительных битовых интервалов вполне достаточно для запаса надежности.

Как видите из этого примера, следующее, что важно учитывать, на самом деле - максимальную длину самого физического сегмента сети, от этого зависит PDV сети. Все остальные ограничение 2500 метров, 1024 узла выбраны стандартом с определенным запасом, поэтому на них строго равняться не следует.

Итак, мы должны определить, реальные причины для корректной работы сети Ethernet. Таких причин четыре:

Сразу отмечу, что эти причины стоит хорошенько запомнить

и опираться только на них при расчете сети Ethernet

любой физической природы.

количество станций в сети	не более 1024;
максимальная длина каждого физического сегмента не более величины	определяется характеристикой затухания кабеля, который используется в соответствующем стандарте физического уровня;
время двойного оборота сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети	не более 575 битовых интервала;
сокращение межкадрового интервала IPG (Path Variability Value, PVV) при прохождении последовательности кадров через все повторители должно быть	не больше, чем 49 битовых интервала

Вот эти правила должны всегда быть у вас всегда на "заметке" при построении любой конфигурации сети Ethernet: три ограничения канального уровня -

количество узлов не более 1024; строгое соответствие PDV не более 575bt, PVV не более 49bt.

и одно ограничение физического уровня:

максимальная длина кабеля в сегменте сети не больше, чем определенное стандартом значение.

Соблюдение этих требований обеспечивает корректность работы сети даже в случаях, когда нарушаются простые общие правила конфигурирования, определяющие максимальное количество повторителей и общую длину сети в 2500 м.

Возьмем, к примеру, первое условие. Это условие не означает, что нужно придерживаться цифры именно 1024, главное не больше чем 1024. А на самом деле, что чем меньше узлов в сети, тем лучше.

Ведь почему определили именно условие 1024. Очевидно, в сетях Ethernet количество станций не может быть бесконечным. Поэтому нужно было определиться, сколько максимально можно подключать узлов. Исходя из этого, стандарт Ethernet 802.3 определил это число - 1024 узла.

На самом деле намного лучше если в сети присутствует меньше чем 1024 узла. Чтобы разобраться почему это так, нам нужно определить такой термин, как домен коллизий.

Так вот, в технологии Ethernet, независимо от применяемого стандарта физического уровня, существует такое понятие как домен коллизий.

Домен коллизий (collision domain)

Домен коллизий - это часть сети Ethernet, все узлы которой распознают коллизию независимо от того, в какой части этой сети коллизия возникла.

Сеть Ethernet, построенная на повторителях, или концентраторах всегда образует один домен коллизий.

Домен коллизий соответствует одной разделяемой среде. Если, мы вернемся к примеру иерархического соединения концентраторов, который мы рассматривали в стандарте 10Base-T, и рассмотрим ситуацию, когда, например, столкновение кадров произошло в одном из концентраторов. В этом случае, в соответствии с логикой работы концентраторов 10Base-T сигнал коллизии распространится по всем портам всех концентраторов.

Но, если же вместо концентратора поставить в сеть мост, тогда будет наблюдаться другая картина:

Порт моста, связанный с другим концентратором, воспримет сигнал коллизии, но не передаст его на свои остальные порты, так как это не входит в его обязанности. Мост, хоть и будет подключен к той среде, где возникла коллизия, но он просто отработает ситуацию коллизии своими средствами и не даст об этом знать другим узлам в сети. Только более сложное сетевое оборудование - мосты, коммутаторы и маршрутизаторы делят сеть Ethernet на несколько доменов коллизий.

Давайте подробнее остановимся на этом.

Например, возьмем наш пример, и заменим один концентратор на мост. Если коллизия возникнет из-за того, что мост пытается передать через свой порт кадр в нижний (по иерархии) концентратор, то, зафиксировав сигнал коллизии, этот порт приостановит передачу кадра и попытается передать его повторно через случайный интервал времени. Если этот же порт во время возникновения коллизии принимал кадр, то он просто отбросит полученное начало кадра, и будет ожидать, когда узел, передававший кадр через нижний концентратор, не сделает повторную попытку передачи. Затем в случае успешного окончания принятия данного кадра в свой буфер мост передаст его на свой другой порт в соответствии с собственной таблицей продвижения, например на тот, который соединяется с верхним концентратором.

Таким образом, для остальных сегментов сети, которые подключены к другим портам моста, все эти события останутся просто неизвестными. Коммутаторы еще более усовершенствуют процессы передачи кадров, с их использованием кадры могут одновременно и передавться в сеть и приниматься из сети. Работу коммутаторов мы рассмотрим несколько позже. Пока просто следует запомнить, что именно мосты, комутаторы, маршрутизаторы, могут делить сеть на несколько доменов коллизий.

В этом случае в сети будет присутствовать два домена коллизий. Все узлы, образующие один домен коллизий, работают синхронно, как единая распределенная электронная схема. Это то, что касается условия ограничения количесвта станций в сети.

Физический смысл ограничения задержки распространения сигнала по сети Path Delay Value, PDV мы уже поясняли - соблюдение этого требования обеспечивает своевременное обнаружение коллизий.

Требование на минимальное межкадровое расстояние Path Variability Value, PVV связано с тем, что при прохождении кадра через повторитель это расстояние уменьшается. Каждый пакет, принимаемый повторителем, ресинхронизируется для исключения дрожания сигналов, накопленного при прохождении последовательности импульсов по кабелю и через интерфейсные схемы. Процесс ресинхронизации обычно увеличивает длину преамбулы, что уменьшает межкадровый интервал.

При прохождении кадров через несколько повторителей межкадровый интервал может уменьшиться настолько, что сетевым адаптерам в последнем сегменте не хватит времени на обработку предыдущего кадра, в результате чего кадр будет просто потерян.

Поэтому не допускается суммарное уменьшение межкадрового интервала более чем на 49 битовых интервалов. Почему 49 bt? Потому, что если при отправке кадров конечные узлы обеспечивают начальное межкадровое расстояние в 96 битовых интервала, то после прохождения повторителя оно должно быть не меньше, чем 96 - 49 = 47 битовых интервала.

Итак, теперь нам понятно, что при известном предполагаемом количестве узлов сети, и используемом виде кабеля, а значит, известной максимальной длине физического сегмента нам остается только определить вероятные PDV и PVV.

Сразу хочу сказать, что предлагаемый метод он не очень нагляден, не очень удобен и вообще не очень приятен, он предполагает работу со справочными данными, со специфическими справочными терминами, но он НЕОБХОДИМ. И с этим нам с вами придется смириться, поскольку для корректной конфигурации сети Ethernet, не достаточно выдержать условие дины сети не менее 2500 м. Это условие как раз можно и нарушить, если вы при этом докажете, что у вас в сети время двойного оборота сигнала не больше 575 bt.