 |
Методика расчета конфигурации сети Ethernet
|
|
|
|
Практическая работа №3
Расчет производительности сети ETHERNET
Цель работы:
Научиться производить расчет работоспособности сети ETHERNET
Теория.
Домен коллизий
В технологии Ethernet, независимо от применяемого стандарта физического уровня, существует понятие домена коллизий.
Домен коллизий (collision domain) - это часть сети Ethernet, все узлы которой распознают коллизию независимо от того, в какой части этой сети коллизия возникла. Сеть Ethernet, построенная на повторителях, всегда образует один домен коллизий. Домен коллизий соответствует одной разделяемой среде. Мосты, коммутаторы и маршрутизаторы делят сеть Ethernet на несколько доменов коллизий.
Рис.1 Домен коллизий
Приведенная на рис. 1 сеть представляет собой один домен коллизий. Если, например, столкновение кадров произошло в концентраторе 4, то в соответствии с логикой работы концентраторов10Base-T сигнал коллизии распространится по всем портам всех концентраторов.
Если же вместо концентратора 3 поставить в сеть мост, то его порт С, 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 С, 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, не 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 А. Все события, связанные с обработкой коллизий портом С, для остальных сегментов сети, которые подключены к другим портам моста, останутся просто неизвестными.
|
|
|
Узлы, образующие один домен коллизий, работают синхронно, как единая распределенная электронная схема.
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
Таблица 2. Параметры спецификаций физического уровня для стандарта Ethernet
Методика расчета конфигурации сети Ethernet
Соблюдение многочисленных ограничений, установленных для различных стандартов физического уровня сетей Ethernet, гарантирует корректную работу сети (естественно, при исправном состоянии всех элементов физического уровня).
Наиболее часто приходится проверять ограничения, связанные с длиной отдельного сегмента кабеля, а также количеством повторителей и общей длиной сети. 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, 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. Тем не менее комитет 802.3 говорит, что и 4 дополнительных битовых интервала создают достаточный запас надежности.
|
|
|
Комитет IEEE 802.3 приводит исходные данные о задержках, вносимых повторителями и различными средами передачи данных, для тех специалистов, которые хотят самостоятельно рассчитывать максимальное количество повторителей и максимальную общую длину сети, не довольствуясь теми значениями, которые приведены в правилах «5-4-3» и «4-х хабов». Особенно такие расчеты полезны для сетей, состоящих из смешанных кабельных систем, например, коаксиала и оптоволокна, на которые правила о количестве повторителей не рассчитаны. При этом максимальная длина каждого отдельного физического сегмента должна строго соответствовать стандарту, то есть 500 м для «толстого» коаксиала, 100 м для витой пары и т.д.
Чтобы сеть Ethernet, состоящая из сегментов различной физической природы, работала корректно, необходимо выполнение четырех основных условий:
· количество станций в сети не более 1024;
· максимальная длина каждого физического сегмента не более величины, определенной 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, PW) при прохождении последовательности кадров через все повторители должно быть не больше, чем 49 битовых интервала. Так как 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.
Соблюдение этих требований обеспечивает корректность работы сети даже в случаях, когда нарушаются простые правила конфигурирования, определяющие максимальное количество повторителей и общую длину сети в 2500 м.
Расчетная часть
Пример расчета
Расчет PDV
Для упрощения расчетов обычно используются справочные данные IEEE, содержащие значения задержек распространения сигналов в повторителях, приемопередатчиках и различных физических средах. В табл. 3 приведены данные, необходимые для расчета значения PDV для всех физических стандартов сетей Ethernet. Битовый интервал обозначен как bt.
|
|
|
Таблица 3. Данные для расчета значения PDV
Комитет 802.3 старался максимально упростить выполнение расчетов, поэтому данные, приведенные в таблице, 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, приведенной на рис. 2. Левым сегментом называется сегмент, в котором начинается путь сигнала от выхода передатчика конечного узла. На примере это сегмент 1. Затем сигнал проходит через промежуточные сегменты 2-5 и доходит до приемника наиболее удаленного узла наиболее удаленного сегмента 6, который называется правым. Именно здесь в худшем случае происходит столкновение кадров и возникает коллизия, что, и подразумевается в таблице.
Рис. 2. Пример сети Ethernet, состоящей из сегментов различных физических стандартов
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 этого, 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. Общее значение PDV не должно превышать 575.
|
|
|
Так как левый и правый сегменты имеют различные 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 значение PDV. В нашем примере крайние сегменты сети принадлежат к одному типу - стандарту 10Base-T, поэтому двойной расчет не требуется, но если бы они были сегментами разного типа, то в первом случае нужно было бы принять в качестве левого сегмент между станцией и концентратором 1, а во втором считать левым сегмент между станцией и концентратором 5.
Приведенная на рисунке сеть в соответствии с правилом 4-х хабов не является корректной - в сети между узлами сегментов 1 и 6 имеется 5 хабов, хотя не все сегменты являются сегментами lOBase-FB. Кроме того, общая длина сети равна 2800 м, что нарушает правило 2500 м. Рассчитаем значение PDV для нашего примера.
Левый сегмент 1 / 15,3 (база) + 100 * 0,113= 26,6.
Промежуточный сегмент 2/ 33,5 + 1000 * 0,1 = 133,5.
Промежуточный сегмент 3/ 24 + 500 * 0,1 = 74,0.
Промежуточный сегмент 4/ 24 + 500 * 0,1 = 74,0.
Промежуточный сегмент 5/ 24 + 600 * 0,1 = 84,0.
Правый сегмент 6 /165 + 100 * 0,113 = 176,3.
Сумма всех составляющих дает значение PDV, равное 568,4.
Так как значение PDV меньше максимально допустимой величины 575, то эта сеть проходит по критерию времени двойного оборота сигнала несмотря на то, что ее общая длина составляет больше 2500 м, а количество повторителей - больше 4-х.
Расчет PVV
Чтобы признать конфигурацию сети корректной, нужно рассчитать также уменьшение межкадрового интервала повторителями, то есть величину PVV.
Для расчета PVV также можно воспользоваться значениями максимальных величин уменьшения межкадрового интервала при прохождении повторителей различных физических сред, рекомендованными IEEE и приведенными в табл. 4.
Таблица 4. Сокращение межкадрового интервала повторителями
В соответствии с этими данными рассчитаем значение PVV для нашего примера.
Левый сегмент 1 10Base-T: сокращение в 10,5 bt.
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 PVV, равное 24,5, что меньше предельного значения в 49 битовых интервала.
В результате приведенная в примере сеть соответствует стандартам Ethernet по всем параметрам, связанным и с длинами сегментов, и с количеством повторителей.
Расчетное задание
1. Проверить работоспособность сети.
|
|
|
1.1. Рассчитать PDV (время двойного оборота сигнала)
1.2. Рассчитать PVV (сокращение межкадрового интервала)
Результаты занести в таблицу и сделать вывод о работоспособности сети.
Если сеть не работает, дать рекомендации по изменениям длин сегментов. Рассчитать дополнительно необходимые величины.
| Сегмент | PDV, база | PDV, среда | PVV |
| A | |||
| B | |||
| C | |||
| D | |||
| E | |||
| F | |||
| Сумма | |||
| Итого |
2. Рассчитать максимально допустимую длину сегмента, отмеченного символом «*» при требовании 7 % запаса по PDV.
Расчеты, с подробными пояснениями занести в отчет.
Сделать выводы о проделанной работе.
Вариант 1
(Определяется по последней цифре номера студенческого билета (0-1))
Вариант 2
(Определяется по последней цифре номера студенческого билета (2-3))
Вариант 3
(Определяется по последней цифре номера студенческого билета (4-5))
Вариант 4
(Определяется по последней цифре номера студенческого билета (6-7))
Вариант 5
(Определяется по последней цифре номера студенческого билета (8-9))
Варианты промежуточных линий связи выбирается по номеру в билете
| № вар. | B | C | I | H | F | |||||
| Технология | L (m) | Технология | L (m) | Технология | L (m) | Технология | L (m) | Технология | L (m) | |
| 1. | 10 BASE T | FOIRL | 10 BASE FL | 10 BASE 5 | 10 BASE FL | |||||
| 2. | 10 BASE FB | 10 BASE FB | 10 BASE 5 | 10 BASE T | 10 BASE T | |||||
| 3. | 10 BASE FL | 10 BASE T | 10 BASE FB | FOIRL | 10 BASE FB | |||||
| 4. | FOIRL | FOIRL | 10 BASE FB | 10 BASE 5 | FOIRL | |||||
| 5. | 10 BASE FB | 10 BASE 5 | FOIRL | 10 BASE FB | 10 BASE T | |||||
| 6. | 10 BASE 5 | 10 BASE T | 10 BASE FB | 10 BASE T | FOIRL | |||||
| 7. | 10 BASE FB | 10 BASE 5 | 10 BASE FB | 10 BASE FL | 10 BASE FB | |||||
| 8. | 10 BASE FB | FOIRL | 10 BASE T | 10 BASE 5 | 10 BASE FL | |||||
| 9. | 10 BASE T | 10 BASE FB | 10 BASE 5 | FOIRL | 10 BASE T | |||||
| 10. | 10 BASE 5 | 10 BASE T | FOIRL | 10 BASE T | 10 BASE T | |||||
| 11. | 10 BASE T | 10 BASE FL | 10 BASE 5 | 10 BASE T | 10 BASE FL | |||||
| 12. | FOIRL | 10 BASE 5 | 10 BASE FB | 10 BASE FL | 10 BASE FB | |||||
| 13. | 10 BASE FL | 10 BASE FB | FOIRL | 10 BASE FB | 10 BASE 5 | |||||
| 14. | 10 BASE FB | 10 BASE FB | 10 BASE 5 | 10 BASE FB | 10 BASE T | |||||
| 15. | 10 BASE FB | 10 BASE FL | 10 BASE T | FOIRL | 10 BASE T | |||||
| 16. | FOIRL | FOIRL | 10 BASE 5 | 10 BASE FB | 10 BASE 5 | |||||
| 17. | 10 BASE FB | 10 BASE T | FOIRL | 10 BASE FB | 10 BASE FB | |||||
| 18. | 10 BASE FB | 10 BASE FB | 10 BASE FB | FOIRL | 10 BASE 5 | |||||
| 19. | 10 BASE 5 | 10 BASE FL | FOIRL | 10 BASE FL | 10 BASE T | |||||
| 20. | FOIRL | 10 BASE 5 | 10 BASE FL | 10 BASE FB | 10 BASE FB | |||||
| 21. | 10 BASE T | 10 BASE FB | 10 BASE FB | 10 BASE T | 10 BASE T | |||||
| 22. | 10 BASE FB | 10 BASE 5 | FOIRL | 10 BASE 5 | 10 BASE FL | |||||
| 23. | 10 BASE FB | 10 BASE FL | 10 BASE T | 10 BASE FL | FOIRL | |||||
| 24. | 10 BASE T | 10 BASE 5 | FOIRL | 10 BASE FB | 10 BASE FB | |||||
| 25. | 10 BASE FL | 10 BASE 5 | 10 BASE FL | 10 BASE FB | 10 BASE T | |||||
| 26. | 10 BASE T | 10 BASE T | FOIRL | 10 BASE FB | FOIRL | |||||
| 27. | 10 BASE FB | FOIRL | 10 BASE 5 | 10 BASE FL | 10 BASE FB | |||||
| 28. | 10 BASE FB | 10 BASE FL | 10 BASE T | FOIRL | FOIRL | |||||
| 29. | 10 BASE FL | FOIRL | 10 BASE FB | 10 BASE 5 | 10 BASE FL | |||||
| 30. | 10 BASE FB | 10 BASE FB | 10 BASE FL | 10 BASE T | 10 BASE FB | |||||
| 31. | 10 BASE FB | FOIRL | 10 BASE 5 | 10 BASE FB | 10 BASE T | |||||
| 32. | 10 BASE FB | 10 BASE 5 | FOIRL | 10 BASE FL | 10 BASE T | |||||
| 33. | FOIRL | 10 BASE FL | 10 BASE FB | 10 BASE T | 10 BASE FL | |||||
| 34. | 10 BASE T | FOIRL | 10 BASE T | FOIRL | 10 BASE T | |||||
| 35. | 10 BASE FL | 10 BASE FB | 10 BASE FL | 10 BASE FB | 10 BASE FB | |||||
| 36. | FOIRL | 10 BASE FL | 10 BASE T | 10 BASE FB | 10 BASE FL | |||||
| 37. | 10 BASE FB | 10 BASE FL | 10 BASE FB | 10 BASE T | FOIRL | |||||
| 38. | FOIRL | 10 BASE T | 10 BASE FB | 10 BASE FL | 10 BASE FB | |||||
| 39. | 10 BASE T | 10 BASE FB | FOIRL | FOIRL | 10 BASE T | |||||
| 40. | 10 BASE T | FOIRL | 10 BASE 5 | 10 BASE FL | 10 BASE FB |
|
|
|
