Параметри специфікацій фізичного рівня для стандарту Ethernet

Методика розрахунку конфігурації мережі Ethernet

Дотримання численних обмежень, установлених для різних стандартів фізичного рівня мереж Ethernet, гарантує коректну роботу мережі .

Обмеження параметрів мережі, які вносить кожен варіант фізичного середовища технології Ethernet, наведені у таблиці 6.4.2.1.

Найчастіше доводиться перевіряти обмеження, пов’язані з довжиною окремого сегменту кабелю, а також кількістю повторювачів і загальною довжиною мережі. Правила «5-4-3» для коаксіальних мереж і «4-х хабів» для мереж на основі витої пари та оптоволокна не тільки дають гарантії працездатності мережі, але й великий «запас міцності» мережі. Наприклад, якщо порахувати час подвійного проходження сигналу в мережі, що складається з 4-х повторювачів 10Base-5 і 5-ти сегментів з максимальною довжиною 500 м, то виявиться, що він становить 537 бітових інтервалів. Час передачі кадру мінімальної довжини становить разом із преамбулою 72 байти, що дорівнює 575 бітовим інтервалам. Звідси видно, що стандарт Ethernet залишив 38 бітових інтервалів як запас для надійності. Проте комітет 802.3 говорить, що і 4 додаткові бітові інтервали створюють достатній запас надійності.

Таблиця 6.4.2.1

Комітет IEEE 802.3 наводить вихідні дані про затримки, внесені повторювачами і різними середовищами передачі даних для розрахунку максимальної кількості повторювачів і максимальної загальної довжини мережі. Особливо такі розрахунки корисні для мереж, що складаються зі змішаних кабельних систем, наприклад, коаксіала й оптоволокна, на які правила «5-4-3» і «4-х хабів» не розраховані. При цьому максимальна довжина кожного окремого фізичного сегмента повинна чітко відповідати стандарту, тобто 500 м для "товстого" коаксіала, 100 мдля витої пари і т.д. При топології ієрархічна зірка оптоволоконні кабелі рекомендується використовувати для побудови верхніх проміжних сегментів.

Щоб мережа Ethernet, яка складається із сегментів різної фізичної природи, працювала коректно, необхідне виконання чотирьох основних умов:

1) Число станцій у мережі не більше 1024;

2) Максимальна довжина кожного фізичного сегмента не більша величини, визначеної у відповідному стандарті фізичного рівня;

3) Час подвійного обертання сигналу (Path Delay Value, PDV) між двома найвіддаленішими одна від одної станціями мережі не більше 575 бітових інтервалів;

4) Скорочення міжкадрового інтервалу IPG (Path Variability Value, PVV) при проходженні послідовності кадрів через усі повторювачі не повинне перевищувати 49 бітових інтервалів.

Так як при відправленні кадрів кінцеві вузли забезпечують початкову між-кадрову відстань 96 бітових інтервалів, то після проходження повторювача вона повинна бути не меншою, ніж 96-49 = 47 бітових інтервалів. Дотримання цих вимог забезпечує коректність роботи мережі навіть у випадках, коли порушуються прості правила конфігурації, що визначають максимальну кількість повторювачів і загальну довжину мережі в 2500 м.

Розрахунок PDV. Для спрощення розрахунків зазвичай використовують довідникові дані IEEE, які містять значення затримок поширення сигналів у повторювачах, приймачах і різних фізичних середовищах. У табл.3. наведені дані, необхідні для розрахунку значення PDV для усіх фізичних стандартів мереж Ethernet. Бітовий інтервал позначений як bt.

Комітет 802.3 намагався максимально спростити виконання розрахунків, тому дані, наведені в таблиці 6.4.2.2, включають відразу кілька етапів проходження сигналу. Наприклад, затримки, внесені повторювачем, складаються з затримки вхідного трансивера, затримки блоку повторення і затримки вихідного трансивера. Проте в таблиці всі ці затримки представлені однією величиною, названою базою сегменту.

Таблиця 6.4.2.2

Дані для розрахунку значень PDV

Щоб не потрібно було два рази складати затримки, внесені кабелем, у табл. 6.4.2.2 даються подвоєні величини затримок для кожного типу кабелю. У таблиці використовуються також такі поняття, як лівий сегмент, правий сегмент і проміжний сегмент.

Пояснимо ці терміни на прикладі мережі, наведеної на рис. 6.4.2.

Лівим сегментом називається сегмент, у якому починається шлях сигналу з виходу передавача кінцевого вузла. На схемі це сегмент 1. Потім сигнал проходить через проміжні сегменти 2 — 5 і доходить до приймача найвіддаленішого вузла сегмента 6, що називається правим. Саме тут у гіршому випадку відбувається зіткнення кадрів і виникає колізія, що і мається на увазі в таблиці.

З кожним сегментом пов'язана постійна затримка, названа базою, що залежить тільки від типу сегмента і від положення сегмента на шляху сигналу (лівий, проміжний чи правий). База правого сегмента, у якому виникає колізія, набагато перевищує базу лівого і проміжного сегментів.

Крім цього, з кожним сегментом пов'язана затримка поширення сигналу вздовж кабелю сегменту, що залежить від довжини сегменту й обраховується шляхом множення часу поширення сигналу по кабелю довжиною один метр (у бітових інтервалах) на довжину кабелю в метрах. Розрахунок полягає в обчисленні затримок, внесених кожним відрізком кабелю, а потім підсумовуванні цих затримок з базами лівого, проміжних і правого сегментів. Загальне значення PDV не повинно перевищувати 575bt.

Так як лівий і правий сегменти мають різні величини базових затримок, то у випадку різних типів сегментів на краях мережі необхідно виконати розрахунки двічі: один раз прийняти як лівий сегмент одного типу, а другий - сегмент іншого типу. Результатом можна вважати максимальне значення PDV.

Рис.6.4.2. Приклад мережі Ethernet

В нашому прикладі крайні сегменти мережі належать одному типу - стандарту
10Base-Т, тому подвійний розрахунок робити не потрібно. Але якби вони були сегментами різних типів, то в першому випадку потрібно було б прийняти лівим сегмент між станцією і концентратором 1, а в другому вважати лівим сегмент між станцією і концентратором 5.

Наведена на рис. 6.4.2, мережа відповідно до правила 4-х хабів не є коректною - в мережі між вузлами сегментів 1 і 6 маємо 5 хабів, хоча сегменти не є сегментами
10Base-FB. Крім того, загальна довжина мережі дорівнює 2800, що порушує правило
2500 м.

Розрахуємо значення PDV для нашого прикладу.

Лівий сегмент 1: 15,3 (база) + 100 х 0,113 = 26,6.

Проміжний сегмент 2: 33,5 + 1000 х 0,1 = 133,5.

Проміжний сегмент 3: 24 + 500 х 0,1 = 74,0.

Проміжний сегмент 4: 24 + 500 ж 0,1 = 74,0.

Проміжний сегмент 5: 24 + 600 х 0,1 = 84,0.

Правий сегмент 6: 165 + 100 х 0,113 = 176,3.

Сума всіх складових дає значення PDV, рівне 568,4.

Так як значення PDV менше максимально допустимої величини 575, то мережа проходить за критерієм часу подвійного проходження сигналу незважаючи на те, що загальна довжина перевищує 2500 м, а кількість повторювачів — більше 4-х.

Розрахунок PVV. Щоб визнати конфігурацію мережі коректною, потрібно розрахувати також зменшення міжкадрового інтервалу повторювачами, тобто величину PVV.

Для розрахунку PVV також можна скористатися значеннями максимальних величин зменшення міжкадрового інтервалу при проходженні повторювачів різних фізичних середовищ, рекомендованими IEEE і наведеними в табл. 6.4.2.3.

Таблиця 6.4.2.3

Дані для розрахунку значень PVV

Відповідно до цих даних розрахуємо значення PVV для нашого прикладу:

Лівий сегмент 1 10Base-Т: скорочення на 10,5 bt;

Проміжний сегмент 2 10Base-FL: 8;

Проміжний сегмент 3 10Base-FB: 2;

Проміжний сегмент 4 10Base-FB: 2;

Проміжний сегмент 5 10Base-FB: 2.

Сума цих величин дає значення PVV, рівне 24,5bt, що є менше граничного значення - 49 бітових інтервалів.

Таким чином, наведена конфігурація мережі відповідає вимогам стандарту IEEE 802.3.