5 Проектиране на Ethernet мрежа
При създаването на нова корпоративна мрежа трябва да се вземат предвид следните фактори [6, 15, 16]:
- необходимия размер на мрежата (в близко бъдеще и според прогнозата за бъдещето);
- необходимата структура, йерархия и основни части на мрежата (по подразделения на предприятието, както и по помещения, етажи и сгради на предприятието);
- основните насоки и интензивност на информационните потоци (в близко бъдеще и в дългосрочен план);
- технически характеристики на оборудването (компютри, адаптери, кабели, повторители, хъбове, комутатори) и неговата цена;
- възможността за полагане на кабелна система в и между помещенията, както и мерки за осигуряване на целостта на кабела;
- осигуряване на поддръжка на мрежата и контрол върху нейната надеждност и сигурност;
- изисквания към софтуера по отношение на допустимия размер на мрежата, скорост, гъвкавост, разграничаване на правата за достъп, цена, възможност за контрол на обмена на информация и др.;
- необходимостта от свързване към глобални мрежи или други локални мрежи.
Напълно възможно е след проучване на всички изброени и неизброени фактори да се окаже, че е напълно възможно да се мине изобщо без мрежа, като по този начин се избегнат доста големи разходи за хардуер и софтуер, за инсталиране и експлоатация на мрежата, за заплати на персонала по поддръжката, за поддръжка, ремонти и т.н. Например, ако има само няколко потребители, които работят офлайн на своите компютри и само от време на време обменят файлове, тогава мрежата може да замени обикновена дискета (това е едновременно по-евтино и много по-малко неприятно).
Мрежата въвежда много допълнителни предизвикателства в сравнение със самостоятелните компютри, от най-простите механични (компютрите, свързани към мрежата, са по-трудни за пренасяне отмясто до място) до сложна информация (необходимостта да се контролират споделените ресурси, да се предотврати заразяването на мрежата от вируси). Освен това потребителите на мрежата вече не са толкова независими, колкото потребителите на самостоятелни компютри, те трябва да се придържат към определени правила, да се подчиняват на установените изисквания, на които трябва да бъдат научени.
И накрая, мрежата рязко повдига въпроса за информационната сигурност, защитата срещу неоторизиран достъп, тъй като от всеки мрежов компютър можете да четете данни от споделени мрежови устройства. Така или иначе е много по-лесно да защитите един компютър или дори няколко отделни компютъра, отколкото цяла мрежа. Ето защо е препоръчително да започнете инсталирането на мрежа само когато без мрежа работата стане просто невъзможна, непродуктивна, когато липсата на комуникация между компютър забавя работата и възпрепятства развитието на бизнеса.
5.1 Избор и оценка на Ethernet мрежова конфигурация
При избора на Ethernet мрежова конфигурация, състояща се от сегменти от различни типове, възникват много въпроси, свързани предимно с максимално допустимия размер (диаметър) на мрежата и максимално възможния брой различни елементи. Мрежата ще работи само ако максималното забавяне на разпространението на сигнала в нея не надвишава граничната стойност. Тази стойност се определя от избрания метод за контрол на обмена CSMA/CD въз основа на откриване на сблъсък [4, 12].
Точното разпознаване на сблъсъци от всички станции в мрежата е предпоставка за правилната работа на Ethernet мрежата. Ако някоя предавателна станция не разпознае сблъсъка и реши, че е предала рамката с данни правилно, тогава тази рамка с данни ще бъде загубена. Поради наслагването на сигнали по време на сблъсък, информацията за рамката ще бъде изкривена и ще бъде отхвърлена от приемащата станция (вероятно порадинесъответствие на контролната сума). Най-вероятно повредената информация ще бъде препредадена от някой протокол от по-горен слой, например транспортни или базирани на връзка приложения. Но повторното предаване на съобщението от протоколите на горния слой ще се случи след много по-дълъг интервал от време (понякога дори след няколко секунди) в сравнение с интервалите от микросекунди, на които работи Ethernet протоколът. Следователно, ако сблъсъците не се разпознават надеждно от мрежовите възли на Ethernet, това ще доведе до забележимо намаляване на полезната пропускателна способност на тази мрежа.
За надеждно откриване на сблъсък трябва да бъде изпълнена следната връзка:
къдетоТminе времето за предаване на кадър с минимална дължина;
tPDVе времето, необходимо на сигнала за сблъсък да се разпространи до най-отдалечения мрежов възел.
Тъй като в най-лошия случай сигналът трябва да премине два пъти между най-отдалечените станции в мрежата (неизкривен сигнал преминава в една посока и сигнал, който вече е изкривен от сблъсъка, се разпространява по обратния път), това време се нарича времедвоен завой (PathDelayValue,PDV).
Когато това условие е изпълнено, предавателната станция трябва да има време да открие сблъсъка, причинен от нейния предаван кадър, дори преди да завърши предаването на този кадър.
Очевидно изпълнението на това условие зависи, от една страна, от дължината на минималния кадър и честотната лента на мрежата, а от друга страна, от дължината на кабелната система на мрежата и скоростта на разпространение на сигнала в кабела (за различните видове кабели тази скорост е малко по-различна).
Всички параметри на Ethernet протокола са избрани по такъв начин, че по време на нормална работа на мрежовите възли, сблъсъци винаги сабяха ясно разпознати. При избора на параметрите, разбира се, беше взето предвид и горното съотношение, което свързва минималната дължина на рамката и максималното разстояние между станциите в мрежовия сегмент.
Ethernet стандартът предполага, че минималната дължина на полето за данни на рамката е 46 байта (което, заедно със служебните полета, дава минимална дължина на рамката от 64 байта, а заедно с преамбюла, 72 байта или 576 бита). От тук може да се определи ограничение на разстоянието между станциите.
След края на предаването на рамката всички мрежови възли са длъжни да поддържат технологична пауза (InterPacketGap) от 9,6 μs. Тази пауза, наричана още междукадрови интервал, е необходима за привеждане на мрежовите адаптери в първоначалното им състояние, както и за предотвратяване на изключителното улавяне на носителя от една станция. След края на технологичната пауза възлите имат право да започнат да предават своя кадър, тъй като средата е свободна.
Спазването на многобройните ограничения, установени за различни стандарти на физическия слой на Ethernet мрежите, гарантира специфичната работа на мрежата (естествено, ако всички елементи на физическия слой са в добро състояние).
Най-честите ограничения за проверка са дължината на един кабелен сегмент, както и броят на повторителите и общата дължина на мрежата. Правилата "5-4-3" за коаксиални мрежи и "4 хъба" за мрежи, базирани на усукана двойка и оптични влакна, не само гарантират производителност на мрежата, но и оставят голям "марж на безопасност" за мрежата. Например, ако изчислите времето за двупосочно пътуване в мрежа, състояща се от 4 10 Base-5 повторителя и 5 сегмента с максимална дължина 500 m, тогава се оказва, че това са 537 битови интервали. И тъй като времето за предаване на рамка с минимална дължина, състояща се от преамбюл от 72 байта, е 575 битаинтервали, можете да видите, че разработчиците на Ethernet стандарта са оставили 38 битови интервали като граница за надеждност. Въпреки това комитетът 802.3 казва, че дори 4 допълнителни битови слота осигуряват достатъчна граница на безопасност.
Комитетът IEEE 802.3 предоставя първоначални данни за забавянията, въведени от ретранслатори и различни медии за предаване на данни за онези специалисти, които искат самостоятелно да изчислят максималния брой ретранслатори и максималната обща дължина на мрежата, без да се задоволяват със стойностите, дадени в правилата "5-4-3" и "4 хъба". Такива изчисления са особено полезни за мрежи, състоящи се от смесени кабелни системи, като коаксиални и оптични, за които не са предназначени правилата за броя на повторителите. В този случай максималната дължина на всеки отделен физически сегмент трябва стриктно да отговаря на стандарта, тоест 500 m за „дебел“ коаксиален кабел, 100 m за усукана двойка и т.н.
За да работи правилно Ethernet мрежа, състояща се от сегменти с различно физическо естество, трябва да бъдат изпълнени четири основни условия:
- броят на станциите в мрежата е не повече от 1024;
- максималната дължина на всеки физически сегмент е не повече от стойността, определена в съответния стандарт за физически слой;
- времето на двойно преминаване на сигнала (PartDelayValue,PDV) между двете най-отдалечени една от друга мрежови станции е не повече от 575 битови интервали;
- намаляването на междукадровия интервал IPG (PartVariabilityValue, PVV) по време на преминаването на последователност от рамки през всички повторители трябва да бъде не повече от 49 битови интервали. Тъй като при изпращане на кадри крайните възли осигуряват първоначално междукадрово разстояние от 96 битови интервали, след преминаване през повторителя, то трябва да бъде не по-малко от96-49=47 битови интервали.
За опростяване на изчисленията обикновено се използват референтни данни на IEEE, съдържащи закъснения на разпространението в повторители, приемо-предаватели и различни физически носители. В табл. 5.1 показва данните, необходими за изчисляване на стойносттаtPDVза всички Ethernet физически стандарти. Закъсненията на сигнала за изчисляване на PDV са дадени в битови интервали.
Комитетът 802.3 се опита да опрости изчисленията възможно най-много, поради което данните, дадени в таблицата, включват няколко етапа от пътя на сигнала наведнъж. Например закъсненията, въведени от ретранслатор, се състоят от закъснение на входния приемо-предавател, забавяне на повтарящ се блок и забавяне на изходния приемо-предавател. В таблицата обаче всички тези закъснения са представени с една стойност, наречена сегментна база.
Таблица 5.1 - Данни за изчисляване на стойността на времето за двойно завъртане