АРХИТЕКТУРА И ПРОТОКОЛИ НА
Ethernet мрежи
Ethernet мрежи
Съдържание:
1. Мрежови архитектури и стандарти за управление на LAN
2. Стандартни
сегменти и конфигурации в класически Ethernet мрежи.
3.
Високоскоростен Ethernet.
1. Мрежови
архитектури и стандарти за LAN
Най-използвана
в днешно време архитектура за изграждане на мрежи безспорно е Ethernet, но все
още се използват мрежи с управляващ маркер Token Ring.
Ethernet,
разработен през 70-те години в лабораториите на Xerox, първоначално позволявал
изграждането на мрежи с дебел коаксиален кабел и скорост на предаване на дани
от 2.94 Mbit/sec. През всичките години Ethernet е претърпял множество
метаморфози, благодарение на отворения си стандарт, особене след като към
проекта се включват фирми като DEC и Intel. През 1980 г. Ethernet 1-"Blue
Book Standart", последван през 1985 г. от DIX стандарта (DEC, Intel,
Xerox), известен като Tehernet-2. През същата година излиза стандарта IEEE
802.3, фиксиращ общите правила за предаване на дани в локалните мрежи (LAN):
IEEE 802.3 Carrier Sense Multiple Access Method and Physical Layer
Specifications". И двата стандарта Ethernet и IEEE 802.3 се отнасят за
подобни технологии: описват CSMA/CD локални мрежи.
В
Интернет има противоречиви сведения за това, кое от физическите нива (например
10Base2, 10Base5) към кой от стандартите се отнася.
1.1 Разновидности на Ethernet
Според скоростта
на предаване на данните и предаващата среда съществуват няколко варианта на технологията. Независимо от способа на предаване стека на мрежовия протокол и програмите работят еднакво практически
навсякъде.
Болшинството Ethernet-карти и другите
устройства поддържат няколко скоростиза предаване на данните, използвайки
автоопределяне на скоростта и дуплексност, за постигане на съединение между две устройства. Ако автоопределянето не сработи, скоростта се настройва според партнора, и се включва полудуплексен режим. Например, наличието в устройство на порт Ethernet 10/100 говори за това, че през него може да се работи по технологии 10BASE-T и 100BASE-TX, а порт Ethernet 10/100/1000 — поддържа стандарти 10BASE-T, 100BASE-TX, и 1000BASE-T
Табл.1 Стандарти IEEE 802.3
Стандарт
|
Дата на приемане
|
Описание
|
802.3
|
10BASE5,
(«Дебел Ethernet»)
|
|
802.3a
|
10BASE2
(«Тънък Ethernet»)
|
|
802.3i
|
10BASE-T
(усукана двойка)
|
|
802.3j
|
10BASE-F
(оптично влакно)
|
|
802.3u
|
1995
|
Fast
Ethernet
|
802.3z
|
1997
|
Gigabit
Ethernet
|
802.3ab
|
1999
|
Gigabit
Ethernet по меден кабел 5-та категория
|
802.3x
|
Управление
на потоци с пълен дуплекс
|
1.2Ранни модификации на Ethernet
·
Xerox Ethernet — оригинална технология, скорост 3Mb/s, два варианта Version 1 и Version
2, формата на кадъра на последната версия
до сега има широко приложение.
·
10BROAD36 — широко разпространение не е получил. От първите стандарти, за работа на големи разстояния. Използова технология за широколентова модулация, подобна на тази в кабелни модеми. Използва коаксиален кабел.
·
1BASE5 —известен, като StarLAN, първата модификация на Ethernet-технология с усукана двойка. Скорост 1Mb/s, няма търговско приложение.
10 Mb/s Ethernet
·
10BASE5, IEEE 802.3 ( «Дебел Ethernet») — първата разработка на технологията при скорост 10Mb/s. Използа коаксиален кабел, с вълново съпротивление 50Ω(RG-8), с максимална дължина на
сегмента 500м.
·
10BASE2, IEEE 802.3a («Тънък Ethernet») — използва кабел RG-58, с максимална дължина на сегмента 200м, компютрите се съединяват един с друг, за свързване на кабела към
мрежовата карта е нужен T-конектор, а на кабела - BNC-конектор. На всеки край се поставят терминатори. Основен стандарт за Ethernet в миналото.
·
StarLAN 10 — Първа разработка, използваща усукана двойка при скорост 10Mb/s. Постепенно
прераснал в
стандарт 10BASE-T.
·
10BASE-T, IEEE 802.3i — за предаванеи
даних използуется 4 провода кабеля усукана
двойка (две кръстосани двойки) категория-3 или категория-5. Максимална дължина на сегмента 100 м.
·
FOIRL — (акроним от англ. Fiber-optic inter-repeater link). Базов стандарт за технология Ethernet, използващ оптически кабел. Максимално
растояние без повторител 1km.
·
10BASE-F,
IEEE 802.3j — Основeн термин
за обозначениe на семейството 10 Mb/s ethernet-стандарти използващи влакнестооптичен кабел на растояние до 2 километра: 10BASE-FL, 10BASE-FB и 10BASE-FP. Само 10BASE-FL е получил широко разпространение.
·
10BASE-FL (Fiber Link) —Подобрена версия на стандарт FOIRL(увеличена дължина на сегмента до 2km.
·
10BASE-FB (Fiber Backbone) — Сега неизползван стандарт, предназначен за обединение на повторители в магистрала.
·
10BASE-FP (Fiber Passive)- Топология «пасивная звезда», в която не са нужни повторители — никога не е използван.
1.3 Бърз Ethernet (100 Mb/s)
(Fast Ethernet)
·
100BASE-T — Общ термин за трите стандарта 100 Mb/s ethernet, използващи усукана двойка. Дължината на сегмента е до 100 метра. Включва в себе си 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2.
·
100BASE-TX, IEEE 802.3u — Развитие на технология 10BASE-T, използва се топология звезда, кабел усукана двойка категория-5, в който фактически се използват 2 двойки проводници, максимална скорост 100Mb/s.
·
100BASE-T4 — 100Mb/s ethernet по кабел категория - 3. Използват се всички 4 двойки. Сега практически не се използва. Предаването на данни е в полудуплексен режим.
·
100BASE-T2 — Не се използва 100 Mb/s ethernet през кабел категория - 3. Използват се само 2 двойки. Поддържа се пълнодуплексен режим, като сигналите
се разпространяват в противоположни направления по всяка двойка. Скорост в едно направление — 50 Mb/s.
·
100BASE-FX — 100 Mb/s ethernet чрез
влакнестооптичен кабел. Максимална дължина на сегмента 400 метра в полудуплексен режим (за гарантираното откриване на колизии) или 2 километра в пълнодуплексен режиме по многомодово оптическо влакно и до 32 километров по едномодово.
1.4 Гигабит Ethernet
·
1000BASE-T, IEEE 802.3ab — Стандарт Ethernet 1 Gb/s. Използва усукана двойка категория 5e или категория 6. В предаването на данни участват и 4те двойки. Скорост — 250 Mb/s по едната двойка.
·
1000BASE-TX, — Стандарт Ethernet 1 Gb/s, използващ само усукана двойка категория 6. Практически не се използва.
·
1000Base-X — общ термин за технология Гигабит Ethernet, използва влакнестооптичен кабел, включва 1000BASE-SX, 1000BASE-LX и
1000BASE-CX.
·
1000BASE-SX, IEEE 802.3z — 1 Gb/s Ethernet технология, използва многомодово влакно разпространение
на сигнала без
повторител до 550 метра.
·
1000BASE-LX, IEEE 802.3z — 1Gb/s Ethernet технология, използва многомодово влакно разстояние на
разпространение на сигнала без повторител до 550 метра. При използване на едномодово влакно - до 10 километра.
·
1000BASE-CX — Технология Гигабит Ethernet за къси растояния (до 25 метра), използва специален меден кабел (Екранирана усукана двойка (STP)) с вълново съпротивление 150Ω. Заменен със стандарт 1000BASE-T, и сега не се използва.
·
1000BASE-LH (Long Haul) — 1Gb/s Ethernet технология, използва едномодов влакнестооптичен кабел, разпространение
на сигнала без
повторител до 100 километра.
1.5 10 Гигабит Ethernet
Новият стандарт 10 Гигабит Ethernet включва в себе си седем стандарта на физическа среда за LAN, MAN и WAN. Понастоящем се описва с поправката IEEE 802.3ae и е длъжен да се ревизира
заедно със стандарт
IEEE 802.3.
·
10GBASE-CX4 — Технология 10 Гигабит Ethernet за къси разстояния (до 15 метра), използва се меден кабел CX4 и конектори InfiniBand.
·
10GBASE-SR — Технология 10 Гигабит Ethernet за къси разстояния (до 26 или 82 метра, в зависимост от типа кабел),
използва се многомодово оптовлакно. Поддържа също разстояния до 300 метра с ново многомодово оптовлакно (2000MHz/km).
·
10GBASE-LX4 — използwa уплyтнение по дължината на вълната за поддържане на разстояния от 240 до 300 метра по многомодово оптовлакно и до 10 километра при използване на едномодово оптовлакно.
·
10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW —
тези стандарти
използват физически интерфейс, съвместим по скорост и формат на данни с интерфейса OC-192 / STM-64 SONET/SDH. Те са подобни на стандарта 10GBASE-SR, 10GBASE-LR и
10GBASE-ER съответно, тъй като използват същите
типове кабели и разстояния за предаване.
·
10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006 — приет юни 2006 года след 4 години разработка. Използва екранирана усукана двойка. Разстояние — до 100 метра.
Стандартът 10 Гигабит Ethernet е още много млад,за да се установи кои от изброените
разновидности на стандарта имат основно търговско приложение.
2.Стандартни сегменти и
конфигурации в класически Ethernet мрежи (
ранни модификации - 10Mb/s среда за достъп)
Ethernet
сегмента е дeфиниран като свързващ сегмент в Еthernet спецификацията.
Един свързващ елемент е формално описан като като едно point-to-point (точка до
точка) средство, което включва само две MDI-s. В друг смисъл,
свързващия елемент, който е напълно съвместим с IEEE 802.3 спецификацията има
само две устройства свързани към него – по едно във всеки край.
Най малката мрежа е изградена с един свързващ елемент и два
компютъра, всеки от тях расположени в края на елемента. По срещаният вариант
включва многопортов повторител (multiports repeter), наричан още хъб (hub),
използван за да осигури връзката между по-далечни свързващи сегменти.
Свързването му в една мрежа става посредством съединяването на наличния
компютър към единия край на свързащия сегмент, а другия край на сегмента се
свързва с MAN-s на хъба. Това позволява да се осъществи контакт с много други
сегменти свързани към хъба и съответно към привързаните към тях компютърни
станции.
Съществуват
множество мрежови стандарти и спецификации, различаващи се по скоростта на LAN,
вида на използвания проводник, метода на предаването на сигнала и др. Ето някои
най-разпространени от тях:
Типичната Еthernet система действува при скорост на
трансфер 10 Мbps и e изградена на базата на един от четирите базови свързващи
сегмента дефинирани в стандарта IEEE 802.3
Фиг. 1. Базови свързващи сегменти
Идентификацията на IEEE – 10BASE-T, включва три части от
информация. Първата от тях, “10”,е позицията на скоростта на средата – 10 Мb.
Думата “BASE” представя характера на базовата връзка, която е типична за
сигнала. Третата част на идентификацията показва типа на сегмента или дължината
й. За дебелия коаксиален кабел цифрата “5” показва максималната дължина на
сегмента. За тънкия коаксиален кабел цифрата “2” означава 200м. или по-точно
185м. дължина за един свързващ сегмент.
Буквите “Т” и “F” представят съответно усуканата двойка и
оптичното влакно като среди за пренасяне на даните. Тънкият коаксиален сегмент
беше първият появил се в Еthernet спецификацията. След това се появи тънкият
коаксиален сегмент, следван от сегментите реализирани на базата на усукана
двойка и оптично влакно. Усуканата двойка е най-широко използуваната среда днес
за осъществяване на връзка меду отделните компютри.
2.1 Стандартен Ethernet 10Base5 (ticknet - дебел Ethernet)
.
фиг.2 Стандартен Ethernet 10Base5
Този
стандарт е най-старият между всички
останали, и в днешно време вече почти не се използва, а оборудване за него
следва да се търси в антиквартните магазини). Използва топология линейна шина.
Инсталацията става с външни приемопредаватели(трансивери, MAU), които се свързват с мрежовата карта чрез
приемопредавателен кабел AUI, използващ 15-изводни AUI(DIX) конектори, а към коаксиалния кабел
посредством т.н. “вампирски зъб”(vampire tap).
Фиг.3. Компоненти в 10-Mbps медийна
система
DTE - Data Terminal Equipment или компютър
AUI Attacment Unit Interface – интерфейс за пфигъединяване на устройство.
IEEE термин за съединение между мрежов контролер и трансивер;
MAU, Medium Attachment Unit – Устройство за пфигъединяване към
преносната среда(кабела) IEEE термин за трансивер. Термин MAU често се ползва за описание на устройства
Multi-Station Access Unit (MSAU) в мрежи Token-Ring. (по-подробно за MSAU
виж"хъб")
MDI, Medium Dependent Interface – медийно зависим интерфейс;
10BASE5
често се ползва като гръбнак(bachbone) с повторители на всеки
етаж, защото дебелия кабел покрива големи разстояния. Към
повторителите се свързват с тънък кабел(thinnet) компютрите
на етажа.
Забележка:
По името на стандарта може да се съди за характеристиките на мрежата. Така,
например, 10Base5 се дешифрира по следният начин:
10 - скорост на локалната мрежа
в MB/sec.
Base=Baseband, Broad=Broadband
5-дължина на мрежовият сегмент в
стотици метри
|
Основни параметри:
- Скорост на предаване на даните:
10 Mbit/sec.
- Кабел - коаксиален, дебел (около
12 м в диаметър) RG-8 или RG-11 с вълново съпротивление 50Ω.
- Метод на предаване на
сигнала-теснолентово предаване, Baseband;
- Метод за достъп до преносната
среда – CSMA/CD;
- Максимална дължина на сегмента
(участък от мрежата, без репитер, ограничен от терминаторите)-500 метра.
- Дължина на кабела между две
съседни станции(сегмент) - не по-малко от 2.5 метра
- Обща дължина на кабела във
всички сегменти-не повече от 2500 м.
- Максимален брой сегменти в
мрежата- 5
- Максимално количество точки на
включване-100
- Сегментът трябва да завършва с
терминатор, един от които трябва да е заземен
- Кабелите между магистралата и
възела могат да бъдат произволно къси, но разстоянието между трансивера и
адаптера не трябва да надвишава 50 m.
Към предимствата на 10Base5 може да се отнесат: голяма дължина на
сегмента, добра EMI-защита на кабела, капацитет за повече
компютри във всеки сегмент.
Недостатъци: ниска по
сегашните разбирания скорост, голяма дебелина на кабела, ниска гъвкавост,
необходимост от пробиване на кабела при разклонение, оскъпяване заради
приемопредавателите и приемопредавателните кабели.
1Base5
Основни параметри:
- Скорост на предаване на дани-1
Mbit/sec
- Максимална дължина на
сегмента-400 м.
- Шина топология-тип звезда
- Кабел-UTP-неекранирана усукана
двойка категория 2
Този тип мрежи също вече никъде
не се използва поради много ниските скорости на предаване на дани. В литературата
обаче все още се среща, понякога, като част от проекта UltraNet или, като в
този материал, за изчерпателност :)
2.2 10Base2(thinnet)
Табл.2 Свъзване стандарт 10Base2(thinnet)
  
1 – мрежова
карта, поставена в компютъра
2 - Т-конектор
3 – съединители
в краищата на кабела
4 – терминатор
|
Основни
параметри:
·
Скорост на предаване
на дани-10 Mbit/sec
·
Основна използвана
топология-обща шина
·
Кабел-коаксиален,
тънък (6mm), тип RG-58 със съпротивление 50Ω
·
Максимална дължина
на сегмента- 185 m(закръгл.200)
·
Метод на предаване
на сигнала-теснолентово, Baseband
·
Метод за достъп до
преносната среда – CSMA/CD;
·
Обща дълбина на
кабела във всички сегменти, включвайки свързаните чрез повторители
(репитери)-не повече от 925 м.
·
Минимално разстояние
между възлите-0.5 м.
·
Общ брой възли
(точки на включване, компютри) в един сегмент (включително
повторители) - не по-голям от 30
·
Сегментът завършва с
терминатори, единият от които се заземява
·
Максималният брой
сегменти в мрежата е 5
·
Мрежовите адаптери
се свързват към магистралния кабел с помощтана
Т-конектори, не се допускат "опашки" от основния (магистралния
кабел, както е например при 10Base5).
|
Предимства
– Мрежата е лесна за инсталиране и конфигуриране. Използва по-малко кабел
спрямо 10BASE T, 10Base5.
Мрежата е относително евтина - не изисква допълнителни компоненти(хъбове,
трансивъри).
Недостатъци – Ограниченията в дължина и брой възли(вследствие по-силното затихване
на сигнала) я отнасят към малките временни мрежи. Ниска скорост.
Съединители Thin Ethernet
Използват
се BNC – конектори, обикновени, Т-образни, както и BNC-терминатори.
а)
б)
фиг.4 Крайно (а) и междинно (б) съединение с Т конектор в
разглобен и сглобен вид
1. Терминатор.
2. Т-конектор.
3. Съединител на
мрежов адаптер на компютър
или др. мрежово устройство.
4. Съединител на
мрежовия кабел
Терминаторът е специален BNC-съединител(мъжки) с запоено между централния и външния контакт
резистор чиято стойност е равна на вълновото съпротивление на кабела( за
10Base-2 50Ω )
При изключване на мрежово устройство, Т-конектора се оставя
в мрежата, за да не се наруши нейната работоспособност (топология шина).
Т-конекторът може и да се замени с пряк съединител (I-connector).
фиг. 5 Терминатор, barrel-connector/I-connector, bulk-head connector
фиг.6 Thin Ethernet съединения с
barrel-connector/I-connector и bulk-head connector
Предназначени са за съединение на съчленяващи се части на
два съединителя с еднакви или различни пфигъединителни размери. Използват се за
съединение на две парчета коаксиален кабел, със BNC съединители
тип вилка в краищата. А също за закрепено подвеждане на коаксиален кабел към
работното място, за избягване на случайно опъване или нежелателно прегъване на
основния проводник. За соединение на две парчета коаксиален кабел може също да
се използва и Т-конектор.
2.3
10BaseT
Това е една от най-популярните реализации на Ethernet. Използва шинна топология тип звезда. (логическа звезда).
2.3.1 Компоненти на стандарта 10BASE-Т.
Към стандартът 10BASE-T се отнася усукана двойка проводник
(twisted-pair),като този стандарт се използва за долния вариант на Еthernet
мрежа:
Фиг.7. Свързване на компютър в
Ethernet мрежа с усукана двойка проводник
Стандартът 10BASE-T включва две двойки кабели. Едната
двойка се използва за получаване на информациония сигнал, а другата се използва
за транспортиране на този информационен сигнал.
Двете жици във всяка двойка трябва да бъдат усукани по
цялата дължина на сегмента, което представлява стандартен подход позволяващ да
се подобрят транспортните характеристики на усуканата двойка. Сегментите с
усукана двойка комуникират с могопортов хъб. Един пет портов хъб може да се
види на Фиг.1.
2.3.2. Характеристика на компонентите на стандарта.
Долу посочените компоненти се използват за изграждане на
един 10-BASE-T сегмент и за осъществяване на необходимата свързваща среда за
транспорт на даните. Трябва да се наблегне на факта, че това е само въведение и
кратко разглеждане, което не си поставя за цел да предостави някаква конкретна
информация на хората, които са си поставили за цел изграждането на Ethernet
мрежа.
Компоненти:
Мрежова среда; 10-BASE-T мрежова свързваща матрица
разположена в многопортовия hub; 10-BASE-T интегриран тест на връзката; Усукана двойка кабел представляващ средата за
транспорт на даните.
1. Мрежова среда.
10 Mbps Ethernet система се изгражда за да позволи достъп
средно на 100 метра дистанция между предавателя и получателя на информацията.
Коаксиалнияt кабел който се използва е от категория 3 и нагоре.
Максималната дължина на сегмента може да бъде по-къса или по-дълга от в
зависимост от качеството на усуканата двойка кабел от който той е направен.
Препоръчва се тази дължина да бъде около 90 метра. Това
осигурява 10 метра осигурителна дистанция на връзката.
Необходимо е да се извършат тестове на кабела за да могат
да се определят и анализират електрическите му характеристики.
Тези тестове включват определянето на сигнала “crosstalk”,
който е резултантния сигнал между получения и предадения сигнал. Двете двойки
проводници, от които се състои кабела завършват в един осем изводен конектор
RJ-45. Характерното за него, е че само четири от осемте му извода влизат в
употреба. Това може да се види на Табл.1:
Табл.3. Сигнали в осем изводния
конектор RJ-45
Изпращания и получавания информационен сигнал във всяка
двойка са поляризирани, като единия проводник от всяка двойка пренася
положителния (+) сигнал, а другия пренася отрицателния (-) сигнал.
2. Мрежова
свързваща матрица.
Когато се свързват
две усукани двойки заедно в един сегмент, предаващите изводи на осем изводния
конектор трябва да се свържат към изводите за получаване на поредицата от
данни, и обратно. Свързват се само едноимените потенциали. Това нагледно може
да се види от Фиг.2:
Фиг.8. Свързване на две усукани
двойки в един сегмент
сегмент - част от мрежов
кабел, ограничена от мостове (bridges), маршрутизатори (routers),
повторители (repeaters) или терминатори (terminators).
3. Интегриран тест за връзка.
10-BASE-T MAUs продължително показва активността на средата
за предаване на даните, проверявайки характеристиките на канала за връзка.
Когато мрежата е свободна MAUs изпраща сигнал за
тест на връзката до някой друг абонат. Коректността на свръзката може да се
установи от светлината индикация на MAUs.
1.2.4. Усукана
двойка кабел представляващ средата за транспорт на даните.
Една от грешките, която се допуска е когато се свързва
компютър към сегмент изградeн от усукана двойка,
да се използва кабела “silver satin”, който се използва най-често за свързване
на телефона към телефония жак. Проблемът е в това, че този “silver satin” кабел
се използва за телефони които нямат усукана двойка кабел в тях. Тази липса на
усукана двойка дава резултат в крайния сигнал “crosstalk” и може да бъде
причина за фантомни обаждания. При използването им при изграждане на Ethernet
могат да се появqт конфликти, които да бъдат срещнати и
по-късно. Един нормален конфликт може да доведе до незабавно предаване на
фреймовете по Ethernet интерфейса. Обаче, един късен проблем може да доведе дo загуба на фреймове (frames), които трябва да се открият и
препредадът с подходящ приложен софтуер. Това препредаване е много по-бавно и
може да доведе до претоварване на мрежата. Този проблем може да бъде избегнат
само с използването на кабел с усукана двойка при изграждането на Ethernet
мрежата.
Физическата топология изградена с този вид свързващи кабели
е от тип “звезда”. В тази топология свързващите сегменти излизат от хъба, както
лъчите от звездата. на Фиг.3 е изобразен един четири портов репитер свързан с 4
DTE (Data Terminal Equipment или компютър по накратко) посредством сегменти с
усукана двойка.
Фиг.9. Мрежа 10-BASE-T с физическа топология тип
"звезда"
2.3.4 Основни
параметри:
- Скорост на предаване на дани-10 Mbit/sec;
- Максимално разстояние между 2 устройства-100 метра (в
този случай точно това се има предвид под понятието сегмент);
- Основна топология-тип звезда;
- Кабел UTP (усукана неекранирана двойка) категория 3 или
по-висока;
- Тип конектор-RJ-45;
- Когато трябва да се свържат повече от 2 мрежови
устройства се използва хъб (hub). Хъбовете могат да се свързват каскадно,
използвайки дървовидна топология;
- Максимален диаметър на мрежата-500 м.;
- Количество възли в мрежата-1024;
При този стандарт за свързване се използват две двойки
усукани кабели-едната за предаване, а другата-за приемане. При свързване на
мрежови контролерна компютър към хъб се използва директна връзка, а при
свързване на еднакви портове (MDI и MDI или MDI-X и MDI-X) както е в случай на
връзка между два компютъра без хъб или на два хъба – кръстосана(crossover)
връзка, в която проводниците, от едната страна са свързани към перата на
съединители, служещи за предаване, от другата се свързват към перата, служещи
за приемане и обратно.
Табл.4
MDI порт DTE(компютър, принтер и др.)
|
MDI-X порт(хъб)
|
||
1
|
предаване 1
|
1
|
приемане 1
|
2
|
предаване 2
|
2
|
приемане 2
|
3
|
приемане 1
|
3
|
предаване 1
|
4
|
4
|
||
5
|
5
|
||
6
|
приемане 2
|
6
|
предаване 2
|
7
|
7
|
||
8
|
8
|
||
Tъй като от мрежовия кабел, съставен от 4 усукани двойки се
използват реално само 2, останалите две двойки могат да се използват за други
цели, което, обаче изисква известни умения. Например, по тях може да се пусне
телефонен сигнал за dial-up връзка, или да се включи още един компютър, намиращ
се в близост до другия. Неудобството е, че при преминаването към стандарта 100
Base-T, изискващ само подмяна на интерфейсните (мрежови) карти, тези
допълнителни "екстри" вече няма да могат да се ползват: 100Base-T
използва 4 усукани двойки.
Предимства – относително евтини компоненти и мрежи. UTP кабелите са тънки, гъвкави и по-лесни за полагане в
сравнение с лоаксиалния кабел. Модулните RJ-45 конектори също улесняват свързването на кабела към
мрежоват карта или хъба. Позволява ъпгрейд за по-висока скорост чрез кабел Cat 5 и
по-висока, мрежови карти 10/100Mbps и замяна на хъбовете.
Недостатъци – Малка дължина на сегмента(100м) без повторител. Кабелът UTP е податлив на електромагнитни смущения(EMI) и затихване.
2.3.5 Монтаж и полагане на мрежи с усукана двойка (Twisted Pair)
Работата започва със съставяне на подробна схема за
полагане на кабела и разполагане на устройствата. При полагане на UTP - кабел
се спазват
следните условия.
Максималната дължина на кабела между розетките или между
розетка и patch панела е 90м От максималното разстояние 100 м между DTE
(компютър) и хъба се оставят 10 м за
съединителните кабели(patch cord) между розетката и компютъра, а също и между
розетката (patch панела) и хъба. В мрежи категория 5 може да има не повечеот
три парчета кабел между две устройства (както
на фигурата).
фиг.10 Монтаж и полагане на мрежи с усукана двойка
Минималният радиус на огъване на кабела е четири диаметра
(или 1 дюйм=2,5 см), но се препоръчва такова разположение на кабела, че
огъването да е с радиус над 2 дюйма (5 см.).
Минималното
разстояние между мрежов кабел и паралелно положен силов кабел с
напрежение по-малко от 2 KV е 12,5 cm(5 дюйма). Вместо скъпия patch панел може да се ползва
розетка.
2.4
10 Base-F
Основни параметри:
- Максимална скорост на предаване-10 Mbit/sec
- Топология тип звезда
- Стандартни връзки между мрежовите устройства и хъба
- Влакнестооптичен кабел между трансивърите 10BaseF
- Максимална дължина на сегмента-2 km.
фиг.11 Използване на
влакнестооптичен, AUI и UTP кабели
фиг.12 Мрежа с влакнестооптичен кабел
Приложението на влакнестооптичния кабел значително увеличи
дължината и шумоустойчивостта на сегмента. Постига се пълно галванично
развързване на компютрите в мрежата без допълнителна апаратура. Възможен е
преход към Fast Ethernet без замяна на кабели, поради високата пропускателна
способност на оптичното влакно.
Предаването на информация става чрез два единични
влакнестооптични кабела или чрез един двупроводен с обща обвивка (както и в 10BASE-T) – предаващ
TX и приемен RX. Цената на
влакнестооптичния кабел е близка до тази на тънкия коаксиален кабел. По-скъпа е
апаратурата – т.н. влакнестооптични трансивери.
Апаратурата 10BASE-FL е сходна с тази при 10BASE5
(и тук могат да се ползват външни трансивери,съединени с адаптерите чрез
трансиверен кабел), както и с апаратурата на 10BASE-T (тук също се
използва топология звезда и два двупосочни кабела). Схема на съединение на
мрежов адаптер и концентратор е показана на фиг13.
фиг. 13. Съединение на адаптер и концентратор в
10BASE-FL
Влакнестооптичния трансивер се нарича FOMAU (Fiber
Optic MAU). Той изпълнява функциите на обикновен трансивер (MAU), като
освен това преобразува електрическия сигнал в оптически при предаване и обратно
при приемане. FOMAU също формира и контролира сигнала за цялостност на
линията за връзка, предаван в паузите между пакетите. Изправността на
свързочната линия както и при 10BASE-T, се индицира със светодиоди
"Link" и се определя според наличието между предаваните пакети на
сигнала "Idle" с честота 1 МГц. За свързване на трансивера с адаптера
се ползва стандартен AUI-кабел, както при 10BASE5,но дължината му
е под 25 м.
Съществуват мрежови адаптери с вградени трансивери FOMAU
и външни влакнестооптични
съединители за които не са необходими трансиверни кабели.
Дължината на влакнестооптичните кабели, съединяващи
трансивер и концентратор, е до 2 км без използване на ретранслатори. Така в
локалната мрежа могат да се обединят компютри, в различни здания, разнесени
териториално.
Първоначално оптичната връзка е използвана между повторители.
Стандартът FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link), е разработен в началото на
80-те години на 20 век за връзка между повторители до 1000 м. Впоследствие
са разработени трансивери за включване към репитера на отделни компютри и
стандарт 10BASE-F, който обхваща три типа сегменти:
·
10BASE-FL (Fiber Link) – заменя стария стандарт FOIRL и сега
най-разпространен . Той осигурява връзка между два компютъра, между два
репитера или между компютър и репитер. Максималното разстояние е до 2000 м.
·
10BASE-FВ (Fiber
Backbone) – стандарт за синхронен обмен между няколко репитера с цел образуване
на базово разпределена репитерна система. Максимално разстояние – до 2000 м.
Съвместим със стандарт 10BASE-FL, няма широкоо разпространение.
·
10BASE-FP (Fiber
Passive) – предназначен за обединение в топология пасивна звезда без използване
на репитери до 33 компютъра (използват се специални пасивни влакнестооптични
раззклонители). Максималното разстояние от компютъра до разклонителя – до 500
м.(поради силното затихване в пасивния влакнестооптичен разклонител. Стандартът
е несъвместим с 10BASE-FL. Широкого распространения етот тип сегмента
также не получил.
И така днес приложение намира само стандарт 10BASE-FL.
В 10BASE-FL се ползва мултимодов кабел и светлина с
дължина на вълната 850nm, но има и апаратура за едномодов кабел (с пределна дължина
до 5 км).
Сумарните влакнестооптични загуби в сегмента (както в
кабела, така и в съединителите) не трябва да превишат 12,5dB. Загубите в кабела съставляват около 5 db споредкачеството на съединителя). На практика стандартът
препоръчва да се достигне 90% от пределното разстояние.
Стандартния оптиковлакнест кабел 10BASE-FL има на
краищата си влакнестооптични байонетни ST-съединители, показанни на
фиг.14 (стандарт BFOC/2.5). Включването на този съединител към трансивер или
концентратор не е по-сложно, от BNC-съединител в мрежа 10BASE2
(виж фиг.15).
фиг. 14. ST-съединител за влакнестооптичен кабел
Използват се също влакнестооптични съединители тип SC,
подобни на RJ-45 за просто включване в гнездо. Съединителите SC
обикновено са скрепени твърдо по два за два кабела (фиг.15).
фиг. 15. Съединители тип SC за
влакнестооптичен кабеля
По-рядко се ползват съединители тип MIC FDDI, аналогични на
SC за включване в гнездо. Пример за съединение на компютри чрез
влакнестовлакнестооптичен кабел в топология пасивна звезда е показан на
фиг.11.16.
фиг. 16. Обединение на компютри в мрежа по
стандарт 10BASE-FL
Както и в случая на 10BASE-T, няколко концентратора
могат да се обединят в дървовидна топология. Най-често сегмент с 10BASE-FL
се използва за съединение на два концентратора. Към концентраторите се включват
компютри по стандарт 10BASE-T. Така се съчетава ниската себестойност на 10BASE-T
и големите разстояния на 10BASE-FL.
Минималния набор оборудване за съединение чрез
влакнестооптичен кабел на два компютъра обхваща елементите:
·
два мрежови адаптера с
трансиверни съединители;
·
два овлакнестооптични
трансивера (FOMAU);
·
два трансиверни
кабела;
·
два влакнестооптични
кабела с ST-съединителя (или с SC, или с MIC съединители)
накраищата.
При повече от два компютъра е необходим концентратор,с
влакнестооптични портове. Всеки компютър трябва да има собствен трансивер и
трансиверен кабел, както и два влакнестооптични кабели със съответни
съединители за включване към концентратора.
Сегмент 10BASE-FL
2.5 10Broad36
Основни параметри:
- Скорост на предаване на даните-10 Mbit/sec
- Топология-обща шина
- Кабел-коаксиален с вълново съпротивление 75Ω
- Метод на предаване на дани-Broadband
- Максимално разстояние между две станции (възли) в рамките
на една мрежа-3600 м.
- Отделните компютри се свързват с AUI кабел с трансивъри,
свързани към магистралния кабел
- Максимална дължина на свързващия AUI кабел-50 м.
2.6 Обобщение
Табл.5 Обобщение на характеристиките в 10 Mbit/s Ethernet
|
|
10Base5
|
10Base2
|
10BaseT
|
10BaseF
|
10Broad36
|
Комуникационна среда
|
Коаксиален кабел DB15
|
Коаксиален кабел RG-58/U (50Ω)
|
Две двойки UTP кат. 3/4
|
Една двойка влакнестооптични влакна
(λ=850 nm)
|
Коаксиален кабел RG-6
(75Ω)
|
Диаметър на кабела
|
~13 mm
|
~6mm
|
0.4 – 0.6 mm
|
62.5/125 mm
|
0.4 – 1.0 mm
|
Тип на конекторите
|
AUI
|
BNC
|
RJ-45, MDI или MDI-X
|
ST или SC
|
|
Режим на предаване, кодиране
|
Директно, Манчестър
|
Директно, Манчестър
|
Директно, Манчестър
|
Директно,
Манчестър
|
Модулирано предаване
|
Физическа топология
|
Шина/дърво
|
Шина/дърво
|
звезда
|
звезда
|
Шина/дърво
|
Максимална дължина на сегмента
|
500 m
|
185 m
|
100 m (от хъб до възел)
|
2000 m (от концентратор до възел)
|
1800 m
|
Брой на възлите в сегмента
|
100, смесен сегмент
|
30, смесен сегмент
|
1024 (в цялата мрежа), точка-точка
|
1024 (в цялата мрежа), точка-точка
|
|
Максимално покривано разстояние
|
2500 m (с 4 повторителя)
|
925 m (с 4 повторителя)
|
500m
|
2 km
|
3600m
|
Предимства
|
Подходящ за опорна мрежа
|
Ниска цена
|
Лесно поддържане
|
Подходящ за използване между сгради
|
Осигурява максимално разстояние
|
MDI – интерфейс
на порт на мрежовата карта, MDI-X интерфейс на порт на хъб или комутатор
Характеристиките на най-използваните версии на стандарта
IЕЕЕ 802.3 (10 Мb/s) са представени в таблица 5.1. От тях най-предпочитани са
10Ваsе2 и 10ВаsеТ. 10Ваsе2 се предпочита поради ниската му цена, а 10ВаsеТ -
поради лесното му поддържане. Дължината на кабела между всеки два съседни
възела при стандарта 10Ваsе2 трябва да е най-малко 0.5 m, а при стандарта
10Ваsе5 -трябва да е кратна на 2.5 m. И при двата стандарта ограничението за
дължината на покриваното разстояние (дължината на сегмента между два
терминатора -L) може да бъде преодоляно чрез включване между сегментите на
допълнителни устройства - повторители (repeaters), които да възстановяват по форма
и усилват до нужното ниво сигналите, преминаващи от един сегмент в друг. При
това повторителите в локална мрежа тип 802.3 могат да са най-много 4, като
между всеки два крайни възела трябва да има не повече от два повторителя. По
този начин с използване на повторители физическата топология на мрежата се
променя от „шина" към „разклонено дърво без корен" , като логическата
топология остава непроменена, т.е. „шина".
Допуска се смесването на двете версии на стандарта, т.е.
някои от сегментите 1, 3, 4 и 5 могат да са 10Ваsе5, а останалите – 10Base2, но
междиния сегмент 2 трябва задължително да е 10Ваsе5. Възможно е и
последователното подреждане на всички сегменти един след друг, като при това
обаче два от тях трябва задължително да са без свързани към тях компютри,
т.е. да не са натоварени. Това условие е известно като правилото 5-4-3, т.е. в
една 802.3-мрежа се допускат най-много 5 сегмента, 4 повторителя и 3 натоварени
с възли сегмента .
При стандартите 10ВаsеТ и 10ВаsеF физическата топология е
„звезда", като, логическата топология пак е „шина". Отделните мрежови
възли се свързват към концентратор (hub), който изпълнява ролята на
множествен повторител, т.е. той улавя всеки сигнал, постъпил на един от
портовете му и го разпръсква към всички останали свои портове. При това, ако
два възела предават едновремено, ще възникне конфликт, т.е. осъществена е
логическа „шина". При стандарта 10ВаsеТ за свързване на даден възел към
концентратора се използват две неекранирани усукани двойки проводници (едната
двойка - за предаване, а другата - за приемане). При стандарта 10ВаsеF за
свързване на възел към концентратора се използва една двойка влакнестооптични
влакна (едното влакно - за предаване, а другото - за приемане). В концентратора
могат да бъдат вградени н различни възможности за диагностика. Например, ако
концеитраторът установи, че даден възел е неизправен, той го изключва от
мрежата без да се нарушава нейното нормално функциониране.
Фиг. 17. Свързване на наколко Ethernet мрежи
Концентраторите могат да се свързват помежду си йерархично
по нива (максимум 3 нива), като на първо ниво трябва да има само един
концентратор, наречен главен, който функционира по вече описания начин, т.е.
като множествен повторител (фиг. 18). Останалите концентратори работят по по-различен начин от
главния концентратор. Те имат един up-порт (чрез който се свързват към
концентратора от по-високо ниво) и няколко down-порта (към които са свързани
концентратори от по-ниско ниво, сървъри, или работни станции). При постъпване
на кадър на един от down-портовете на междинен концентратор, той го пренасочва
към своя up-порт към горния концентратор, и обратно - при постъпване на кадър
(отгоре) на up-порта му, той го разпръсква към всички свои down-портове. По
този начин се съхранява логическата шина, тъй като кадър, генериран от даден
възел, ще достигне всички останали възли, а ако два възела предават едновремено
- ще възникне конфликт. При това трябва да се спазва правилото, че между всеки
два възела в мрежата трябва да има максимално 4 концентратора. Концентратор,
нарушаващ това правило, трябва да бъде заменен с друго устройство, наречено
комутатор.
Фиг. 18. Нива на свързване.
Възможно е в една локална мрежа да се използват смесени
версии на стандарта IЕЕЕ 802.3, например, 10Ваsе5 (или 10Ваsе2) и 10ВаsеТ по
начина показан на фиг. 19.
Фиг. 19. Смесени варианти на свързване.
В този случай стандартът 10Ваsе5 (10Ваsе2) служи за гръбнак
(опорна мрежа) за стандарта 10ВаsеТ. При това трябва да се спазва правилото
5-4-3, т.е. между всеки две работни станции (и/или сървъри) в локалната мрежа
може да има максимум 5 кабелни участъка (сегменти), 4 концентратора н 3 секции
с работни станции и/или сървъри.
3. Високоскоростен Ethernet
3.1 Бърз Ethernet (100 Mb/s) (Fast Ethernet)
През юни 1995 г. IЕЕЕ одобрява нов стандарт 802.Зu
(известен повече с името Fast Ethernet), работещ на по-висока скорост - 100
Мb/s. Фактически 802.Зu представлява едно допълнение към стандарта 802.3.
Съществуват различни негови версии, чиито характеристики са представени в табл.
3.
Табл. 6. Fast Ethernet стандарт
|
|
100BaseTX
|
100BaseFX
|
100BaseT4
|
комуникационна
среда
|
две двойки STP или UTP категория 5
|
една двойка влакнестооптични влакна
|
четири двойки UTP категория 3/5
|
Максималнo разстоя-ние от концентратор
до възел
|
100 m
|
2000 m
|
100 m
|
предимства
|
пълен дуплекс със скорост 100 Mb/s
|
пълен дуплекс на скорост 100 Mb/s + по-големи разстояния
|
използва кабел UTP категория 3
|
При стандарта 100ВаsеТХ за свързване на даден възел към
концентратор се използват две двойки усукани проводници (но една - за предаване
и за приемане). При стандарта 100ВаsеFХ за същата цел се използва една двойка
влакнестооптични влакна (но едно влакно за предаване и за приемане). Стандартът
100ВаsеТ4 е създаден с цел по-безболезнено преминаване към високите скорости,
без да е необходимо прокарването на нови кабели, подходящи за тях (например,
STP, UTP кат.5 или влакнесто-влакнестооптичен кабел). Вместо това могат да се
използват прокараните преди това телефони кабели (UTP категория 3), но за това
са необходими вече четири двойки UTP. Три двойки проводници са за предаване,
като информационият поток се разделя по равно между тях, т.е. по всяка двойка
скоростта на предаване е 33.3 Мb/s. За приемане също се използват три двойки
проводници. За тази цел две от двойките се конфигурират както за предаване,
така и за приемане. При този стандарт като опция се използват и кабели тип UTP
категория 5.
100 Base-X
Общ термин за трите стандарта 100 Mb/s ethernet, използващи усукана двойка. Дължината на сегмента е до 100 метра. Развитие на стандарта 10BASE-T за високата пропускателна способност при
предаване на видеоинформация, конфериране,
поточно аудио и др. 100 BASE X се нарича още Fast Ethernet и включва в себе си 100BASE-T(UTP кабел Cat 3, 4 или
5 с 4 двойки) 100BASE-TX(UTP кабел Cat 5 или
STP с 2 двойки), 100BASE-T4 и 100BASE-T2, Ethernet с влакнестооптичен кабел с 2 влакнестооптични влакна 100BASE-FX.
Основни параметри:
- Максимална скорост на предаване-100 Mbit/sec
- Основна топология-тип звезда
- Кабел-UTP (усукана двойка) категория 5 или по-висока
- Куплунг-RJ-45
- Максимално разстояние между устройствата-100 метра
- Устройствата се свързват чрез хъб, ако са повече от 2
100 Base-X има предимствата на UTP кабела, а също и 10-кратно повишена пропускателна
способност. Наследява и недостатъците на UTP кабела – затихване и EMI
чувствителност. Апаратните компоненти на мрежата са по-скъпи.
Съществуват няколко разновидности на стандарта 100Base-T
(IEEE 802.3u), отличаващи се по вида на използвания кабел, количеството
използвани усукани двойки в него и категорията му. Така, 100Base-T4 използва 2
двойки UTP проводници категория 3, 100Base-TX - 4 двойки UTP проводници
категория 5, 100Basе-FX - влакнестооптичен кабел. 100Base-FX позволява дължина
на сегмента да достига 400 м. при half-duplex режим и до 2000 м. при пълен
дуплекс.
Свързване на компютър с 100BASE-FX Ethernet
3.2. Свръхвисокоскоростен Ethernet( Гигабит Ethernet, 10Гигабит Ethernet)
През юни 1998 г. IЕЕЕ одобрява нов стандарт 802.3z (за
влакнесто-влакнестооптичен кабел), а през март 1999 г. одобрява стандарта
802.Заb (за (UТР кабел от категория 5). Тези стандарти (известни с общото име
Gigabit Ethernet) позволяват предаването да се извършва със скорост 1 Gb/s.
Стандартът Gigabit Ethernet представлява комбинация на стандартите 802.3 и ANSI
X3T11 Fibre Channel. Характеристиките на различните версии на стандарта Gigabit
Ethernet са представени в табл. 4.
Табл. 7. Gigabit Ethernet стандарт
|
|
1000BaseCX
(802.3z)
|
1000BaseT
(802.3ab)
|
1000BaseSX
(802.3z)
|
1000BaseLX
(802.3z)
|
комуникационна
среда
|
150 балансиран кабел STP (нов тип
кабел)
|
UTP кабел, кат.5
|
една двойка многомодови влакнестооптични
влакна
|
една двойка многомодови влакнестооптични
влакна
|
Максималнo разстоя-ние от концентратор до
възел
|
25 m
|
100 m
|
500 m
|
3 km
|
предимства
|
в рамките на една компютърна зала
|
в рамките на съседни компю-търни зали
|
като опорна мрежа в сграда
|
като опорна мрежа между сгради
|
1000Base-TX
1000Base-TX (EIA/TIA-854): използва се усукана двойка
категория 6, 2двойки за предаване, 2 за приемане. Тактовата честота на линейния цифров код е 250MHzза
едната двойка, спектъра — 125MHz, кодиране на физическо ниво PAM-5.
1000Base-T (802.3ab): използва се усукана двойка категория
5 (ипо-висока), едновременнопредаване-приемане по 4те двойки.
Тактовата честота на линейния цифров код
е 125MHzза всяка двойка, спектър на цифровия сигнал —62.5MHz, кодиране на
физическо ниво PAM-5.
Фиг.20. Мрежа Gigabit
Ethernet за съединение на група компютри
Фиг.21. Мрежа Gigabit Ethernet
за съединение на бързодействащи сървери
