Cтраница 1

Максимальная длина линии, соединяющей извеща-тель ДПС-038 с ПИО-017, выполненной медным проводом с сечением 1 5 мм2, составляет 100 Ом. Для подстройки величины сопротивления линии в реальных условиях используют специально предназначенные в ПИО-17 подстроечные сопротивления. Сопротивление линии должно быть 2 Ом. Если сопротивление линии будет меньше 2 Ом, то извещатель вызовет срабатывание реле при очень малой скорости нарастания окружающей температуры, возможны ложные срабатывания сигнализации. Если сопротивление линии больше 2 Ом, то развиваемая извещателем ТЭДС будет недостаточна для срабатывания реле пли оно срабатывает при пожаре, тепловая мощность которого значительно превышает предельно контролируемую данными извещателями.  

Максимальная длина линии связи равна 14 км. Линией связи служит выделенная телефонная пара.  

Максимальная длина линии пневматической дистанционной передачи может составлять 300 м при внутреннем диаметре передающего трубопровода 4 - 6 мм и инерционности линии передачи 30 - 35 сек.  

Вопрос о максимальной длине L линии сводится к определению максимального электрического сопротивления проводов 3, при котором продолжается надежная работа линии. Таким образом, если принять, что приемник и передатчик соединены медным проводом диаметром 0 5 мм, то, пользуясь известным соотношением из электротехники, можно определить, что длина линии L 28 км.  

Между КП и ПУ допускается максимальная длина линии связи не более 60 км (для выделенных физических линий связи), при радиоканале протяженностью не более 30 км.  

В качестве примера в табл. 2.4 приведена максимальная длина линий связи в зависимости от типа кабеля.  

В некоторых случаях удобнее производить расчеты исходя из максимальной длины линии, при которой обеспечивается отключение при замыкании на корпус.  

Разработанные к 70 - м годам подводные системы связи допускают максимальную длину линии в 7200 км при наличии в ней до 400 полупроводниковых усилителей.  

На физическом цронне ЭМ должны быть определены: тип и характеристики среды передачи данных; топология составных частей среды передачи данных; габариты и конструктивно-технологические характеристики элементов СПД; число передатчиков, приемников, повторителей и отвегвчтедей сигналов на линии моноканала; максимальная длина линии между станциями; статические и динамические характеристики приемников, передатчиков, ответвителей и повтори гелей, а также кодеров-декодеров двоичных сигналов в троичные и обратно.  

На физическом уровне ЭМ должны быть определены: тип и характеристики среды передачи данных; топология составных частей среды передачи данных; габариты и конструктивно-технологические характеристики элементов СПД; число передатчиков, приемников, повторителей и ответвителей сигналов на линии моноканала; максимальная длина линии между станциями; статические и динамические характеристики приемников, передатчиков, ответвителей и повторителей, а также кодеров-декодеров двоичных сигналов в троичные и обратно.  

Модуль вывода дискретных сигналов (МВД) выполняет вывод на исполнительные механизмы сигналов двухпозиционного управления; количество выходных каналов - 8; максимальный уровень коммутируемого напряжения - 48 В; максимальный коммутируемый ток - 0 2 А; максимальная частота коммутации - 10 кГц; максимальная длина линии связи - 3 км.  

Так, например, длина ВЛ напряжением 35 кВ не превосходит 35 - 40 км. Максимальная длина линий 6 кВ составляет 5 - 6 км. Если значение напряжения выбрано или задано, то сечение проводов линии электропередачи выбирают по току нагрузки, а затем проверяют, какова потеря напряжения в линии при таком токе нагрузки.  

При организации двухсторонней служебной телефонной оптической связи в одном оптическом волокне на одной длине волны необходимо использовать ВОТ с оптическими дифференциальными системами на основе Y- образных разветвителей. При этом в каждом направлении А-Б и Б-А линейный оптический сигнал передаётся или на длине волны λ =1310 нм, или на длине волны λ =1550 нм.

Известно ,что коэффициенты затухания на этих длинах волн различные:

на λ =1310 нм коэффициент затухания a = 0,34 дБ/км;

на λ =1550 нм коэффициент затухания a = 0,22 дБ/км.

Для обеспечения максимальной дальности связи ВОТ целесообразно использовать λ =1550 нм, но этот вариант увеличивает стоимость ВОТ. Поэтому более широкое распространение получили ВОТ работающие на длине волны λ =1310 нм

Расчёт максимальной дальности связи с использованием ВОТ производится по формуле [ 8 ]

Э - энергетический потенциал ВОТ;

α(λ) [дБ/км] - коэффициент затухания оптического волокна;

ℓов [км] -максимальная протяжённость оптического волокна;

арс -суммарное затухание оптических разъёмных соединений (ОРС) в схеме организации оптической служебной связи;

азап.ВОК = 3дБ, запас затухания оптического кабеля на период эксплуатации(примерно 25-30 лет);

Δаизмерения [дБ] - погрешность измерительного прибора 0,5 дБ;

амакро [дБ] - потери на макроизгибах ВОК, которыми можно пренебречь при правильном монтаже ВОК.

а нс(λ) -среднее допустимое затухание сварных соединений на ЭКУ.

ℓстр.ср. -средняя протяжённость строительной длины ВОК (4 км)

Энергетический потенциал Э рассчитывается по формуле

Э = рпрд - рпрм. мин [дБ]

Где рпрд - уровень передачи линейного оптического сигнала на выходе ВОТ;

рпрм. мин -минимально допустимый уровень приёма на входе ВОТ.

Эти величины приводятся в технических характеристиках ВОТ.

В современных ВОТ величина энергетического потенциалаЭ≈50÷60 дБм.

Обычно, максимальную дальность связи ВОТ необходимо знать при организации оперативной служебной связи на смонтированном ЭКУ.

Тогда в расчёте необходимо учесть, что при этом используется четыре разъёмных оптических соединения ОРС для подключения ВОТ к оптическим кроссам ODF ЭКУ: два ОРС на одной стороне ЭКУ и два ОРС на противоположной стороне.

Среднее затухание ОРС равно примерно 0,3 дБ. Суммарное затухание арс =1.2 дБ.

Среднее допустимое затухание сварных соединений на ЭКУ а нс(λ) определяется в соответствие с нормами на сварные соединения на ЭКУ.

Для длины волны λ= 1,31 мкм величина а нс(λ)=0,15 дБ, Для длины волны λ= 1,55 мкм величина а нс(λ)=0,075 дБ.

В качестве примера в дипломной работе рассчитана максимальная протяжённость связи для ВОТ с величиной энергетического потенциала Э = 50 дБм на длине волны λ =1310 нм.

Подставляя значения в формулу, получим для длины волны λ= 1,31 мкм максимальную протяжённость оптического волокна

=,4 км.

Максимальная протяжённость связи для ВОТ определяется максимальной протяжённостью трассы ВОЛС,которая меньше чем протяжённость оптического волокна

ℓтр.≈ =.

Максимальная протяженность рейса

Иногда возникает необходимость ограничить протяженность рейса для некоторых машин. Например, если транспортная компания использует электрические автомобили, важно, чтобы такие автомобили успевали вернуться в депо до их разрядки. С помощью опции диспетчер может устанавливать необходимую протяженность рейса для определенных автомобилей.

Как работает опция "Максимальная протяженность рейса" в VeeRoute

Вы можете задать параметр "Максимальная протяженность рейса" либо в Основных настройках, либо в форме "Машина" .

Чтобы установить максимальную протяженность рейса для существующего автомобиля в Основных настройках, перейдите в "Настройки" и выберите вкладку "Машины" в списке "Общие настройки" . Выберите необходимый автомобиль, установите ему максимальную протяженность рейса в единицах измерения вашего аккаунта (мили или километры) и сохраните изменения.

Рисунок 1. Установка максимальной протяженности рейса в Основных настройках

Эта настройка будет действовать по умолчанию для данного автомобиля до тех пор, пока вы не измените настройки.

Если вы хотите установить максимальную протяженность рейса автомобилю на определенный день или отредактировать существующее значение максимальной протяженности, нажмите на карточку машины и откройте форму "Машина" . Установите автомобилю максимальную протяженность рейса в единицах измерения вашего аккаунта (мили или километры) и сохраните изменения.

Рисунок 2. Установка максимальной протяженности рейса в форме "Машина"

При авто-планировании VeeRoute не будет создавать рейсы, протяженность которых от начала до конца превышает указанную максимальную протяженность рейса. Если заказ невозможно запланировать из-за превышения максимальной протяженности рейса, VeeRoute укажет причину, по которой заказ не запланирован - "Превышена допустимая протяженность рейса" .

Рисунок 3. Причина, по которой заказ не запланирован: Превышена допустимая протяженность рейса

При ручном планировании, если протяженность рейса автомобиля превышает максимальную протяженность рейса, VeeRoute покажет предупреждение на карточке машины и на "хвосте" рейса:

Рисунок 4. Предупреждение VeeRoute о превышении максимальной протяженности рейса (карточка машины)

Рисунок 5. Предупреждение VeeRoute о превышении максимальной протяженности рейса ("Хвост" рейса)

Редкий серьезный деловой человек, профессиональный программист или системный оператор не может представить себе полноценную работу без использования такого мощного, оперативного и удобного сочетания как обычная телефонная линия, модем и компьютерная сеть. В то время как первые две составляющие всего лишь техническая сторона новой организации информационного обмена между пользователями, компьютерная сеть - это та глобальная идея, объединяющая разрозненных обладателей компьютеров и модемов, систематизирующая и управляющая хаотически предъявляемыми требованиями и запросами по быстрому информационному обслуживанию, моментальной обработкой коммерческих предложений, услугами личной конфиденциальной переписки и т.д. и т.п. Сейчас, в условиях многократно возрастающих каждый год информационных потоков, уже практически невозможно вообразить четкое взаимодействие банковских структур, торговых и посреднических фирм, государственных учреждений и других организаций без современной вычислительной техники и компьютерных сетей. В противном случае пришлось бы содержать гигантский штат обработчиков бумажных документов и курьеров, причем надежность и быстрота функционирования такой системы все равно была бы значительно ниже предоставляемой модемной связью и компьютерными сетями. А ведь каждая минута задержки в пересылке важных информационных сообщений может вылиться в весьма ощутимые денежные потери и имиджевые крахи. Результатом эволюции компьютерных технологий явились вычислительные сети. Вычислительная сеть – это сложный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов. Комплекс аппаратно – программных средств сети может быть описан многоуровневой моделью. В основе любой сети лежит аппаратный слой, который включает компьютеры различных классов. Набор компьютеров в сети должен соответствовать набору разнообразных задач, решаемых сетью. Второй слой составляет разнообразное сетевое оборудование, необходимое для создания локально-вычислительных сетей, и коммуникационное оборудование для связи с глобальными сетями. Коммуникационные устройства играют не менее важную роль, чем компьютеры, которые являются основными элементами по обработке данных. Третьим слоем являются операционные системы, которые составляют программную основу сети. При построении сетевой структуры важно учитывать насколько эффективно данная операционная система может взаимодействовать с другими операционными системами сети, насколько она способна обеспечить безопасность и защиту данных и т. д. Самым верхним слоем сетевых средств являются различные сетевые приложения, такие как сетевые базы данных, почтовые системы, средства архивирования данных и др. Важно знать совместимость различных сетевых приложений. В настоящее время использование вычислительных сетей даёт предприятию многочисленные возможности. Конечной целью использования вычислительных сетей на предприятии является повышение эффективности его работы, которое может выражаться, например, в увеличении прибыли предприятия. Если же рассматривать вопрос внедрения ЛВС в работу учреждений (с учётом появления новых возможностей у предприятия) более глубоко, то из этого вытекают ещё несколько преимуществ. Концептуальным преимуществом распределённых систем и, следовательно, сетей перед централизованными системами является их способность выполнять параллельные вычисления, что увеличивает производительность. Такие системы имеют лучшее соотношение производительность – стоимость, чем централизованные системы. Следующее преимущество – это совместное использование пользователями данных и устройств: цветных принтеров, графопостроителей, модемов, оптических дисков. В последнее время стал преобладать другой побудительный мотив развертывания сетей, гораздо более важный, чем экономия средств при разделении дорогостоящих ресурсов. Этим мотивом стало стремление обеспечить пользователям сети оперативный доступ к обширной корпоративной информации. Использование сети приводит к совершенствованию коммуникаций, т.е. к улучшению процесса обмена информацией и взаимодействия между сотрудниками предприятия, а также его клиентами и поставщиками. Сети снижают потребность предприятий в других формах передачи информации, таких как телефон или обычная почта. Зачастую вычислительные сети на предприятии развёртываются из- за возможности организации электронной почты. Безусловно, вычислительные сети имеют и свои проблемы (сложности с совместимостью программного обеспечения, проблемы с транспортировкой сообщений по каналам связи с учётом обеспечения надежности и производительности), но главным доказательством эффективности является бесспорный факт их повсеместного распространения. Всё больше и больше появляются крупные сети с сотнями рабочих станций и десятками серверов. 2.Анализ. Необходимо спроектировать сеть, имеющую три уровня организации: сеть отдела, сеть корпуса и сеть, объединяющую корпусы между собой. Каждое здание имеет три этажа, на каждом этаже располагается несколько отделов, в каждом из которых есть определённое количество компьютеров. Максимальный трафик учреждений составляет 250 Мбит/с. Всего серверов – 4. Телефонной канализацией соединены 1-й корпус со 2-м и 3-й с 4-м, связь между 1,2 корпусами и 3,4 обеспечивается посредством соединения 1-ого и 3-его корпуса по беспроводной линии. Необходимо обеспечить подключение к Internet, со скоростью 48 Кбит/с. на расстоянии 3 км. В условиях проектирования не стоит максимальная производительность, защита информации, минимальная стоимость.

Беспроводная связь.

Среди отличительных свойств беспроводных технологий наиболее очевидное - это возможность мобильности. Невозможность подсоединения подвижных (иначе, мобильных) абонентов является принципиально непреодолимым ограничением чисто кабельных сетей (т.е. сетей, использующих кабели и на сетевых магистралях, и для подсоединения абонентов). Это ограничение относится к любому виду коммуникаций - как к обычной телефонной и факсимильной связи, так и к передачам данных. Имея технологический, а не экономический характер, указанное ограничение относится к России в той же мере, как и ко всем остальным странам. Использование радио-технологий дало возможность снять это ограничение, вызвав бурное развитие мобильных сотовых и транковых сетей. Мобильные сети в основном используются для голосовой телефонной связи, а не для передачи данных, и эта тенденция пока сохраняется. В некоторых ситуациях, однако, мобильность требуется и при передаче данных; ниже мы рассмотрим, как эта возможность реализуется специальными средствами внутри здания или на территории одного учреждения, т.е. при медленных перемещениях на ограниченной территории. При быстрых же передвижениях (в автомобиле) или при перемещениях на большие расстояния пока освоены только радиосредства передачи данных на низких скоростях (в несколько раз меньших, чем дает хороший современный модем на обычном телефонном кабеле). В России из таких низкоскоростных радиосредств уже используется мобильный сотовый телефон со специальным сотовым модемом, а также радиомодемы разных видов. Другое преимущество беспроводных сетей имеет не технологический, а чисто экономический характер. Оно касается подсоединения к сети удаленных абонентов, когда протягивать кабель оказывается экономически нецелесообразно. Это могут быть либо абоненты, разбросанные по обширной малонаселенной (и, как правило, труднодоступной) территории, либо абоненты, сгруппированные в удаленном или труднодоступном пункте. В первом случае экономически нецелесообразным оказывается прокладка или подвеска кабелей абонентского доступа, во втором - магистральных кабелей («опорной сети»). Поскольку телефонная канализация занята и свободных кабельных трасс нет, то необходимо использовать радиоканалы наземной или спутниковой связи, которые образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн. Существует большое количество различных типов радиоканалов, отличающихся как используемым частотным диапазоном, так и дальностью канала. Диапазоны коротких, средних и длинных волн, называемые также диапазонами амплитудной модуляции по типу используемого в них метода модуляции сигнала, обеспечивают дальнюю связь, но при невысокой скорости передачи данных. Более скоростными являются каналы, работающие на диапазонах ультракоротких волн, для которых характерна частотная модуляция, а также диапазонах сверхвысоких частот. Для осуществления беспроводной связи между корпусами возможно использование радиомодемов Схема расположения корпусов городка представлена на рисунке Схема расположения корпусов городка РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СТАНЦИЙ ПО ОТДЕЛАМ

.Здание Этажи Отделов Компьютеров в отделах Трафик Мб/с 1 1 4 50 45 2 4 47 50 3 4 30 150 2 1 4 70 20 2 4 19 20 3 4 50 50 3 1 4 54 200 2 4 30 200 3 4 70 250 4 1 4 19 80 2 4 50 100 3 4 51 20

Для того, чтобы обеспечить трафик между отделами 100 Мбит/с, сравним протоколы Fast Ethernet, FDDI, 100 VG – AnyLAN, и выберем тот, который наиболее бы подходил к техническим требованиям. Fast Ethernet . Эта технология почти полностью повторяет технологию Ethernet. Метод доступа остался тот же самый, а скорость передачи данных увеличилась до 100 Мбит/с. Расстояние между станциями ограничено и не должно превышать 100 м. Достоинства: - дешевизна технологии; - скорость передачи 100 Мбит/с; простота; распространенность; Недостатки: - малое расстояние. FDDI . Технология FDDI – это первая технология локальных сетей, в которой средой передачи данных является волоконно-оптический кабель. Сеть FDDI строится на основе двух волоконнооптических колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Наличие двух колец – это основной способ повышения отказоустойчивости в сети. Как и в Token Ring, в FDDI используется маркерный метод доступа. отличие лишь в том, что здесь имеется режим раннего освобождения маркера, который передаётся после передачи пакета. В этой сети не используются приоритеты, но определены два вида станций для подключения: - станции двойного подключения (DAS) имеют скорость передачи данных 200 Мбит/с; станции одиночного подключения (SAS) – скорость передачи 100 Мбит/с. Максимальное количество станций двойного подключения в кольце 500, максимальный диаметр двойного кольца 100 км, а между соседними узлами для оптоволокна равно 2 км, для UTP категории 5 – 100 м. Достоинства: - хорошая производительность; - большое расстояние: - высокая отказоустойчивость; - обеспечивает восстановление логической структуры; Недостаток: - дорогая технология. 100 VG – AnyLAN . Эта технология отличается от Ethernet больше, чем от Fast Ethernet. А именно: здесь используется другой метод доступа – Demand Priority, который поддерживает приоритетный метод доступа. Сеть 100VG – AnyLAN состоит из центрального коммутатора (корневого), соединённых с ним конечных узлов и других концентраторов. Концентратор циклически выполняет опрос портов. Станция, желающая передать пакет, посылает сигнал концентратору, запрашивая передачу кадра и указывая его приоритет. Существует два уровня приоритетов – низкий (файловая служба) и высокий (данные, чувствительные к задержкам). Если сеть свободна, то концентратор разрешает передачу пакета и после анализа адреса получателя в пакете отправляет его станции назначения. Если сеть занята, то концентратор ставит полученный запрос в очередь, которая обрабатывается в порядке поступления запросов и с учетом приоритетов. Имеет физический стандарт для UTP категории 5, STP Type 1 и оптоволокна. Расстояние между концентратором и АС составляет 100 м. Достоинства: - надежность передачи данных; скорость передачи данных 100 Мбит/с; возникновение коллизий отсутствует; совместимость с другими сетевыми средами; Недостатки: - небольшие технические возможности; - дороговизна. Проанализировав сетевые технологии и учитывая что сеть должна обеспечить надёжность,простоту и распостраненность. Явные преимущества над всеми технологиями у технологии Fast Ethernet 100BaseТX. Для построения кабельной системы между корпусами будем использовать технологию GigabitEthernet 1000BaseLX.

3 Выбор и обоснование варианта структурной схемы

Следуя всему изложенному выше, спроектируем сеть на основе технологии Fast Ethernet и GigabitEthernet .

Fast Ethernet

Fast Ethernet использует метод передачи данных CSMACD-множественный доступ к среде с контролем несущей и обнаружением коллизий. Fast Ethernet использует размер пакета 15160 байт. Кроме того, Fast Ethernet налагает ограничение на расстояние между подключаемыми устройствами – не более 100 метров. Для того чтобы снизить перегрузку, сети стандарта Fast Ethernet разбиваются на сегменты, которые объединяются с помощью мостов и маршрутизаторов. Сегодня при построении центральной магистрали, объединяющей серверы, используют коммутируемый Fast Ethernet. Fast Ethernet-коммутаторы можно рассматривать как высокоскоростные много портовые мосты, которые в состоянии самостоятельно определить, в какой из его портов адресован пакет. Коммутатор просматривает заголовки пакетов и таким образом составляет таблицу, определяющую, где находится тот или иной абонент с таким физическим адресом. Это позволяет ограничить область распространения пакета и снизить вероятность переполнения, посылая его только в нужный порт. Только широковещательные пакеты рассылаются по всем портам. Официальный стандарт 803.u установил три различных спецификации для физического уровня Fast Ethernet. Официальный стандарт 803.u установил три различных спецификации для физического уровня Fast Ethernet. 100Base-TX - для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 5 или экранированной витой паре STP Type1; Стандарт 100BaseTX требует применения двух пар UTP или STP. Одна пара служит для передачи, другая – для приема. Этим требованиям отвечают два основных кабельных стандарта: EIA/TIA-568 UTP Категории 5 и STP Типа 1 компании IBM. В 100BaseTX привлекательно обеспечение полнодуплексного режима при работе с сетевыми серверами, а также использование всего двух из четырех пар восьмижильного кабеля - две другие пары остаются свободными и могут быть использованы в дальнейшем для расширения возможностей сети. Недостатки: этот кабель дороже других восьмижильных кабелей, кроме того, для работы с ним требуется использование пробойных, разъемов и коммутационных панелей, удовлетворяющих требованиям Категории 5. Нужно добавить, что для поддержки полнодуплексного режима следует установить полнодуплексные коммутаторы. 100Base-T4 - для четырёхпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3, 4 или 5; 100BaseT является расширением стандарта 10BaseT с пропускной способностью от 10 М бит/с до 100 Мбит/с. Стандарт 100BaseT включает в себя протокол обработки множественного доступа с опознаванием несущей и обнаружением конфликтов CSMA/CD. В 100BaseT4 используются все четыре пары восьмижильного кабеля: одна для передачи, другая для приема, а оставшиеся две работают как на передачу, так и на прием. Таким образом, в 100BaseT4 и прием, и передача данных могут осуществляться по трем парам. Раскладывая 100 Мбит/с на три пары. 100BaseT4 уменьшает частоту сигнала, поэтому для его передачи довольно и менее высококачественного кабеля. Для реализации сетей 100BaseT4 подойдут кабели UTP Категорий 3 и 5, равно как и UTP Категории 5 и STP Типа 1.В 10BaseT расстояние между концентратором и рабочей станцией не должно превышать 100метров. Поскольку соединительные устройства (повторители) вносят дополнительные задержки, реальное рабочее расстояние между узлами может оказаться еще меньше. Недостатки же состоят в том, что для 100BaseT4 нужны все четыре пары и что полнодуплексный режим этим протоколом не поддерживается. 100Base-FX - для многомодового оптоволоконного кабеля, используются два волокна. Fast Ethernet включает также стандарт для работы с многомодовым оптоволокном с 62.5-микронным ядром и 125-микронной оболочкой. Стандарт 100BaseFX ориентирован в основном на магистрали - на соединение повторителей Fast Ethernet в пределах одного здания. Традиционные преимущества оптического кабеля присущи и стандарту 100BaseFX: устойчивость к электромагнитным шумам, улучшенная защита данных и большие расстояния между сетевыми устройствами.

Gigabit Ethernet.

Итак, вследствие возрастания информационных потоков возникла потребность в увеличении скорости передачи стандарта Ethernet. Была предложена спецификация Gigabit Ethernet, принятая к разработке комитетом IEEE 802.3. В мае 1996 года несколько крупных производителей сетевого оборудования, таких как 3Com, Cisco, Bay Networks, Compaq и Intel, организовали Gigabit Ethernet Alliance. Первоначально в состав Альянса вошло 11 компаний. На начало 1998 года Альянс включал в себя уже более 100 компаний. 29 июня 1998 года был принят стандарт IEEE 802.3z. Спецификация 802.3z описывает использование одномодового и многомодового оптического волокна (интерфейс 1000Base-LX и 1000Base-FX), а также экранированной витой пары STP категории 5 на расстояния до 25 метров (интерфейс 1000Base-CX). Интерфейс 1000Base-CX не получил распространения из-за малой длины сегмента. На сегодняшний день устройств с интерфейсом данного типа не наблюдается. Попытки увеличить длину сегмента столкнулись с увеличением количества ошибок в процессе передачи данных, что потребовало разработки помехоустойчивого кода. Полученная в результате доработки спецификация 802.3ab, принятая годом позже, определяет использование неэкранированной витой пары UTP на расстояния до 100 метров (интерфейс 1000Base-T). Gigabit Ethernet использует тот же протокол передачи CSMA/CD, что и его предшественники Ethernet и Fast Ethernet. Этот протокол определяет максимальную длину сегмента. Минимальный размер кадра CSMA/CD в спецификации 802.3 равен 64 байтам. Именно минимальный размер кадра определяет максимальное расстояние между станциями. Это расстояние также называется диаметром коллизионного домена. Время передачи такого кадра равно 51,2 мкс или 512 ВТ (bit time - время, необходимое для передачи одного бита). Поэтому время, за которое сигнал достигает удаленного узла и возвращается обратно, не должно превышать 512 ВТ. Это время определяет максимальную длину сети Ethernet. В случае Fast Ethernet скорость передачи возрастает, а время трансляции кадра уменьшается до 5,12 мкс. Для обнаружения всех коллизий до конца трансляции кадра необходимо либо увеличивать длину кадра, либо уменьшать максимальную длину сегмента. В Fast Ethernet был оставлен такой же минимальный размер кадра, как и в Ethernet. При этом совместимость была сохранена, но диаметр коллизионного домена значительно уменьшился. В случае Gigabit Ethernet скорость передачи возрастает в десять раз. Соответственно, уменьшается время передачи пакета аналогичной длины. Если оставить минимальный размер кадра без изменений, то максимальная длина сегмента уменьшится до 20 метров. В этом случае оборудование не находит широкого применения, как и случилось со стандартом 1000Base-CX. Поэтому было принято решение увеличить время трансляции кадра до 4096 ВТ. Это в 8 раз больше, нежели в случае Fast Ethernet. Однако минимальный размер кадра для совместимости с предшествующими стандартами был оставлен прежним. Вместо увеличения размера кадра к нему было добавлено дополнительное поле, названное «расширение носителя» (carrier extension). Расширение носителя не несет в себе служебной информации. Оно предназначено для заполнения канала и увеличения диаметра коллизионного домена. Если размер кадра меньше 512 байт, то поле расширения дополняет его до 512 байт. Если же размер кадра превышает 512 байт, то поле расширения не добавляется. У такого решения существует один крупный недостаток: большая часть полосы пропускания канала тратится впустую, особенно при передаче большого числа коротких кадров. Поэтому компанией Nbase Communications была предложена технология, названная «пакетная перегруженность» (packet bursting). Смысл ее в следующем. Если у станции имеется несколько коротких кадров, то первый из них дополняется полем расширения носителя до 512 байт и отправляется. Последующие кадры посылаются следом с минимальным межкадровым расстоянием 96 байт, которое заполнено символами расширения. В результате никакое другое устройство не может вклиниться в очередь до окончания передачи всех имеющихся пакетов. Максимальный размер подобной «очереди» составляет 1518 байт. Поэтому коллизия может возникнуть только на этапе передачи первого оригинального кадра, дополненного расширением носителя. Благодаря этому увеличивается производительность сети, особенно при больших нагрузках. В настоящее время производители выпускают полный спектр оборудования Gigabit Ethernet: сетевые адаптеры, коммутаторы, концентраторы, конверторы. Из-за того, что стандарт для оптического волокна был принят на год раньше, большая часть выпускаемого сегодня оборудования имеет интерфейсы для оптического волокна. Основные трудности при использовании Gigabit Ethernet связаны с возникновением дифференциальной задержки сигналов в многомодовых волоконных кабелях. В результате возникают нарушения синхронизации сигнала, ограничивающие максимальное расстояние, на которое могут передаваться данные по Gigabit Ethernet. В Gigabit Ethernet с учетом кодирования по схеме 8B/10B мы получаем скорость передачи данных в 1 Гбит/с. Спецификация Gigabit Ethernet изначально предусматривала три среды передачи: 1000BaseLX одномодовый и многомодовый оптический кабель с длинноволновым лазером 1300 нм, для длинных магистралей, для зданий и комплексов зданий. Максимальная протяженность многомодового кабеля 550 м, с диаметром волокна 62,5 мкм, и 550 м с диаметром волокна 50 мкм. Для одномодового с максимальной протяженность 5 км, с диаметром волокна 9мкм. 1000BaseSX многомодовый оптический кабель с коротковолновыми лазерами(850 нм) для коротких недорогих магистралей, максимальная протяженность 220 м, с диаметром волокна 62,5 мкм, и 500 м с диаметром волокна 50 мкм. 1000BaseCX симметричный экранированный короткий 150-омный медный кабель для межсоединения оборудования в аппаратных и серверных. Максимальная протяженность 25 м. 1000BaseT для четырёхпарных кабелей с неэкранированными витыми парами Категории 5. Эта группа получила наименование 803.2ab. Максимальная протяженность 100 м. В отличие от 100Base-T, где для передачи данных задействовано только две пары, здесь используются все четыре пары. Скорость передачи по одной паре составляет 125 Мбит/с, что в сумме дает 500 Мбит/с. Для достижения скорости 1 Гбит/с была использована технология «двойной дуплекс» (dual duplex). Суть ее состоит в следующем. Обычно для передачи информации по одной паре используется один из фронтов распространяющегося по этой линии сигнала. Это означает, что передача информации может идти только в одном направлении, то есть одна пара может быть использована только для приема или передачи информации. Двойной дуплекс подразумевает использование обоих фронтов сигнала, то есть передача информации по одной паре происходит одновременно в двух направлениях. Таким образом, пропускная способность одной пары возрастает до 250 Мбит/с. Однако при этом начинают сказываться переходные помехи, вызванные влиянием трех соседних пар в четырёхпарном кабеле, приводящие к значительному росту количества ошибок в приемнике и передатчике. Для уменьшения числа ошибок была предложена пятиуровневая импульсно- амплитудная схема кодирования PAM-5. Широко используемое четырехуровневое кодирование обрабатывает поступающие биты парами. То есть существует четыре различные комбинации: 11, 00, 10, 01. Передатчик каждой паре бит может сопоставить свой уровень напряжения передаваемого сигнала. Это позволяет уменьшить частоту модуляции с 250 до 125 МГц. Добавление пятого уровня позволяет создать избыточность кода, вследствие чего становится возможной коррекция ошибок на приеме. Это позволяет увеличить соотношение сигнал/шум и уменьшить влияние переходных помех. Кроме переходных помех из-за дуплексной передачи по четырем парам начинают сказываться еще два параметра, не определенные ранее ни в одной спецификации. Это приведенное переходное затухание на дальнем конце (Equal Level Far End Crosstalk - ELFEXT) и возвратные потери (return loss). ELFEXT оценивает интенсивность перекрестных помех на противоположном конце линии с учетом затухания. Эта нормированная величина, не зависящая от длины линии, подлежит измерению с двух сторон. Возвратные потери характеризуют отклонение волнового сопротивления линии от номинала и представляют собой отношение входного сигнала к отраженному сигналу. Рассмотрев основные технологии, вернемся к проекту. Так как в условии у нас есть свободный телефонный кабель и есть места для прокладки кабеля, а так же расстояния в масштабе городка небольшие, то использование беспроводных сетей не целесообразно. Следовательно, сосредоточимся на более подходящих технологиях. Проанализировав внимательно информацию о различных технологиях, я пришел к выводу, что сеть горизонтальной и вертикальной подсистемы можно организовать на основе технологии Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. 4. Проектирование кабельной системы Кабельная система является фундаментом любой сети. Ответом на высокие требования к качеству кабельной системы стали структурированные кабельные системы, представляющие собой набор коммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также методика их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в вычислительных сетях. Обзор кабельного оборудования Кабеля: 1. Витая пара (UTP/STP, unshielded/shielded twisted pair) в настоящее время является наиболее распространенной средой передачи сигналов в локальных сетях. Кабели UTP/STP используются в сетях Ethernet, Token Ring и ARCnet. Они различаются по категориям (в зависимости от полосы пропускания) и типу проводников (гибкие или одножильные). В кабеле 5-й категории, как правило, находится восемь проводников, перевитых попарно (то есть четыре пары). Все кабели состоят из 4 пар (две для передачи файлов, другие два для передачи голоса). Для соединения кабелей с оборудованием используют вилки и розетки RJ-45. Появились так же кабели категории 6, с частотой до 200 МГц, и категории 7, с частотой до 600 МГц, которые обязательно экранируются. Структурированная кабельная система, построенная на основе витой пары 5-й категории, имеет очень большую гибкость в использовании. Ее идея заключается в следующем. На каждое рабочее место устанавливается не менее двух (рекомендуется три) четырехпарных розеток RJ-45. Каждая из них отдельным кабелем 5-й категории соединяется с кроссом или патч - панелью, установленной в специальном помещении, - серверной. В это помещение заводятся кабели со всех рабочих мест, а также городские телефонные вводы, выделенные линии для подключения к глобальным сетям и т.п. В помещении, естественно, монтируются серверы, а также офисная АТС, системы сигнализации и прочее коммуникационное оборудование. Благодаря тому что кабели со всех рабочих мест сведены на общую панель, любую розетку можно использовать как для подключения рабочего места к ЛВС, так и для телефонии или вообще чего угодно. Допустим, две розетки на рабочем месте были подключены к компьютеру и принтеру, а третья - к телефонной станции. В процессе работы появилась необходимость убрать принтер с рабочего места и установить вместо него второй телефон. Нет ничего проще - патч-корд соответствующей розетки отключается от концентратора и переключается на телефонный кросс, что займет у администратора сети никак не больше нескольких минут. 2.Волоконно-оптические кабели Оптоволоконные кабели - наиболее перспективная и обеспечивающая наибольшее быстродействие среда распространения сигналов для локальных сетей и телефонии. В локальных сетях оптоволоконные кабели используются для работы по протоколам ATM и FDDI. Оптоволокно, как понятно из его названия, передает сигналы при помощи импульсов светового излучения. В качестве источников света используются полупроводниковые лазеры, а также светодиоды. Оптоволокно подразделяется на одно- и многомодовое. Одномодовое волокно очень тонкое, его диаметр составляет порядка 10 микрон. Благодаря этому световой импульс, проходя по волокну, реже отражается от его внутренней поверхности, что обеспечивает меньшее затухание. Соответственно одномодовое волокно обеспечивает большую дальность без применения повторителей. Теоретическая пропускная способность одномодового волокна составляет 10 Гбит/с. Его основные недостатки - высокая стоимость и высокая сложность монтажа. Одномодовое волокно применяется в основном в телефонии. Многомодовое волокно имеет больший диаметр - 50 или 62,5 микрона. Этот тип оптоволокна чаще всего применяется в компьютерных сетях. Большее затухание во многомодовом волокне объясняется более высокой дисперсией света в нем, из-за которой его пропускная способность существенно ниже - теоретически она составляет 2,5 Гбит/с. Для соединения оптического кабеля с активным оборудованием применяются специальные разъемы. Наиболее часто применимыми типами соединителей являются: SMA - это соединитель с резьбовым соединением. Он был наиболее распространен, поскольку первым был стандартизирован, но сейчас его применение сокращается. ST - это соединитель байонетного типа. Он наиболее популярен, поскольку обеспечивает более точное и надежное соединение. FC-PC - этот тип соединителя представляет собой комбинацию резьбового и байонетного соединителей. Он не настолько популярен, как ST, но объединяет лучшие качества соединителей SMA и ST. SC - этот быстроразъемный соединитель завоевывает все большую популярность на рынке. Патч-панель , или панель соединений, представляет собой группу розеток RJ-45, смонтированных на пластине шириной 19 дюймов. Это стандартный размер для универсальных коммуникационных шкафов - рэков (rack), в которых устанавливается оборудование (концентраторы, серверы, источники бесперебойного питания и т.п.). На обратной стороне панели смонтированы соединители, в которые монтируются кабели. Кабели с многожильными гибкими проводниками используются в качестве патч- кордов, то есть соединительных кабелей между розеткой и сетевой платой, либо между розетками на панели соединений или кроссе. Кабели с одножильными проводниками - для прокладки собственно кабельной системы. Монтаж разъемов и розеток на эти кабели совершенно идентичен, но обычно кабели с одножильными проводниками монтируются на розетки рабочих мест пользователей, панели соединений и кроссы, а разъемы устанавливают на гибкие соединительные кабели. Разъемы: Как правило, применяются следующие виды разъемов: RJ-11 и RJ-12 - разъемы с шестью контактами. Первые обычно применяются в телефонии общего назначения - вы можете встретить такой разъем на шнурах импортных телефонных аппаратов. Второй обычно используется в телефонных аппаратах, предназначенных для работы с офисными мини-АТС, а также для подключения кабеля к сетевым платам ARCnet; RJ-45 - восьмиконтактный разъем, использующийся обычно для подключения кабеля к сетевым платам Ethernet либо для коммутации на панели соединений.

Стандарты физического уровня Fast Ethernet.

100BASE-T X - для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 5 или экранированной витой паре STP Type 1 (макс. длина равна 100м., скорость передачи данных равна 100Мб/с.); 100 BASE- T4 - для четырёхпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3, 4 или 5 (макс. длина равна 100м., скорость передачи данных равна 100Мб/с.). 100 BASE- FX - для многомодового оптоволоконного кабеля, используются два волокна. Из этих трёх технологий в качестве основной кабельной системы используется неэкранированная витая пара категории 5 (100 Base-TX). По условию технического задания защиты информации нет, следовательно, использование экранированной витой пары не требуется. Также в проекте не требуется связь рабочих станций с концентраторами и концентраторов с коммутаторами оптоволокном. Это связано с тем, что монтаж витой пары намного дешевле и более простая укладка, чем монтаж оптоволокна. При прокладке подсистемы кампуса предлагается использовать оптоволоконный кабель (магистральный тип), т.к. он позволяет достигнуть больших расстояний, имеет сильно защищенную оболочку, что защищает его от внешнего воздействия.

Структурированная кабельная система

Следуя всему изложенному выше будем делать структурированную кабельную систему, отвечающую техническим требованиям курсового проекта. Структурированная кабельная система строится иерархически, с главной магистралью и многочисленными ответвлениями от нее. Типичная иерархическая структура структурированной кабельной системы включает: горизонтальные подсистемы (в пределах этажа); вертикальные подсистемы (внутри здания); подсистему кампуса (в пределах одной территории с несколькими зданиями). Использование структурированной кабельной системы вместо хаотически проложенных кабелей дает предприятию много преимуществ: · универсальность · увеличение срока службы · уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения их мест размещения · возможность легкого расширения сети · обеспечение более эффективного обслуживания · надежность Структурированная кабельная система включает в себя: 1. Горизонтальная подсистема (в пределах этажа); 1.1. Абонентская часть; 1.2. Стационарная часть; 1.3. Коммутационная часть; 2. Вертикальная подсистема (между этажами); 3. Подсистема кампуса (в пределах одной территории с несколькими зданиями). Горизонтальная подсистема характеризуется большим количеством ответвлений кабеля, так как его нужно провести к каждой пользовательской розетке. Поэтому к кабелю, используемому в горизонтальной проводке, предъявляются повышенные требования к удобству выполнения ответвлений, а так же удобству его прокладки в помещениях. При выборе кабеля принимаются во внимание следующие характеристики: полоса пропускания, расстояние, физическая защищенность, электромагнитная помехозащищенность, стоимость. Горизонтальную подсистему, то есть этажную, можно разделить на три части: Абонентская часть Она состоит из розеток RJ-45, соединенных патч-кордом.

Стационарная часть

Представляет собой патч-корд, который соединяет розетки со шкафчиком с сетевым оборудованием.

Коммутационная часть

Это патч-корд между коммутатором и розетками на патч-панели

Вертикальная подсистема

Кабель вертикальной подсистемы, который соединяет этажи здания, должен передавать данные на большие расстояния и с большей скоростью по сравнению с кабелем горизонтальной подсистемы. Она состоит из более протяженных отрезков кабеля, количество ответвлений намного меньше, чем в горизонтальной подсистеме. Для простоты монтажа здесь будет использоваться витая пара категории 5.

Подсистема кампуса.

Подсистема кампуса представляет собой объединение нескольких зданий между собой.Для данной подсистемы оптимальнее всего построить кабельную систему на основе оптоволоконного одномодового кабеля. С электрической схемой можно ознакомиться на чертеже формата А1 - 2204.КПСД03.023 Э4 5. Выбор сетевого оборудования. На сегодняшний день существует множество фирм, выпускающих сетевое оборудование. Наиболее популярными являются 3COM, Cisco, Allied Telesyn, ATI, D-Link, и другие. Разнообразие фирм затрудняет выбор оборудования, т.к. некоторые фирмы занимаются производством уже давно, являются престижными и устанавливают высокие цены на свои продукты. Другие менее известные устанавливают цены ниже, но качество тоже может быть ниже. Появление каждой новой фирмы и ее продуктов обостряет конкуренцию на рынке и приводит к снижению цен на оборудование. Сети становятся все более доступными. 3COM производит весь спектр сетевого оборудования. Она занимает первое место по общим поставкам оборудования для локальных сетей. CISCO известна на рынке сетевых продуктов, как производитель маршрутизаторов и концентраторов. В последнее время неплохо зарекомендовали себя коммутаторы для рабочих групп. Эти фирмы продают свою продукцию по сравнению с другими фирмами по более низким ценам. Проанализировав схему кабельных соединений, мне необходимо следующее оборудование: концентраторы: · 5портовый 10/100 base TX - 4 · 8 портовый 10/100 base TX - 13 · 16 портовый 10/100 base TX – 21 Всего 48 коммутаторы: · 12 портовый Fast Ethernet 10/100 base TX(UTP/STP) + 8 портов для оптоволокна - 5 · 4 портовый 10/100 base TX - 3 · 8 портовый 10/100 base TX 1 Всего 12 кабель: · патч - корд неэкранированная витая пара 5 кат. 1м.., Всего 613 · патч - корд неэкранированная витая пара 5 кат. 5м. · стационарный кабель UTP 5 категории примерно 7000 метров, · патч - панель настенная под RJ-45 UTP 5 категории 27 штук, · розетка RJ-45-250 штук, · волоконно-оптический кабель 4 жильный, внешний 2600 метров, · кабель на 2 Мбит/с для выхода в Internet(-----), сетевые адаптеры: · для сервера на 1000 Мбит/с – 4 · для рабочих станций на 100 Мбит/с- 356 · для рабочих станций на 1000 Мбит/с- 180 шкафы для сетевого оборудования: · шкаф на 600w 600d 12U 22 штуки, · шкаф на 600w 600d 24U 3 штуки, · шкаф на 600w 600d 36U 1 штуки, оборудования для подключения к Internet: · модем.. на 56 Кбит/с, · маршрутизатор на 56 Кбит/с. Изучив рынок сетевого оборудования, я нашел оборудование, удовлетворяющее исходному заданию построения сети, следующих фирм: .. и решил использовать его для моего проекта. Марки выбранного оборудования будут указаны в следующем разделе. 6.Расчет стоимости оборудования.

Название оборудования	Фирма		Количество	Цена	Итого
Концентраторы
Switch Hub 816VX 16-port 10/100Mb Mini Case	ElNet		14	2316	32424
Switch Hub 824DX-CS 24-port 10/100Mb RM	ElNet		14	4398	61572
Switch Hub 808XS 8-port 10/100Mb Mini Case	ElNet		16	943	15088
Switch Hub 810CG 10/100/1000Mb		ElNet
Коммутаторы
Office Connect Dual Speed Switch 16794 (8 портов 10BASE-T/ 100BASE-TX)	3Com		8	3191	25528
SwitchGX2226WM 24*10/100TX+2Gigabit port	Compex		3	19806	59418
Сетевые адаптеры
3C996B-T 10/100/1000 PCI-X Server NIC	3COM		154	4557	701778
Net 320X-R (Realtek) PCI 10/100 Retail	Eline		366	169	61854
			30
Шкафы для сетевого оборудования
Шкаф настенный 310 (19", 17U, 570x815x400, дверь тонир.стекло)	IMnet		12	8443	101316
Модем
Модем TFM-560R (V.90, PCMCIA, Real Port)	TrendNet		1	1940	1940
Маршрутизатор
Cisco 1601	Cisco		1	32522	32522
Кабельная система
Розетка RJ-45 5 кат.	--		539	54	29106
Кабель, витая пара UTP 5,m	--		7000	6	42000
Кабель оптоволоконный	--
Патч-корд UTP 5, 3м	--		599	36	21564
Патч-панель 19”, 12xRJ-45 UTP 5	--		12	726	8712
Итого:					1216174

После произведенных расчетов получили, что общая стоимость проекта примерно равна 1216174 рубля. 7. Заключение. В ходе проекта была разработана многосегментная сеть, объединившая 540 рабочих станций и 4 сервера общего пользования. В корпусах реализована технология Fast Ethernet 100 Base TX (качестве среды передачи используется неэкранированная витая пара категории 5). Рабочие станции в отделах подключаются к концентратору, стоящему в этом отделе. Концентраторы отделов в свою очередь подключаются к центральному коммутатору, стоящему на первом этаже. Для удобства прокладки кабеля и его структуризации используется структурированная кабельная система. Имеется возможность расширения сети, т.к. у нескольких коммутаторов остаются незадействованные порты. При необходимости можно предусмотреть дополнительные места подключения рабочих станций (дополнительные розетки), так что подключение рабочих станций к сети будет определяться временем настройки сетевого программного обеспечения. Данная сеть построена на сетевом оборудовании фирмы Eline, 3 COM , Cisco, которая составила 1216174 рубля. Список литературы: 1 Олифер «Компьютерные, сети, технологии». 2 Лекции по предмету 3 Internet Перечень элементов к схеме 2202.КПСД03.023 Э4

Поз. обозн.	Наименование	Кол
А1,А2. А12	Шкаф настенный с сетевым оборудованием 600 w 600 d 12 u	12
X1..X539	Розетка RJ-45	539
А1		4
А2		2
А2		2
А3	ElNet Switch Hub 816VX 16-port 10/100Mb Mini Case	2
А3	ElNet Switch Hub 808XS 8-port 10/100Mb Mini Case	2
А4	ElNet Switch Hub 824DX-CS 24-port 10/100Mb RM	4
А5	ElNet Switch Hub 808XS 8-port 10/100Mb Mini Case	4
А6	ElNet Switch Hub 816VX 16-port 10/100Mb Mini Case	2
А6	ElNet Switch Hub 824DX-CS 24-port 10/100Mb RM	2
А7	ElNet Switch Hub 808XS 8-port 10/100Mb Mini Case	4
А8	ElNet Switch Hub 816VX 16-port 10/100Mb Mini Case	2
А8	ElNet Switch Hub 824DX-CS 24-port 10/100Mb RM	2
А9	ElNet Switch Hub 808XS 8-port 10/100Mb Mini Case	2
А9	ElNet Switch Hub 824DX-CS 24-port 10/100Mb RM	2
А10	ElNet Switch Hub 816VX 16-port 10/100Mb Mini Case	2
А10	ElNet Switch Hub 824DX-CS 24-port 10/100Mb RM	2
А11	ElNet Switch Hub 808XS 8-port 10/100Mb Mini Case	2
А11	ElNet Switch Hub 816VX 16-port 10/100Mb Mini Case	2
А12	ElNet Switch Hub 810CG 10/100/1000Mb 8+1Gigabit+1ext Port Switch (Desktop metal case)	4
А1,А2,А4, А5,А7,А8, А10,А11	3Com Office Connect Dual Speed Switch 16794 (8 портов 10BASE-T/ 100BASE-TX)	8
А3,А6,А9	Compex Switch SGX2226WM 24*10/100TX+2Gigabit port	3
А1,А2,А4,А5,А6,А7,А8,А9	Eline-Net 320X-R (Realtek) PCI 10/100 Retail	366
А3	FastEthernet 320X-R FullDuplex PCI 10/ 100	30
A12	3COM 3C996B-T 10/100/1000 PCI-X Server NIC	154
А12	Маршрутизатор Cisco 1601	1
А12	Модем TrendNet TFM-560R (V.90, PCMCIA, Real Port)	1
А3,А12	Compex WP11A-E Wireless Access Point (2.4GHz, IEEE802.11b, 11Mbps, Bridging)	2
А1,А2.А12	Патч панель UTP, 16 портов RJ45, 5е, 19", 1U	12

При подготовке к статье с каверзными вопросами я наткнулся на интересный вопрос - откуда взялось ограничение в 100 метров на длину Ethernet-сегмента. Мне пришлось погрузиться глубоко в физику и логику процессов, чтобы приблизиться к пониманию. Часто говорят, что на большой длине кабеля начинаются затухания и данные искажаются. И, в общем-то, это правда. Но есть и другие причины для этого. Попытаемся рассмотреть их в данной статье.

CSMA/CD

Причина кроется в технологии CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection . Если вдруг кто-то не знает, то это когда у нас одна шина (одна среда передачи данных), к которой подключено несколько станций (Multiple Access ). Каждая станция следит за состоянием шины - есть ли в ней сигнал от другой станции (Carrier Sense ). Если вдруг два устройства начали передавать в один момент, то оба они должны это обнаружить (Collision Detection ). Да, всё это касается полудуплексных сетей. Поэтому если у вас взгляд устремлён исключительно в светлое 10-гигабитное будущее, эта статья не для вас. В первую очередь, я хочу, чтобы все понимали, что скорость передачи сигнала в среде никоим образом не зависит от применяемого стандарта. Хоть в Ethernet (10Мб/с), хоть в 10Gbit Ethernet скорость распространения импульса в медном кабеле - примерно 2/3 скорости света. Как здорово написали в одном холиварном треде : вы можете говорить быстро или медленно, но скорость звука от этого не меняется. Теперь обратимся к сути CSMA/CD. В современных сетях коллизии исключены, потому что у нас уже нет общей шины и практически всегда все устройства работают в полнодуплексном режиме. То есть у нас всего лишь два узла на конце одного кабеля и отдельные пары для приёма и передачи. Поэтому механизма CSMA/CD уже нет в 10Gbit Ethernet. Однако рассмотреть его будет полезно, так же, как например, изучать RIP, который, вроде, никому уже и не нужен, но прекрасно иллюстрирует принцип работы дистанционно-векторных протоколов маршрутизации. Итак, предположим, что к общей шине у нас подключено 3 устройства. ПК 1 начинает передавать данные на ПК3 (запустил импульс в шину). Разумеется, в общей шине сигнал пойдёт не только на ПК3, но всем подряд. ПК2 тоже хотел бы передать, но видит волнения в кабеле и ожидает. Когда сигнал от ПК1 до ПК3 прошёл, может начинать передавать ПК2.

Это пример работы Carrier Sense. ПК2 не передаёт, пока видит сигнал в линии. Теперь другая ситуация. ПК1 начал передавать данные ПК3. А до ПК2 сигнал не успел дойти, он тоже решил начать передавать. Где-то в середине сигналы пересеклись и испортились. ПК1 и ПК2 получили покорёженный сигнал и поняли, что эту порцию данных нужно отправить заново. Каждая станция выбирает случайным образом период ожидания, чтобы снова не начать отправлять одновременно.

Это пример работы Collision Detection. Чтобы одна станция не оккупировала шину, между кадрами есть промежуток длиной 96 битов (12 байтов), который называется Inter Frame Gap (IFG). То есть, например, ПК1 передал кадр, потом ждёт некоторое время (время, за которое он успел бы передать 96 битов). И отправляет следующий и т.д. Если ПК2 захочет передавать, то он сделает это как раз в таком промежутке. Так же ПК3 и так по очереди. То же самое правило работает и в том случае, когда у вас не общая шина, а один кабель, где к двум концам подключены две станции, и они передают данные в полудуплексном режиме. То есть передавать данные в каждый момент времени может только одна из них. Передаёт ПК2, как только линия освободилась, передаёт ПК1, линия освободилась - передаёт ПК2 и так далее. То есть тут нет какой-то чёткой временной синхронизации, как, например, в TDD, когда для каждого конца выделены определённые промежутки передачи. Таким образом, достигается более гибкое использование полосы: Если ПК1 ничего передавать не хочет, то ПК2 не будет простаивать в ожидании своей очереди.

Проблема

А что если представить себе такую неловкую ситуацию?

То есть ПК1 закончил передачу своей порции данных, но она ещё не успела дойти до ПК2. Последний не видит сигнала в линии и начинает передавать. Бац! Где-то в середине ДТП. Данные покорёжились, сигнал дошёл до ПК 1 и ПК2. Но, обратите внимание на разницу - ПК2 понял, что произошла коллизия и перестал передавать данные, а ПК1 ничего не понял - у него-то передача уже закончилась. Фактически он просто получил битые данные, а свою задачу по передаче кадра как бы выполнил. Но данные потерялись на самом деле - ПК3 также получил искажённый коллизией сигнал. Где-то потом гораздо выше по ступеням OSI отсутствие данных заметит TCP и перезапросит эту информацию. Но представьте, сколько времени на это будет потеряно?

Кстати, когда на интерфейсах у вас растёт количество ошибок CRC - это верный признак коллизий - приходят битые кадры. Значит, скорее всего, не согласовался режим работы интерфейсов на разных концах.

Вот именно для исключения такой ситуации в Ethernet ввели одно условие: в тот момент, когда первый бит данных будет получен на самой дальней стороне шины, станция ещё не должна передать свой последний бит. То есть кадр должен как бы растянуться на всю длину шины. Это самое распространённое описание, но фактически оно звучит несколько иначе: если коллизия произошла на самом дальнем от отправителя участке шины, то информация об этой коллизии должна достигнуть отправителя ещё до того, как он передал свой последний бит. А это разница в 2 раза, между прочим, по сравнению с первым приведённым условием. Это гарантирует, что даже если случится коллизия, все её участники будут однозначно в курсе. И это очень здорово. Но каким образом этого добиться? И тут мы вплотную приближаемся к вопросу о длине сгемента. Но прежде, чем дать ответ на вопрос про длину, придётся немного окунуться в теорию сетей и для начала введём понятие bit time (термин "битовое время" не прижился). Эта величина означает, сколько нужно времени интерфейсу, чтобы выпульнуть в среду 1 бит. То есть если Fast Ethernet в кабель отправляет 100 000 000 битов в секунду, значит, bit time равен 1b/100 000 000 b/s=10^-8 с или 10 наносекунд. Каждые 10 наносекунд Fast Ethernet порт может отправлять в среду один бит. Для сравнения Gigabit Ethernet отправляет 1 бит каждую наносекунду, старые диал-ап модемы могли отправлять 1 бит каждые 18 микросекунд. Скорострельное оружие Metal Storm MK5 теоретически способно выпускать одну пулю каждые 60 микросекунд. Пулемёт калашникова выпускает 1 пулю каждые 100 миллисекунд.

Если говорить об IFG, то станция должна делать паузу именно в 96 бит-таймов перед отправкой каждого кадра. Fast Ethernet, например, должен выждать 960 наносекнуд (0,96 микросекунды), а Gbit Ethernet 96 наносекуд

Итак, для выполнения условия вводится понятие кванта или Slot time - минимальный размер блока данных, который можно передавать по сети в Ethernet. И именно этот квант должен растянуться на весь сегмент. Для Ethernet и Fast Ethernet выбран минимальный размер - 64 байта - 512 бит. Для его передачи порту FE понадобится 10 нс*512 = 5120 нс или 5,12 мкс.

Отсюда и ограничение в 64 байта на минимальный размер Ethernet-кадра.

То есть у блока данных 64 байта будет 5,12 мкс на путешествие по шине и возврат к отправителю в случае коллизии. Попробуем просчитать расстояние в лоб: (5,12 * 10^-6)*(2/3*3*10^8)/2=512 метров. Поясню формулу: время путешествия (5,12 мкс переведённые в секунды) * 2/3 скорости света (скорость распространения сигнала в медной среде в м/с) и делим на 2 - для того, чтобы предусмотреть самый худший случай коллизии, когда сигналу придётся пройти весь путь назад до отправителя. Вроде бы и цифра знакомая - 500 метров, но проблема в том, что ограничение для Fast Ethernet - 100 метров до хаба (200 до самой дальней станции). Здесь вступают в игру задержки на концентраторах и повторителях. Говорят, что они все просчитаны и учтены в конечной формуле, но следы теряются, сколько я ни пытался найти эту формулу расчёта с результатом в 100 метров, найти не удалось. В итоге известно, чем ограничение обусловлено, но не откуда взялась цифра 100.

Gigabit Ethernet

При разработке Gbit Ethernet встал очень важный вопрос - время передачи одного бита составляло уже 1 нс и на передачу одной порции данных нужно уже всего лишь 0,512 мкс. Даже при расчёте в лоб моей формулой без учёта задержек получается длина 50 метров (и 20 метров с учётом этих величин). Очень мало и потому было решено, вместо уменьшения расстояния (как было в случае с переходом Ethernet->Fast Ethernet), увеличить минимальный размер данных до 512 байтов - 4096 бит. Время передачи такой порции данных осталось примерно таким же - 4 секунды против 5. Тут, конечно, есть ещё момент, что не всегда получается набрать такой размер - 4 кБ данных, поэтому в конце кадра, после поля FCS добавляется недостающий объём данных. Учитывая, что мы давно отказались от общей шины, у нас раздельная среда для приёма и передачи, и коллизий как таковых нет, всё это выглядит костылями. Поэтому в стандарте 10 Gbit Ethernet от механизма CSMA/CD отказались вовсе.

Преодоление ограничений по длине

Итак, всё вышеуказанное касалось устаревших полудуплексных сетей с общей шиной. Какое это имеет отношение к настоящему моменту, спросите вы? Можем тянуть мы километры UTP или не можем? К сожалению, всё-таки стометровое ограничение имеет и другую природу. Даже на 120 метрах с обычным кабелем в большинстве случаев многие коммутаторы не смогут поднять линк. Это обусловлено и мощностью портов коммутаторов и качеством кабеля. Дело и в затухании, и в наводках, и в искажении сигнала при передаче. Обычная витая пара подвержена влиянию электромагнитных помех и не гарантируют защиту передаваемой информации. Но, прежде всего, давайте посмотрим на затухание. Типичная наша витуха UTP имеет минимум по 27 витков на каждый метр и передаёт данные на частоте 100 МГц. Так называемое погонное затухание - это ослабление сигнала на каждом метре среды. Согласно стандартам затухание не должно превышать 24 Дб. В среднем это значение около 22 Дб для обычного UTP-кабеля, что означает затухание изначального сигнала в 158 раз. Получается, что затухание на 1 Дб происходит каждые 4,5 метра. Если же взять длину кабеля в 150 метров, то затухание получается уже примерно 33 Дб и исходный сигнал уменьшится в 1995 раз. Что уже весьма существенно. Плюс к этому добавляется взаимное влияние пар - переходное затухание. Так называется процесс, когда в параллельных проводниках возникают наводки, то есть часть энергии тратится на то, чтобы возбудить ток в соседнем кабеле. Учтём возможные помехи от силовых кабелей, которые могу проходить рядом, и ограничение в 100 метров становится совершенно логичным.

Почему тогда такого ограничения не было в коаксиальных сетях? Дело в том, что затухание в кабеле зависит от сопротивления/сечения кабеля и частоты. Вспомним теперь, что толстый Ethernet использует кабель с сердечником 2,17 мм. Плюс Ethernet на коаксиальном кабеле работал на частоте 10 Мгц. А чем больше частота, тем выше затухание. Почему вы думаете аналоговый радиосигнал передаётся к антеннам не по такой удобной витухе, а по толстенным фидерам? Кстати, слово Base в стандартах Ethernet означает Baseband и говорит о том, что одновременно может передавать данные через среду только одно устройство, не используется модуляция/мультиплексирование. В противовес ему Broadband накладывает несколько разных сигналов на одну несущую, а с другой стороны каждый отдельный сигнал из несущей извлекается.

На самом деле, учитывая, что затухание обусловлено характеристиками и качеством кабеля, можно достигнуть значительно более радостных результатов, используя более подходящий. Например, с помощью кабеля П-296 или П-270 можно преодолеть даже трёхсотметровый рубеж. Разумеется, это 100 Мб/с в полному дуплексе. Для гигабита уже другие требования. И вообще, чем выше скорость передачи, тем больше параметров приходится учитывать, собственно поэтому в 10Gbit Ethernet поддержка медной среды есть только номинально, а предпочтение отдано оптике.

Итоги и ссылки

В общем, подводя итог всему вышесказанному, цифра в 100 метров - это с хорошим таким запасом, который гарантирует работу даже в полудуплексе на кабеле не лучшего качества. Обусловлена она затуханием и работой механизма CSMA/CD. Данные, использованные в статье.