Методика расчета конфигурации сети Ethernet

Для того, чтобы сеть Ethernet, состоящая из сегментов различной физической природы, работала корректно, необходимо, чтобы выполнялись три основных условия:

  • Количество станций в сети не превышает 1024 (с учетом ограничений для коаксиальных сегментов).
  • Удвоенная задержка распространения сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети не превышает 575 битовых интервалов.
  • Сокращение межкадрового расстояния (Interpacket Gap Shrinkage) при прохождении последовательности кадров через все повторители не более, чем на 49 битовых интервалов (напомним, что при отправке кадров станция обеспечивает начальное межкадровое расстояние в 96 битовых интервалов).

Соблюдение этих требований обеспечивает корректность работы сети даже в случаях, когда нарушаются простые правила конфигурирования, определяющие максимальное количество повторителей и максимальную длину сегментов каждого типа.

Физический смысл ограничения задержки распространения сигнала по сети уже пояснялся - соблюдение этого требования обеспечивает своевременное обнаружение коллизий.
Требование на минимальное межкадровое расстояние связано с тем, что при прохождении кадра через повторитель это расстояние уменьшается. Каждый пакет, принимаемый повторителем, ресинхронизируется для исключения дрожания сигналов, накопленного при прохождении последовательности импульсов по кабелю и через интерфейсные схемы. Процесс ресинхронизации обычно увеличивает длину преамбулы, что уменьшает межкадровый интервал.

При прохождении кадров через несколько повторителей межкадровый интервал может уменьшиться настолько, что сетевым адаптерам в последнем сегменте не хватит времени на обработку предыдущего кадра, в результате чего кадр будет просто потерян.

Поэтому не допускается суммарное уменьшение межкадрового интервала более чем на 49 битовых интервалов. Величину уменьшения межкадрового расстояния при переходе между соседними сегментами обычно называют в англоязычной литературе Segment Variability Value, SVV, а суммарную величину уменьшения межкадрового интервала при прохождении всех повторителей - Path Variability Value, PVV. Очевидно, что величина PVV равна сумме SVV всех сегментов, кроме последнего.
Расчет PDV
Для упрощения расчетов обычно используются справочные данные, содержащие значения задержек распространения сигналов в повторителях, приемопередатчиках и в различных физических средах. В таблице 3 приведены данные, необходимые для расчета значения PDV для всех физических стандартов сетей Ethernet, взятые из справочника Technical Reference Pocket Guide (Volume 4, Number 4) компании Bay Networks.
Таблица 3.
;

Тип сегмента

База левого сегмента

База промежуточного сегмента

База правого сегмента

Задержка среды на 1 м

Максимальная длина сегмента

10Base-5

11.8

46.5

169.5

0.0866

500

10Base-2

11.8

46.5

169.5

0.1026

185

10Base-T

15.3

42.0

165.0

0.113

100

10Base-FB

-

24.0

-

0.1

2000

10Base-FL

12.3

33.5

156.5

0.1

2000

FOIRL

7.8

29.0

152.0

0.1

1000

AUI (> 2 м)

0

0

0

0.1026

2+48

Поясним терминологию, использованную в этой таблице, на примере сети, изображенной на рисунке 11.

Рис. 11. Пример сети Ethernet, состоящей из сегментов различных физических стандартов
Рис. 11. Пример сети Ethernet, состоящей из сегментов
различных физических стандартов

Левым сегментом называется сегмент, в котором начинается путь сигнала от выхода передатчика (выход Tx) конечного узла. Затем сигнал проходит через промежуточные сегменты и доходит до приемника (вход Rx) наиболее удаленного узла наиболее удаленного сегмента, который называется правым. С каждым сегментом связана постоянная задержка, названная базой, которая зависит только от типа сегмента и от положения сегмента на пути сигнала (левый, промежуточный или правый). Кроме этого, с каждым сегментом связана задержка распространения сигнала вдоль кабеля сегмента, которая зависит от длины сегмента и вычисляется путем умножения времени распространения сигнала по одному метру кабеля (в битовых интервалах) на длину кабеля в метрах.

Общее значение PDV равно сумме базовых и переменных задержек всех сегментов сети. Значения констант в таблице даны с учетом удвоения величины задержки при круговом обходе сети сигналом, поэтому удваивать полученную сумму не нужно.

Так как левый и правый сегмент имеют различные величины базовой задержки, то в случае различных типов сегментов на удаленных краях сети необходимо выполнить расчеты дважды: один раз принять в качестве левого сегмента сегмент одного типа, а во второй раз - сегмент другого типа, а результатом считать максимальное значение PDV. В нашем примере крайние сегменты сети принадлежат к одному типу - стандарту 10Base-T, поэтому двойной расчет не требуется, но если бы они были сегментами разного типа, то в первом случае нужно было бы принять в качестве левого сегмент между станцией и концентратором 1, а во втором считать левым сегмент между станцией и концентратором 5.
Рассчитаем значение PDV для нашего примера.
Левый сегмент 1: 15.3 (база) + 100 м ґ 0.113 /м = 26.6
Промежуточный сегмент 2: 33.5 + 1000 ґ 0.1 = 133.5
Промежуточный сегмент 3: 24 + 500 ґ 0.1 = 74.0
Промежуточный сегмент 4: 24 + 500 ґ 0.1 = 74.0
Промежуточный сегмент 5: 24 + 600 ґ 0.1 = 84.0
Правый сегмент 6: 165 + 100 ґ 0.113 = 176.3
Сумма всех составляющих дает значение PDV, равное 568.4.
Так как значение PDV меньше максимально допустимой величины 575, то эта сеть проходит по величине максимально возможной задержки оборота сигнала. Несмотря на то, что ее общая длина больше 2500 метров.
Расчет PVV
Для расчета PVV также можно воспользоваться табличными значениями максимальных величин уменьшения межкадрового интервала при прохождении повторителей различных физических сред (таблица 4 взята из того же справочника, что и предыдущая).
Таблица 4.
;

Тип сегмента

Передающий сегмент

Промежуточный сегмент

10Base-5 или 10Base-2

16

11

10Base-FB

-

2

10Base-FL

10.5

8

10Base-T

10.5

8

В соответствии с этими данными рассчитаем значение PVV для нашего примера.
Левый сегмент 1 10Base-T: дает сокращение в 10.5 битовых интервалов
Промежуточный сегмент 2 10Base-FL: 8
Промежуточный сегмент 3 10Base-FB: 2
Промежуточный сегмент 4 10Base-FB: 2
Промежуточный сегмент 5 10Base-FB: 2
Сумма этих величин дает значение PVV, равное 24.5, что меньше предельного значения в 49 битовых интервалов.
В результате, приведенная в примере сеть по всем параметрам соответствует стандартам Ethernet.