Сеть Ethernet шинной топологии на тонком коаксиальном кабеле

 

В зависимости от типа коаксиального кабеля различают Ethernet на толстом (10Base-5) и тонком (10Base-2) коаксиальном кабеле.

Тонкий коаксиальный кабель наиболее часто применяется при объединении персональных ЭВМ типа IВМ РС в локальную сеть Ethernet. Он обеспечивает минимальную стоимость создания кабельной системы при фиксированной скорости и пропускной способности сети. Тонкий коаксиальный кабель сматывается в бобины (бухты). Такой кабель легко прокладывается и устанавливается, и не требуется отдельных внешних приемопередатчиков для рабочих станций, т.к. адаптеры 10Base-2 имеют встроенный трансивер, оканчивающийся BNC-разъемом. Трансивер - это активный приемопередатчик со встроенным детектором коллизий. При передаче сигналов по коаксиальному кабелю используется манчестерское кодирование.

Топологические особенности и ограничения сети

Для сети Ethernet на тонком коаксиальном кабеле (10Base-2) определены следующие топологические особенности и ограничения [3]:

· скорость передачи 10 Мбит/с и 100 Мбит/с;

· используемый кабель - тонкий коаксиальный кабель RG-58, имеющий среднее затухание и помехозащищенность;

· для соединения коаксиального кабеля используются стандартные BNC-коннекторы различных конфигураций;

· топология сети - шина, ответвления недопустимы;

· максимальная длина одного кабельного сегмента - 185 м (600 футов) или 305 м (1000 футов) при использовании соответствующей аппаратуры;

Рис. 6. Пример односегментной сети Ethernet на тонком коаксиальном кабеле

 

· каждый кабельный сегмент может иметь до 30 подключений, включая рабочие станции, файловые серверы, принт-серверы;

· минимальное расстояние между точками подключения - не менее 0,5 м;

· максимальное количество узлов всей сети - 1024;

· сегменты сети могут быть объединены с помощью повторителей по правилу "5-4-3" с целью увеличения количества рабочих станций и общей протяженности сети;

· каждый кабельный сегмент заземляется только в одной точке.

Базовая конфигурация сети Ethernet состоит из одного кабельного сегмента. Кабельный сегмент - это цепочка электрически соединенных отрезков кабеля, оканчивающаяся с обеих сторон согласующими сопротивлениями - 50-омны-ми внешними терминаторами. Терминатор - это резистор, сопротивление которого совпадает с импедансом коаксиального кабеля. Он служит для предотвращения отражений электрического сигнала на концах кабеля. Если терминаторы отсутствуют или их сопротивление не равно 50 Ом, то сегмент сети становится неработоспособным.

Пример простой односегментной сети Ethernet на тонком коаксиальном кабеле приведен на рис. 6. Согласно спецификации IEEE 802.3 в конфигурации сети на коаксиальном кабеле запрещены ответвления и петли (рис. 7).

 

 

Рис. 7. Пример односегментной сети Ethernet на тонком

коаксиальном кабеле

 

Врезка узлов сети. Соединительная аппаратура

По всей длине кабельного сегмента делаются подключения рабочих станций. Файл-сервер подключается так же, как и рабочие станции и его позиция в сегменте не имеет отношения к характеристикам сети. Два узла сети не могут находиться ближе 0,5-1 метра друг от друга. Это необходимо из-за возможности отражения сигналов. Любые сочленения и неоднородности в кабеле также могут вызвать отражения в шине и снижают ее пропускную способность.Врезка (подключение узла) может быть выполнена с помощью BNC Т-коннектора (Т‑образного разъема), подключаемого непосредственно к сетевой плате рабочей станции. Он представляет собой тройник, один конец которого (типа "вилка") надевается на разъем, установленный на сетевой плате, а на два других надеваются разъемы отрезков кабеля (BNC-коннекторы). Простые BNC-коннекторы (обжимные или навинчивающиеся) закрепляются непосредственно на конце кабеля. Для соединения коротких отрезков кабеля применяются I-коннекторы. BNC-терминатор представляет собой разъем, аналогичный BNC-коннектору. Обычно терминатор подключается к концу Т-коннектора на последней ЭВМ сегмента. Для подключения терминатора к концу кабеля требуется цилиндрический переходник (BNC I-коннектор).

Возможен вариант сети Ethernet со стационарной проводкой (рис. 8). В этом случае для каждого рабочего места требуется установка пары коаксиальных розеток.

 

 

Рис. 8. Сеть Ethernet на тонком коаксиальном кабеле со стационарной проводкой

 

Если в месте установки розеток ЭВМ отсутствует, то в целях предотвращения разрыва кабельного сегмента обе розетки замыкают отрезком коаксиального кабеля. Существуют специальные разъемы, абонентские шнуры и розетки (LAN-LINE и ETAP) [3], позволяющие уменьшить число проводов, подводимых к одной ЭВМ. Абонентский шнур представляет собой двойной коаксиальный кабель. В этом случае надежность всей сети повышается, поскольку используется меньшее число соединителей, чем при обычном соединении через BNC-коннекторы и Т-коннекторы.

Построение многосегментной сети

При необходимости увеличения размера сети кабельные сегменты могут соединяться с помощью активных устройств - усилителей-повторителей (repeater) представленных на рис. 9.

 

Рис. 9. Структура сети Ethernet на тонком коаксиальном кабеле на двух кабельных сегментах.

 

Повторители могут быть подключены в любых разрешенных местах кабеля, т.е. необязательно на концах сегментов (рис. 10).

Рис. 10. Соединение кабельных сегментов сети Ethernet на

тонком коаксиальном кабеле по правилу «5-4-3»

 

Таким способом формируется многосегментная сеть на основе кабельных сегменов. Соединение кабеля с повторителем осуществляется через стандартные BNC Т-коннекторы. Если повторитель замыкает кабельный сегмент, то на свободном конце его Т-коннектора крепится терминатор. Каждый сегмент многосегментной сети должен быть заземлен, но только в одной точке. Многосегментная локальная сеть Ethernet на основе логических сегментов может формироваться при помощи файловых серверов, имеющих две сетевые карты, посредством которых к серверу подсоединяются два кабельных сегмента (рис. 4).

Максимальное количество кабельных сегментов, соединяемых в цепочку с помощью повторителей, равно 5. Количество повторителей между любой парой узлов сети не должно превышать 4. Из пяти допустимых кабельных сегментов только 3 могут быть "нагруженными", т.е. к ним подключаются рабочие станции. Остальные сегменты могут иметь только две точки подключения - для повторителей. Перечисленные ограничения называются правилом"5-4-3", и справедливы для сети Ethernet как на тонком, так и на толстом коаксиальном кабеле.

Расчет корректности конфигурации сети Ethernet

Ограничения на длину сегментов, число сегментов, станций и повторителей были введены для того, что в сети всегда присутствовал большой запас прочности по времени двойного оборота сигнала в сети с учетом задержек сигнала в повторителях. Локальная сеть Ethernet может быть построена и на большем числе повторителей, и содержать большее число сегментов. Однако в этом случае необходимо проводить расчет сети на корректную конфигурацию. В качестве расчетных параметров выступают две величины: время двойного оборота сигнала (Path Delay Value - PDV) между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети и сокращение межкадрового интервала (Path Variability Value - PVV) с учетом задержек сигнала на всех повторителях сети. На величину PDV вводится ограничение в 575 битовых интервалов, а расчетная величина PVV не должна превышать 49 битовых интервала.

Для упрощения расчетов величины PDV обычно используют справочные данные IEEE (табл. 1), содержащие значения задержек распространения сигналов в повторителях, приемопередатчиках и

различных физических средах [4].

Поскольку задержка в устройствах, например, в повторителях, складывается из задержек сигнала в разных блоках устройств, то суммарные задержки принято называть базой сегмента. Крайние сегменты сети принято называть левым и правым сегментами в зависимости от того, где считается начало передачи сигналов. Левым называется крайний сегмент, в котором функционирует передающий узел сети, а правым сегментом считается крайний сегмент с принимающим узлом сети. Все остальные сегменты, соединенные повторителями, называются промежуточными сегментами. Если крайние сегменты сети построены на разных типах кабеля (коаксиальный кабель, витая пара проводов), то необходимо величину PDV рассчитать два раза, принимая за левый сегмент сначала один, затем другой крайние сегменты. Максимальное из полученных значений и будет являться результирующим.

Все базы сегментов и задержка среды приведены в таблице в битовых интервалах (bt).

Расчет времени двойного оборота сигнала в сети заключается в вычислении задержек, вносимых каждым отрезком кабеля с учетом длин сегментов, а затем суммировании этих задержек с базами левого, промежуточных и правого сегментов:

(1)

где БЛС - база левого сегмента; БПрС - база правого сегмента; БПС_i - база i-го промежуточного сегмента; Д_i - длина i-го сегмента; ЗС_i - задержка среды i-го сегмента; n - число промежуточных сегментов; m - общее число сегментов.

Для расчета величины PVV также можно воспользоваться значениями максимальных величин уменьшения межкадрового интервала при прохождении сигнала через повторители различных физических сред (табл. 2). В расчетах учитывается только левый сегмент (крайний сегмент сети с передающим узлом).

Расчет величины соращения межкадрового интервала для всей сети заключается в суммировании этих максимальных значений уменьшения межкадрового интервала для левого и всех промежуточных сегментов сети:

(2)

где ПЛС и ППС_i - сокращение межкадрового интервала повторителя левого сегмента и i-го повторителя промежуточного сегмента соответственно; n - число промежуточных сегментов.

Если крайние сегменты сети построены на разных типах кабеля, необходимо величину PVV рассчитать два раза, как и при расчете величины PDV.

В случае если проектируемая сеть удовлетворяет критериям PDV и PVV, то конфигурация этой сети считается корректной, даже если сеть по длине сегментов и числу повторителей не удовлетворяет стандартным ограничениям сети Ethernet.

Заземление сети

Хотя спецификация требует, чтобы сегменты заземлялись, в маленьких сетях это не критично для работы сети. Однако в целях обеспечения надежности целесообразно заземлять каждый сегмент. Для этого предусмотрены специальные терминаторы с заземляющим проводником, который прикрепляется к заземленному корпусу ЭВМ. Требование заземления одного из терминаторов не всегда разумно, поскольку изменение топологии сети может привести к "блужданию" этого окончания сегмента, а заземление через корпус ЭВМ стандартным коротким проводником нарушит заземление сегмента, если отключить шнур питания компьютера от сети. Разумным вариантом является заземление сегмента около главного сервера или другого ответственного и неподвижного узла сети с помощью хомута, надетого на Т-коннектор.

Сборка сети

Для сборки сети Ethernet простой конфигурации на тонком коаксиальном кабеле потребуются следующие основные компоненты в расчете на одну станцию сети:

· сетевые адаптеры Ethernet с BNC-разъемами (по 1 на каждую рабочую станцию и файловые серверы, и дополнительные адаптеры на файловые серверы для организации дополнительных сегментов сети);

· BNC Т-коннекторы (один на сетевую плату);

· 50-омные BNC-терминаторы (по 2 на каждый кабельный сегмент, один из которых с заземлением);

· кабель RG-58 (»7,6 м (25 футов) на один сетевой адаптер);

· сетевое программное обеспечение и документация;

· инструкции по установке.

Сборку сети необходимо проводить в следующей последовательности:

1. Провести размещение рабочих станций, файловых серверов и сетевых принтеров в помещении, согласно план-схеме локальной сети.

2. Определить тип сетевого адаптера Ethernet для каждой рабочей станции и файл-сервера.

3. Установить платы сетевых адаптеров в ЭВМ.

4. Проложить отрезки кабеля нужной длины между рабочими станциями.

5. На концах отрезков кабеля установить отжимные или навинчивающиеся BNC-коннекторы (типа "вилка").

6. Присоединить к BNC-коннекторам Т-коннекторы, объединив концы кабеля вместе. Использовать цилиндрические коннекторы для объединения отрезков кабеля.

7. Присоединить Т-коннектор к ответной части разъема на панели сетевой платы.

8. Установить BNC-терминаторы на каждом конце каждого сегмента сети.

9. Для каждого сегмента установить на одном конце BNC-терминатор с заземлением. Лепесток на заземляющем проводе терминатора прикрутить винтом к выводу "земля" на корпусе ЭВМ.

10. Выполнить инсталляцию необходимого сетевого программного обеспечения.

11. Прогнать тестовые программы контроля соединений и производительности сети.

Целесообразно избегать разрывов и соединений кабеля без необходимости. Если возможно, кабель на всей длине должен быть непрерывным. Необходимо избегать использования кабелей с разными свойствами в любом сегменте. Даже если марка кабеля одна и та же (RG-58), могут быть различия в характеристиках между разными партиями кабеля и кабелями из разных бухт, из-за чего сигнал может искажаться. Лучше использовать кабель из одной бухты на всей длине сегмента.

Результаты тестирования сети должны показать доступность серверов и рабочих станций внутри каждого сегмента сети. Тестирование позволяет также определить качество использованных при монтаже материалов и качество сборки сети - в правильно собранной из качественных материалов сети должна обеспечиваться заданная использованным стандартом пропускная способность. Допускается небольшое падение (в 2-3 раза) пропускной способности сегмента сети при одновременной работе максимального количества сетевых устройств этого сегмента.