Сети Ethernet

Полагаю, что и скрученные пары уступят со временем свои позиции оптоволоконным кабелям (когда их цена будет низкой, а стандартное быстродействие станет больше или равно 1 Гбит/c).

Рис. 16.5. Схема некоторых возможных вариантов подключения рабочих станций к Ethernet

Схема интерфейса на уровне MAU (Medium Attachment Unit) в упрощенном виде имеет вид, показанный на рис. 16.6.

Схема Signal Quality регистрирует коллизии и другие искажения сигнала и выдает в этом случае флаг SQE (Signal Quality Error). SQE представляет собой сигнал CS0, посылаемый от MAU к DTE (точнее, PMA к PLS). Сигнал SQE посылается MAU также в случае завершения процесса передачи ( output_idle ). Узел ISOLATE служит для блокировки передачи данных в сетевую среду, при этом DTE передает MAU сигнал CS0.

Рис. 16.6. Схема интерфейса на уровне MAU

Помимо столкновений в сети может быть зарегистрировано появление ложной несущей ( FCE — False Carrier Event) — битовая последовательность не имеет байта SFD, соответствующего конкретному типу физической среды. Появление ложной несущей обычно связано с состоянием кабеля или шумами. Если фиксируется появление двух ложных несущих подряд, повторитель должен отключить порт (перевести в состояние LINK UNSTABLE) и послать сигнал JAM во все остальные порты. Сигнал JAM должен продолжаться до конца потока данных, вызвавшего появление ложной несущей. Если канал восстановлен, повторитель переводит порт в нормальное состояние. Отключение порта возможно также при возникновении множественных коллизий ( ECE — Excessive Collision Error) — более 60 коллизий подряд. После блокировки порта он будет восстановлен, если в течение 500 тактов коллизии не обнаружены или при повторном включении повторителя.

Если рассмотреть зависимость пропускной способности сети L от ее суммарной загрузки L_in, мы для Ethernet получим кривую, показанную на рис. 16.7.

Рис. 16.7.

Вначале эта зависимость линейна, и на участке А пропускная способность удовлетворительна. Но при больших входных загрузках из-за коллизий сначала наступает насыщение за счет резкого роста процента потерянных пакетов, а затем и резкий спад (Ethernet collapse). Если в сети не используются повторители и нет сегментов на основе коаксиального кабеля, причины для коллапса исчезают.

Учитывая эту особенность Ethernet, создатели сетей должны ориентироваться не на предельно допустимые длины сегментов (потом пригодится), а на минимально необходимые длины. Чем меньше длина логического сегмента, тем меньше вероятность столкновения и тем больше его реальная пропускная способность (меньше длина домена (RTT)). А еще лучше – исключить из пользования повторители.

Помимо уже описанных модификаций сетей Ethernet в последнее время получили распространение сети для частот 100 Мбит/с ( FE ), 1000 Мбит/с ( GE ), которые базируются на каналах, построенных из скрученных пар или оптоволоконных кабелей, а также 10 Гбит/с ( 10GE и даже 100GE). Оптические связи используются и в обычном 10-мегабитном Ethernet (10BASE-FL, стандарт разработан в 1980 году, см. рис. 16.8). Наиболее часто это делается при прокладке сетевых сегментов между зданиями, чтобы исключить проблемы разности потенциалов между их землями.

Оптоволоконная версия Ethernet привлекательна при объединении сегментов сети, размещенных в различных зданиях, при этом увеличивается надежность сети, так как ослабляется влияние электромагнитных наводок. Облегчается переход от 10- к 100-мегагерцному Ethernet, ведь можно использовать уже имеющиеся оптоволоконные каналы, они будут работать и на 1 Гбит/с (возможна реализация сетей со смешанной структурой, где применяется как 100-, так и 10-мегагерцное оборудование). На программном уровне 10-, 100- и 1000-МГц Ethernet неразличимы.

Требования к параметрам оптоволоконных кабелей не зависят от используемого протокола (FDDI, Token Ring, Fast Ethernet и т.д.) и определяются документом EN 50173 (European Norm). Это утверждение не относится к топологии кабельных связей, которые в общем случае зависят от используемого протокола. При работе с оптоволоконными системами необходимы специальные тестеры, способные измерять потери света и отражения методом OTDR (рефлектометрия с использованием метода временных доменов). При пассивной звездообразной схеме длины оптоволоконных сегментов могут достигать 500 метров, а число подключенных ЭВМ — 33. Для передачи сигналов на расстояния до 2 км используются многомодовые волокна ( MMF ) с диаметром ядра 62,5 микрон и клэдинга 125 микрон. Длина волны излучения равна 850 (или 1350) нанометров при ослаблении сигнала в кабельном сегменте не более 12,5 дБ. Обычный кабель имеет ослабление 4-5 дБ/км. Оптические разъемы должны соответствовать требованиям стандарта ISO/IEC BFOC/2,5 и вносить ослабление не более 0,5-2,0 дБ. Количество используемых MAU в логическом сегменте не должно превышать двух.

Рис. 16.8. Схема 10-мегагерцового оптоволоконного Ethernet

На данном рисунке видно, что соединения повторителя с FOMAU (Fiber Optic Medium Attachment Unit) является дуплексным, аналогичные возможности предоставляют многие современные переключатели. Полнодуплексное подключение оборудования во многих случаях может обеспечить практическое удвоение скорости обмена и, что, возможно, более важно, исключить столкновения пакетов. Кабель AUI может быть заменен скрученной парой, последнее в большей мере отвечает духу времени. Длина такого кабеля может быть несколько больше. Схема полнодуплексного соединения показана на рис. 16.9.

Рис. 16.9. Схеме реализации полно дуплексного канала Ethernet. (Буква К с цифрой отмечает номера ножек контактов разъема)

В заключение — небольшая история из опыта эксплуатации сети в ИТЭФ. Локальная сеть у нас началась в 1987 году с одного сегмента "толстого" Ethernet, который соединял VAX с PDP11/40, вовлеченных в обработку данных по аттестации камер для эксперимента L3 в ЦЕРН. Почти все компоненты этой сети пришлось у кого-то одалживать. Дальше дело пошло неожиданно быстро, особенно если учитывать нашу тогдашнюю бедность. Мы прокладывали сегмент за сегментом. Один из них проходил из одного здания, прилегавшего к циклическому ускорителю У-10, к зданию медицинского пучка. Кабель был подвешен к стальному тросу. Но, на его беду, в одном месте он проходил примерно в 1,5-1,7 метрах от земляной обваловки ускорителя. Нас это обстоятельство нисколько не беспокоило, так как это было в радиационно опасной зоне, куда люди попасть не могли. Но спустя несколько лет мы убедились в своем легкомыслии.

На территории ИТЭФ жила стая собак во главе с рыжим вожаком, которого звали Чубайс. Сотрудники их подкармливали, и все шло тихо и мирно. Но однажды мы обнаружили обрыв связи между указанными корпусами. Провели диагностику и по отражению сигнала определили место обрыва. Каково же было наше удивление, когда мы выяснили, что участок кабеля длиной около 20 см сильно изгрызен. Наблюдение показало, что собаки использовали близость кабеля от земли, подпрыгивали и повисали на нем, как на спортивном снаряде (а может быть, они так хотели подключиться к Интернет?). С тех пор в одной из комнат моей лаборатории на стене висит отрезок того изгрызенного кабеля…

При практической реализации локальной сети обычно возникает проблема защиты и заземления. Если этой проблеме не уделить внимание в самом начале, она даст о себе знать позднее и обойдется дороже. Можно выделить три аспекта: безопасность персонала, работающего с ЭВМ и сетевым оборудованием, устойчивость к внешним наводкам и помехам, а также безопасность самого сетевого оборудования (противостояние грозовым разрядам или резким скачкам в сети переменного тока). Безопасность персонала обеспечивается тем, что все объекты, до которых может дотронуться человек, должны иметь равные потенциалы и в любом случае разница потенциалов не должна превышать 50 вольт. При работе с коаксиальным кабелем существуют рекомендации его заземления в одной точке. Возникает вопрос: что делать с заземлением экранов в случае использования экранированных скрученных пар? Этой проблеме посвящена, например, статья в журнале LANline Special Juli/August 2002, стр. 27-32. Следует сразу заметить, что нужно избегать применения экранированных и неэкранированных скрученных пар в пределах одной системы. Представляется также естественной и разумной зонная концепция, рассматриваемая в упомянутой статье. На рис. 16.10 показана схема защиты. Эта схема содержит защитные выключатели на случай грозы или бросков напряжения (линия L). Буквой N обозначена нулевая (нейтральная) шина, а буквами PE — защитная шина.

Рис. 16.10. Схема защиты для случая использования экранированных скрученных пар

Земли.экраны соседних зон соединяются только в одной точке ( рис. 16.11). Между зонами могут включаться пограничные устройства фильтрации, предназначенные для снижения уровня шумов и помех. В пределах зоны все устройства должны быть эквипотенциальны. Это достигается за счет подключения к общему экрану.

Рис. 16.11. Зоны заземлений

Следует учитывать, что для сетей Ethernet практически нет ограничений по размеру (за счет использования оптоволоконных переключателей). Сеть может быть локальной, общегородской или даже междугородней.