ПРАВИЛА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛВС РАБОЧЕЙ ГРУППЫ СТАНДАРТОВ 10Base-5/2/Т

Карпов Геннадий,
http://kgg.moldline.net/

Кишинев, 1998

В этой статье будут рассмотрены общие правила проектирования ЛВС, не содержащих в своем составе Switch-ей (коммутаторов) и WAN оборудования (т.е. портов связи с глобальными сетями).

Введение

Исторически сложилось так, что основная масса сетей, по меньшей мере в Молдове, создавалась по технологии 10Base-2 и 10Base-T. На сегодняшний день основными типами ЛВС являются сети, построенные на базе "витой пары". По-этому основной акцент в данной статье будет делаться на правила проектирования сетей стандарта 10Base-T, а также особенности и ограничения, накладываемые на эти правила при совместном их применении с другими стандартами (10Base-5, 10Base-2, 10Base-F, 100Base-TX, 100Base-T4 и 100VG-AnyLAN).

В начале несколько основополагающих терминов и определений:

• Стандарт IEEE 802.3 (стандарт Ethernet) определяет локальную вычислительную сеть как коллизионную область или домен коллизий.
• Коллизия - разрушение пакета данных в канале во время передачи. Когда узел посылает пакет, он одновременно проверяет, не произошла ли во время передачи коллизия. Если коллизия происходит, то попавшие в нее узлы прекращают передачу, выдерживают паузу в течении случайного промежутка времени и повторяют передачу. Отсутствие обнаружения коллизии указывает узлу, что передача пакета прошла успешно.
• Время, по истечении которого пакет гарантированно проходит по каналам связи от источника до получателя не претерпев по пути коллизий называется "максимальным периодом кругового обращения сообщения" (maximum round-trip time). Это время определяет самую худшую ситуацию, при которой пакет пройдет от узла-отправителя на одном конце сети до места возникновения коллизии на другом конце сети и при этом сигнал о коллизии гарантированно дойдет до узла - отправителя.
• Геометрические размеры сети, которые отвечают требованиям "максимального периода кругового обращения сообщения" и определяют коллизионную область. ЛВС будет функционировать правильно только в том случае, когда все ее узлы могут быть оповещены о коллизии в течение максимального периода кругового обращения.

Правила проектирования сетей стандарта 10Base-5

Я не могу понять, почему даже в последнее время приходят сообщения о монтаже сетей по стандарту 10Base-5. Ведь применение этого стандарта в настоящее время для монтажа новой ЛВС на мой взгляд не оправдано ни финансовой, ни с технической сторон, а для решения проблем объединения ЛВС, обычно экономически и технологически выгоднее применение технологии 10/100Base-F. Но раз это происходит, значит "это кому-нибудь нужно" и придется изложить правила применения этой технологии:

1. сеть стандарта 10Base-5 может состоять максимум из пяти магистральных сегментов.
2. сегменты сети соединяются между собой репитерами. Их максимальное количество - 4.
3. компьютеры могут быть подключены только к трем сегментам магистрального кабеля.
4. максимальная длина сегмента - 500 м (длины кабелей трансиверов не учитываются).
5. на концах кабельного сегмента должны быть установлены терминаторы.
6. подключение компьютеров к магистральному кабелю осуществляется с помощью трансивера.
7. максимальное расстояние между компьютером и трансивером - 50 м.
8. минимальное расстояние между трансиверами - 2,5 м.
9. максимальное количество компьютеров на кабельном сегменте - 100.
10. максимальное количество компьютеров на всех сегментах сети - 1024.
11. максимальная общая длина сети - 2500 м.

Примеры применения технологии 10Base-5

Применение технологии 10Base-5 на одном коаксиальном сегменте

Рис. 1. "Классический" Ethernet (10Base-5)

Приведенный на рис. 1 пример "классического" Ethernet-а настолько широко распространен в литературе, что, по-моему, не требует никаких комментариев.

Демонстрация возможностей технологии 10Base-5

На рис. 2 изображен вариант построения многосегментной ЛВС с применением технологии 10Base-5 и многопортовых трансиверов. Пример с многопортовыми трансиверами приведен с целью продемонстрировать то явление, что "классический" Ethernet - система, имеющая достаточно развитую базу аксессуаров.

Рис. 2. Многосегментный Ethernet, построенный с применением технологии 10Base-5

Правила проектирования сетей стандарта 10Base-2

Множество сетей стандарта 10Base-2 было построено во второй половине 80-х - начале 90-х г.г. В настоящее время, как правило, областью применения этого стандарта являются магистральные каналы, при помощи которых объединяются рабочие группы, построенные с применением технологии 10Base-T, а также небольшие ЛВС, как правило одноранговые и имеющие в своем составе не более 10-ти (обычно 3-5) компьютеров. Широкое применение технологии 10Base-2 сдерживается недостаточно высокой надежностью кабельной подсистемы в целом как системы с "общей шиной", а также тем, что на практике она была дискредитирована в результате повсеместного применения при монтаже не специфицированных для этого кабелей, что приводило к неустойчивой работе сетей, построенных с применением этого вида технологии. Лично мне приходилось наблюдать результаты применения не просто неподходящего кабеля по своим геометрическим характеристикам, но даже применение сегментов с волновым сопротивлением 75 и 100 ом.

Правила применения технологии 10Base-2:

1. сеть стандарта 10Base-5 может состоять максимум из пяти магистральных сегментов.
2. сегменты сети соединяются между собой репитерами (максимум 4).
3. компьютеры могут быть подключены только к трем сегментам магистрального кабеля. Два сегмента служат для увеличения диаметра ЛВС.
4. подключение компьютеров осуществляется с помощью Т-коннекторов.
5. максимальная длина сегмента - 185 м.
6. применяемый кабель - RG-58 (волновое сопротивление 50 ом).
7. на концах кабельного сегмента должны быть установлены терминаторы.
8. максимальное количество компьютеров на кабельном сегменте - 30 (учитывая подключенные к кабелю, но не задействованные Т-коннекторы).
9. максимальное количество компьютеров на всех сегментах сети - 1024.
10. минимальная длина кабельного сегмента - 0.5 м.
11. максимальная общая длина сети - 925 м.

Примеры применения технологии 10Base-2

Ethernet технологии 10Base-2 на одном коаксиальном сегменте

Рис. 3. Ethernet стандарта 10Base-2

В последнее время монтаж новой сети Ethernet типа 10Base-2 на одном коаксиальном сегменте (см. рис. 3) - довольно редкое явление. Сферой приложения этой технологии остались лишь небольшие офисы, где количество компьютеров редко когда более 5-ти.

Дополнительные возможности технологии 10Base-2

Ограничение на количество компьютеров на сегменте (30) и на сама длина сегмента (185 м) являются достаточно серьезным препятствие при планировании сети размеров не то чтобы двух, а даже одного этажа. Однако совсем не обязательно опутывать "коаксиальной шиной" все помещения. Технология 10Base-2 допускает применение и звездообразных топологий: на рис. 4 представлен вариант топологии типа "звезда", лучи которой являются шинными сегментами.

Рис. 4. Вариант расширенного применения Ethernet-а стандарта 10Base-2

Правила проектирования сетей стандарта 10Base-T

Технология 10Base-T была стандартизована только в 1990 году (стандарт IEEE 802.3). 10Base-T предусматривает построение ЛВС путем использования кабельных сегментов для создания точечных каналов связи (point-to-point links). Тем самым основной топологией становится уже не "шина", как в 10Base-5 и 10Base-2, а "звезда". Геометрические размеры сетей, построенных по варианту 10Base-T так же зависят от затухания сигнала в передающей среде и от времени распространения сигнала. Дело в том, что определив другой тип кабеля, соединители и другую топологию сети, 10Base-T остается тем же самым Ethernet-ом (в логическом смысле) и 10Base-5. В логическом смысле, концентратор - Hub это просто сегмент коаксиального кабеля из технологии 10Base-5 или 10Base-2.

Правила применения технологии 10Base-T:

1. сеть стандарта 10Base-Т может содержать максимум четыре концентратора.
2. компьютеры подключаются к концентраторам с помощью UTP (STP) кабеля категории 3, 4 или 5.
3. подключение компьютеров к концентраторам осуществляется с помощью коннекторов RJ-45 и кабелей "прямого соединения".
4. соединение концентраторов между собой осуществляется с помощью кабелей "перекрестного соединения" или, при использовании Up-Link-портов - с помощью кабелей прямого соединения.
5. максимальная длина UTP сегмента - 100 м.
6. максимальное количество компьютеров, подключенных ко всем концентраторам ЛВС - 1024.
7. минимальная длина кабельного сегмента - 2.5 м.
8. максимальная общая длина сети - 500 м.

Примеры применения технологии 10Base-T

Простейший вариант применения технологии 10Base-Т

Рис. 5. Простейший пример применения технологии 10Base-T

Простейший вариант сети, построенной по технологии 10Base-T - сеть с одним концентратором (см. рис. 5). Самые распространенные маломощные концентраторы имеют 8 портов (пишу 8, т.к. когда-то я видел концентратор на 5 портов). С их помощью можно организовать сеть малого офиса, которая не будет сильно расти и не нуждается в сетевом администрировании. Такое решение приемлемо для территориально сосредоточенных сетей (в пределах нескольких смежных помещений). Имейте в виду, что цена "за порт" у многопортовых концентраторов ниже. Поэтому, если Вы планируете объединить в сеть около 20-ти компьютеров, целесообразнее приобрести один 24-х портовый концентратор, чем три 8-ми портовых.

Возможности технологии 10Base-Т

Один из вариантов геометрически предельных топологических схем ЛВС с применением технологии 10Base-T изображен на рис. 6. Он не содержит ни одной пары узлов, между которыми было бы более 4-х концентраторов.

Рис. 6. Вариант предельной топологии с применением технологии 10Base-T

Резюме правил и рекомендаций стандарта IEEE 802.3

Максимальное число подключений на сегменте кабеля:
по стандарту 10Base-5 (толстый коаксиальный кабель)	100
по стандарту 10Base-2 (тонкий коаксиальный кабель)	30
по стандарту 10Base-T (кабель с витыми парами)	2
по стандарту 10Base-FL (оптический кабель)	2
Максимальная длина кабеля в метрах:
по стандарту 10Base-5 (толстый коаксиальный кабель)	500
по стандарту 10Base-2 (тонкий коаксиальный кабель)	185
по стандарту 10Base-T (кабель с витыми парами)	100
по стандарту 10Base-FL (оптический кабель)	до 2000 м (mm) до 4000...20000 м (sm)

• Максимальное количество компьютеров в сети без применения специальных средств - 1024.
• Максимальное число кабельных сегментов не более пяти (для сети, не содержащей мостов, коммутаторов или маршрутизаторов). При этом количество сегментов из коаксиального кабеля не может быть более трех.
• Максимальное количество концентраторов или повторителей в любом сочетании между самыми дальними узлами сети - 4 (если среди них есть хотя бы один Fiber-Optic Hub, то 5).
• Максимальное количество мостов, коммутаторов или маршрутизаторов с функциями мостов между любыми двумя узлами сети - 7. Это рекомендация протокола связного дерева по стандарту IEEE 802.1. При этом, когда путь данных проходит через мост (коммутатор), отсчет концентраторов и кабельных сегментов начинается сначала. Мост (коммутатор) изолирует трафик локальной сети, т.к. он устраняет продвижение пакетов (forwarding) на обратную сторону моста в тех случаях, когда пакет прошел кабельный сегмент, на котором находится узел-получатель. Мосты и коммутаторы также распознают попавшие в коллизию пакеты (collision packets) и не пропускают их на другие кабельные сегменты. Тем самым коллизии устраняются в рамках каждой из ЛВС, соединенных мостом или коммутатором.

Заключение

При проектировании сетей стандартов 10Base-5/2/T необходимо придерживаться требований, предъявляемых стандартом IEEE 802.3. С другой стороны, выполняя конкретные проекты, часто не удается обойтись этими правилами и приходится заниматься расчетами задержек распространения сигналов или консультироваться у фирм-производителей сетевого оборудования. Однако, если при разработке сети Вам удалось соблюсти все перечисленные выше требования, сеть будет успешно функционировать и Заказчик не выскажет Вам никаких претензий.