Методика расчета параметров конфигурации сети Ethernet и Fast Ethernet. Проверка сети на корректность

Методика расчета параметров конфигурации сети Ethernet и Fast Ethernet. Проверка сети на корректность.

В сетях Ethernet, а так же в высокоскоростных Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, используется метод управления доступом или метод управления обменом, который называется CSMA/CD (Carrier-Sense Multiple Access with Collision Detection – множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий). Метод доступа CSMA/CD относится к децентрализованным случайным (квазислучайным) методам.

В сети ALOHAnet, которая работала на Гавайских островах с 1970 года, использовался радиоканал и простой метод CSMA (без обнаружения коллизий).

В сетях типа Ethernet и Fast Ethernet в качестве «несущей» выступает синхросигнал, «подмешиваемый» к передаваемым данным таким образом, чтобы обеспечить надежную синхронизацию на приемном конце. По сравнению с классическим методом CSMA в методе CSMA/CD добавлено обнаружение конфликтов (коллизий) во время передачи, что повышает скорость доставки информации.

Термины и определения

При описании временных диаграмм сетей типа Ethernet и Fast Ethernet, а также предельных размеров пакетов (кадров) широко используются следующие термины:

IPG (inter packet gap) – межпакетный интервал

IFG (inter frame gap) – межкадровый интервал

IPG и IFG – это минимальный промежуток времени между передаваемыми пакетами (кадрами); 9,6 мкс для Ethernet и 0,96 мкс для Fast Ethernet.

BT (bit time, время бита) – интервал времени для передачи одного бита (100 нс для Ethernet и 10 нс для Fast Ethernet)

PDV (Path Delay Value, значение задержки в пути) – время прохождения сигнала между двумя узлами сети (круговое, удвоенное) учитывает суммарную задержку в кабельной системе, сетевых адаптерах, повторителях.

Collision window (окно коллизий) – максимальное значение PDV для данного сегмента.

Collision domain (домен коллизий) – часть сети, на которую распространяется ситуация коллизии.

Slot Time (время канала) – максимально допустимое окно коллизий для сегмента (512*BT), время соответствует минимальной длине кадра – 64 байта (512 бит); это время в течении которого узел обязан вести передачу.

Минимальный размер кадра – 64 байта (512 бит)

Максимальный размер кадра – 1518 байт

Максимальный размер сети – максимальная допустимая длина сегмента, при которой его окно коллизий не превышает времени канала (Slot Time).

Random Backoff (случайная задержка передачи) – задержка перед следующей попыткой передачи (кадра) после коллизии (допускается максимум 16 попыток).

Максимальное число повторов после коллизии – 16

Алгоритм доступа к сети

На рисунке показана структурная схема алгоритма доступа к сети в соответствии с методом CSMA/CD для одного из абонентов, имеющих данные (кадры) для передачи. В начале из кадра, предназначенного для передачи, абонент (узел) формирует пакет. Если после подготовки кадра сеть свободна, то абонент (узел) имеет право начать передачу. Но в первую очередь он должен проверить, прошло ли минимально допустимое время IPG после предыдущей передачи. Только по окончании времени IPG абонент может начать передачу битов своего кадра. После передачи каждого бита абонент проверяет наличие конфликта (коллизии) в сети. Если коллизий нет, передача битов продолжается до окончания кадра. В этом случае считается, что передача прошла успешно. Если после передачи какого-то бита обнаружена коллизия, то передача кадра прекращается. Абонент (узел) усиливает коллизию, передавая 32-битовый сигнал (JAM) и начинает готовиться к следующей попытке передачи. Сигнал JAM гарантирует, что факт наличия коллизии обнаружат все абоненты, участвующие в конфликте. После передачи сигнала JAM абонент, обнаруживший коллизию, увеличивает значение счетчика числа попыток (перед началом передачи счетчик был сброшен в нуль). Максимальное число попыток передачи должно быть не более 16, поэтому если счетчик попыток переполнился, то попытки передать кадр прекращаются. Считается, что в этом случае сеть сильно перегружена, в ней слишком много коллизий. Эта ситуация – аварийная, и обрабатывается она на более высоких уровнях протоколов обмена. Если же количество попыток не превысило 16, то производится вычисление величины задержки, а затем и выдержка вычисленного временного интервала. Случайный характер величины задержки с высокой степенью вероятности гарантирует, что у всех абонентов, участвующих в конфликте, задержки будут различными. Затем попытка передать кадр повторяется с начала. Абонент, у которого вычисленная задержка будет меньше, начнет следующую передачу первым и заблокирует все остальные передачи.

Таблица. Величины задержек для расчета двойного времени прохождения сигнала (задержки даны в битовых интервалах)

Тип сегмента Ethernet	Макс. длина, м	Начальный (левый) сегмент		Промежуточный сегмент		Конечный (правый) сегмент		Макс допустимое значение PDV(%)
		t0	t1	t0	t1	t0	t1	PDV
10BASE5	500	11,8	55,0	46,5	89,8	169,5	212,8	7
10BASE2	185	11,8	30,8	46,5	65,5	169,5	188,5	8
10BASE-TX	100	15,3	26,6	42,0	53,3	165,0	176,3	9,5
10BASE-FL	2000	12,3	212,3	33,5	233,5	156,5	356,5	12
FOIRL	1000	7,8	107,8	29,0	129,0	152,0	252,0	7
AUI	50	0	5,1	0	5,1	0	5,1	2

В таблице использованы следующие сокращения:

– t₀.– базовая задержка сегмента, зависит от типа сегмента (физической среды) и его положения;

– t₁.– максимальная базовая задержка сегмента при максимальной длине сегмента, зависит от типа сегмента (физической среды) и его положения;

– t_m * L – задержка, связанная с длинной сегмента (задержка среды),

где

t_m – задержка на 1 метр кабеля;

L – длинна кабеля в метрах.