Сеть Ethernet завода «Трансмаш»

В начале 90-х годов крупный завод «Трансмаш» использовал сеть Ethernet 10 Мбит/с с разделяемой средой для объединения всех своих мини-компыотеров и персональных компьютеров (рис. 12.17). Компьютеры в основном использовались для решения авто­номных задач, а обмен данных между ними происходил сравнительно редко. Сеть передавала небольшие объемы алфавитно-цифровой информации, поэтому общая раз­деляемая среда вполне справлялась с потребностями завода. Для взаимодействия цен­трального сегмента сети с сегментами удаленных цехов использовались оптоволоконные линии связи стандартов 10Base-FB и 10Base-FL Сеть удовлетворяла всем требовани­ям многосегментной конфигурации Ethernet: все отрезки кабелей не превышали пре­дельной длины, между любыми двумя узлами находилось не более 4-х хабов, макси­мальное расстояние между узлами сети не превышало 1800 метров (компьютеры А и С на рисунке).

Через некоторое время к сети понадобилось присоединить компьютеры еще одного здания, а именно здания 4. Это здание находилось в пределах досягаемости оптоволо­конных стандартов Ethernet (10 Base-FB или 10Base-FL), но его присоединение к сети привело бы к некорректной конфигурации, так как между компьютерами зданий 1 и 4 данные проходили бы уже через 5 хабов. Кроме того, диаметр сети достиг бы 2800 мет­ров — еще одно нарушение ограничений Ethernet. Но архитектору сети «Трансмаш» в то время не хотелось коренным образом менять структуру сети и устанавливать мост или маршрутизатор для подключения нового сегмента.

Он знал, что в разделе 13 стандарта IEEE 802.3 приведена методика расчета коррект­ности конфигурации сети. Эта методика позволяет количественно определить, будет ли та или иная конфигурация сети работать нормально или нет. Расчеты показывают, что иногда можно нарушить правило 4-х хабов и ограничения на максимальный диа­метр сети, и все равно конфигурация будет корректной. Дело в том, что эти ограниче­ния выбраны так, чтобы сеть работала с большим запасом «прочности». Например, мы знаем, что для надежного распознавания коллизий любым узлом сети максимальное время оборота не должно превышать 575 битовых интервалов. Если посчитать по при­веденной методике время оборота в сети 10Base-5, состоящей из 4-х повторителей 10Base-5 и 5-ти сегментов максимальный длины 500 м, то окажется, что оно составля­ет 537 битовых интервала. Это значит, что максимальная конфигурация сети 10Base-5 (4 хаба, диаметр сети 2500 м) обладает запасом в 38 битовых интервала. В то же время методика раздела 13 говорит о том, что даже при запасе 4 битовых интервала сеть бу­дет работать корректно.

Здание 3 Здание 2 Рис. 12.17. Многосегментная сеть Ethernet завода «Трансмаш»

Поэтому архитектор сети «Трансмаш» выполнил расчет возможной конфигурации сети завода с учетом нового сегмента. Оказалось, что даже при присоединении сегмен­та здания 4 у сети имеется запас в 6,6 битовых интервала! После перепроверки расчета к зданию 4 был проложен волоконно-оптический кабель, и сеть начала работать в но­вой конфигурации. Практика подтвердила правильность расчета — сеть продолжала работать нормально. В такой конфигурации она оставалась несколько лет, пока воз­росшие потребности новых приложений не привели к разделению общей среды на коммутируемые сегменты.

Для того чтобы проверить расчет, который проделал архитектор сети «Трансмаш», нуж­но предварительно познакомиться с деталями методики, приведенной в разделе 13 стандарта 802.3.

В нем сказано, что сеть Ethernet будет работать корректно, если:

О время оборота (PDV) сигнала между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети не превышает 575 битовых интервала. Повторители и среда сег­ментов вносят задержки в распространение сигнала, данные о предельных уровнях этих задержек приведены в таблицах стандарта;

О сокращение межпакетного интервала IPG при прохождении последовательности кадров через все повторители будет не больше, чем 49 битовых интервала. Каждый повторитель сокращает значение IPG на определенную величину, которая также приводится в стандарте.

В таблицах стандарта 802.3 приводятся минимальные и максимальные значения воз­можных задержек распространения сигналов и сокращений IPG, их более определен­ные значения зависят от производителя повторителей. Архитектор сети «Трансмаш» использовал для расчета более точные данные, которые ему предоставил производи­тель сетевого оборудования. Эти данные приведены далее.

Рассмотрим сначала, как с помощью данных табл. 12.4 можно оценить значение PDV.

Разработчики стандарта 802.3 старались максимально упростить выполнение расчетов, поэтому приведенные данные включают сразу несколько этапов прохождения сигнала. Например, задержки, вносимые повторителем, состоят из задержки входного трансиве- ра, задержки блока повторения и задержки выходного трансивера. Тем не менее в таб­лице все эти задержки представлены одной величиной, названной базой сегмента.

Чтобы не нужно было два раза складывать задержки, вносимые кабелем, в таблице да­ются удвоенные величины задержек для каждого типа кабеля.

В таблице используются также такие понятия, как левый сегмент, правый сегмент и про­межуточный сегмент. Поясним эти термины на примере сети завода «Трансмаш» (см. рис. 12.17). Мы хотим рассчитать PDV для худшего случая. Поэтому мы выбрали для расчета узлы А и В, между которыми находятся 5 повторителей, а общая длина сети равна 2800 м.

Левым сегментом в терминологии 802.3 называется сегмент, в котором начинается путь сигнала от выхода передатчика конечного узла. Сам термин «левый» не имеет отноше­ния к расположению сегментов в пространстве (и, конечно, на рисунке). Это просто условное название сегмента, с которого мы начинаем расчет. Для определенности мы выбрали в качестве левого сегмента сегмент S1, к которому подключен узел А.

Затем сигнал проходит через промежуточные сегменты S2-S5 и доходит до приемни­ка (узел В), который подключен к сегменту S6. Именно здесь в худшем случае проис­ходит столкновение кадров и возникает коллизия, что и подразумевается в таблице. Конечный сегмент, в котором может возникнуть коллизия, называется правым сег­ментом.

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). База правого сегмента, в котором возникает коллизия, намного превышает базу левого и промежуточных сегментов.

Кроме того, 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.

Расчет заключается в вычислении задержек, вносимых каждым отрезком кабеля (при­веденная в таблице задержка сигнала на 1 м кабеля умножается на длину сегмента), а затем суммировании этих задержек с базами левого, промежуточных и правого сег­ментов.

Так как левый и правый сегменты имеют разные 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 — сегмент другого типа. Результатом можно считать максимальное из полу­ченных значений PDV. В нашем примере крайние сегменты сети принадлежат одному типу — стандарту 10Base-T, поэтому двойной расчет не требуется.