Прямые и crossover-кабели

Виды разводки Ethernet-портов: MDI и MDI-X

Чтобы еще больше запутать ситуацию, введено два различных способа разводки портов в активном сетевом оборудовании. С одной стороны, стандартом предусмотрено, чтобы соединение оборудования сетевой инфраструктуры (коммутаторы, концентраторы) и клиентских сетевых карточек осуществлялось прямыми проводниками, без усложнения разводки кабельной системы. С другой стороны, если на одном конце пары находится передатчик - то на другом ее конце должен быть приемник и наоборот, так что где-то передающие и приемные ножки на разъеме необходимо поменять местами. Сделано это на уровне способа разводки Ethernet-гнезд на устройствах.

Гнезда на сетевых платах компьютеров, на разнообразных DSL-модемах, аппаратных маршрутизаторах и другом сетевом оборудовании, не образующем инфраструктуры ЛВС, обычно разводят так, чтобы передача велась по ножкам 1-2 гнезда, а приемник был на ножках 3 и 6. Такая разводка носит название MDI (от термина Media-Dependent Interface).

Гнезда на коммутаторах и концентраторах, с другой стороны, содержат "внутренний переворот" сигнальных линий. В них поменяны местами пары, ответственные за передачу и прием, так что коммутатор наоборот передает по ножкам 3 и 6 своего разъема, а принимает - на ножках 1-2. Такой вид внутренней разводки гнезда обозначается как MDI-X (MDI with internal crossover).

Соединение портов между собой

Для соединения между собой Ethernet-устройств с портами разных типов (с одной стороны MDI, а с другой MDI-X), например, для подключения компьютера к коммутатору или для соединения маршрутизатора с коммутатором - применяется прямой кабель. Для его изготовления достаточно выбрать любой из описанных в первом разделе стандартных вариантов разводки кабеля, и обжать оба его конца в соответствии с этим вариантом, строго одинаково.

Сложнее обстоит дело, если требуется соединять между собой оборудование с однотипными портами (MDI с MDI, или MDI-X с MDI-X), например, два коммутатора при расширении сети, или два компьютера "напрямую", или DSL-модем с компьютерной сетевой платой. Для такого соединения потребуется "перевитый" (crossover) кабель, в котором с одной из сторон меняются местами принимающие и передающие жилы. Для стандартов 10Base-T и 100Base-TX изготовление такого кабеля не связано ни с какими особыми хитростями - достаточно посмотреть на рисунок в начале статьи и применить разные стандартные варианты разводки на разных концах. Например, если один конец кабеля обжат в соответствии с TIA-586-A, а второй - по TIA-568-B, это и будет правильный crossover-кабель для стандартного Ethernet на 10 или 100 мегабит.

Чуть сложнее ситуация с гигабитным Ethernet. Поскольку в нем задействованы все четыре пары в кабеле - при изготовлении "перевитого" кабеля для работы на гигабите синюю и коричневую пары также необходимо будет поменять местами на одном из концов кабеля.

Соединение коммутаторов через порты UPLINK

Как уже было сказано, порты на концентраторах и коммутаторах (которые относятся к активному сетевому оборудованию) изготавливаются в разводке MDI-X (чтобы легко было подключать к ним компьютеры обычными "прямыми" проводами). Естественно, что в ситуации, когда сеть расширяется и необходимо непосредственно соединить два коммутатора между собой - Вы вынуждены изготавливать crossover-кабель, что не вполне удобно. Несомненно, удобнее было бы иметь однотипные кабели, фабричного изготовления, и не связываться с ручным трудом по переобжимке. Поэтому производители сетевого оборудования пытаются применять несколько способов для решения этой проблемы.

Порт UPLINK - одно из гнезд на коммутаторе может быть помечено как UPLINK. Такое гнездо обычно не является самостоятельным портом, а всего лишь дублирует один из уже имеющихся портов устройства в разводке MDI ("как у сетевушки"). Обычно дублируется первый или последний порт коммутатора, а на корпусе делается метка, указывающая, какой именно порт выведен на это гнездо. Единственное предназначение для него - чтобы позволить соединять коммутаторы между собой обычным "прямым" кабелем, не извращаясь с обжимкой crossover. Для соединения коммутаторов на одном из них "прямой" кабель включается в обычный порт, а на другом - в гнездо UPLINK.

Переключатель MDI/MDI-X - другой вариант реализации подобного UPLINK порта - кнопка переключения MDI/MDI-X возле одного из портов коммутатора. Нажатие на кнопку переводит этот порт в соотвествующую разводку, так что производителю можно сэкономить на "лишнем" гнезде. Способ соединения коммутаторов через этот порт аналогичен описанному выше: Вы включаете "прямой" кабель в обычный порт одного из коммутаторов, а на втором - включаете его в "переключаемый" порт, предварительно переключив его кнопкой в режим MDI.

Автоопределение разводки (Auto-MDI) - с недавних пор в современных коммутаторах (особенно в простых неуправляемых моделях, чаще всего применяемых в домашних сетях) начали делать автоопределение разводки кабеля. Обычно наличие такой функции сопровождается надписями на коробке в духе Auto-MDI. Порты таких коммутаторов сами подстраиваются под то, какой кабель в них воткнули - "перевитый" или "прямой", от компьютера или от другого коммутатора. Такой вариант, естественно, проще всего в эксплуатации, но поддерживают его пока далеко не все устройства.

Рассогласование пар

Выбор пар в кабеле действительно, особого значения не имеет, но вот их согласование - очень важно.

В кабеле UTP имеется четыре независимо свитых пары жил, проложенные производителем так, чтобы именно благодаря этой свивке взаимное влияние сигналов разных пар было минимальным, практически нулевым. Если нарушить группировку сигналов в пары, разнеся "парный" сигнал по жилам разных пар, то баланс в кабеле будет нарушен, и взаимные наводки между парами станут настолько велики, что кабель уже не сможет передавать информацию с приемлемым качеством. Такая ситуация называется "рассогласованием пар" (разнопаркой), split pairs. Кабель, в котором пары рассогласованы, будет, скорее всего, работать нормально на скорости в 10 мегабит, или на коротких (единицы метров) отрезках 100-мегабитной сети, но более длинные кабели при "произвольной" (пусть даже и совпадающей) разводке - работать уже не будут.

Потому очень важно, чтобы контакты штекера 1,2 и 3,6 принадлежали каждый к своей паре (цвет и бело-цвет). Например, если кто-то разводит кабель произвольно и выбрал для ножки 1, скажем, синюю жилу, то ножкой 2 может стать только бело-синяя. Аналогично, если выбрана, скажем, бело-коричневая жила для подключения к ножке 6, то ножку 3 обязательно нужно развести на коричневый провод.

Остальные контакты разъема не используются при работе на 10 и 100 мегабит, но при работе на гигабите или в некоторых малораспространенных стандартах наподобие 100Base-T4, прочие две пары (4,5 и 7,8) тоже должны соблюдаться.

В офисе будет использован способ разводки жил четырехпарного UTP/FTP/STP-кабеля по стандартному штекеру 8P8C – TIA – 568 – B, т.к. получаем полный дуплекс.Соединение: 100 мегабитное.

       5 Расчет пропускной способности ЛВС

 

Примем следующие исходные данные для расчета:

1. протяженность сети S = 49м - максимальное расстояние между двумя станциями

2. скорость модуляции В = 100 Мбит/с,

3. число станций М = 14

4. скорость распространения сигнала по кабелю связи V = 2,3×10⁵ км/с,

5. максимальное число ретрансляторов между двумя станциями np = 1,

6. максимальная задержка одного ретранслятора в битах Lp = 15 бит.

7. тип протокола, из которого устанавливается средняя длина информационной части кадра Lи = 1520 бит (Ethernet),

8. средняя длина служебной части протокола кадра Lс = 320 бит,

9. закон распределения длин служебной части кадра – детерминированный,

10. закон распределения длин информационной части кадра - экспоненциальный),

11. среднее значение интенсивности сообщений, поступающих суммарно от всех станций l = 560 1/с.

На основании указанных исходных данных произведем расчет времени задержки в сети и определим её пропускную способность.

1. Время распространения сигналов по кабелю между двумя наиболее удалёнными станциями:

 

tр = S/V = 49/(2,3. 10⁸) = 0,21 мкс

 

2. Максимальное время задержки сигнала в ретрансляторах

tрт = Np х (Lp/B) = 1 х 15/(10⁸) = 1,5 х 10^-7 c = 0,15 мкс

 

3. Полное время распространения сигнала по сети (максимальное)

 

t = tрт +tр = 0,21+ 0,15 = 0,36 мкс

 

4. Длительность информационной части кадра

 

tи = Lи/B = 1520/(100 х 10⁶) = 152. 10^-7c =15,2 мкс

 

5. Длительность служебной части кадра

 

tс = Lc/B = 320/(100 х 10⁶) = 32 х 10^-7 c = 3,2 мкс

 

6. Суммарная длительность кадра

 

tср = tи + tс = 15,2+3,2 = 18,4 мкс

 

7. Коэффициент вариации времени передачи кадров сообщений

 

nср = sср/tср = = sи/tср = 15,2/18,4 = 0,826

 

8. Средняя интенсивность поступления сообщений от каждой из станций

 

lср = l/М = 560/14 = 40 с^-1

 

9. Суммарный коэффициент загрузки в сети

R = l х tср = 560c^-1 х 18,4 х 10^-6 c = 0,01

 

10. Коэффициент дальнодействия с учётом времени задержки в ретрансляторах

 

a = t/tср = 0,36/18,4 = 0,02

 

11. Относительное время задержки доставки сообщений Wn

 

 

12. Время доставки сообщения

 

tn = W х tср = 1,0196 х 18,4 =18,8 мкс

 

13. Пропускная способность сети

 

 

14. Предельно допустимое значение суммарной интенсивности, при которой загрузка равна пропускной способности канала

 

 

15. Минимальное время задержки доставки (при R=0)

 

Расчёт показывает, что при малых загрузках сети время доставки tn, рассчитанное по п.12, незначительно превышает максимальное время доставки tn min. Таким образом, использование сетевого стандарта Ethernet оправдано и спроектированная сеть имеет запас по интенсивности передаваемых сообщений.

 

Заключение

локальная сеть иерархическая

В ходе выполнения данной курсовой работы спроектирована ЛВС стандарта Fast Ethernet 100 Мбит/с иерархического типа, состоящая из 14 рабочих станций и 1 сервера. Выполнены следующие этапы проектирования:

- описано назначение ЛВС и требования к ней, исходя из задач выбранной организации

- на основании сравнительного анализа подобрано оборудование для организации ЛВС

- выполнен обзор топологий и стандартов на ЛВС, выбрана оптимальная конфигурация сети

- освещены вопросы программного обеспечения для всех рабочих мест сети и выделенного сервера, выбора ОС и пакетов прикладных программ

- проведен расчет пропускной способности сети на скорости 100 Мбит/с

- выполнена примерная смета расходов исходя из текущих оптовых цен на комплектующие товары.

Спроектированная ЛВС, в связи с существующими реалиями рынка IT, будет подвержена моральному старению. Именно поэтому стоит вопрос о перспективах развития сети, модернизации её компонентов. Существующая организация сети позволяет в дальнейшем:

- Увеличить общее количество рабочих мест до 20 без изменения конфигурации сетевого оборудования

- Провести модернизацию сервера (наращивание объема памяти, добавление в систему еще одного жесткого диска SCSI), что скажется на объемах доступного дискового пространства всех рабочих станций и скорости работы.

- Настроить серверную ОС, чтобы использовать файловый сервер в качестве сервера приложений, т.е. в режиме, когда сервер отдает рабочим станциям часть вычислительной мощности. При этом скорость работы рабочих станций будет ограничена в принципе только пропускной способностью сети и возможностями сервера

- Если скорость 100 Мбит/с будет сильно затруднять работу в сети, возможна установка сетевого оборудования другого скоростного стандарта – Gigabit Ethernet (1000 Мбит/с).

Все эти мероприятия позволят значительно увеличить производительность рабочих станций сети без изменения их аппаратных конфигураций, за меньшее время и с удовлетворительными финансовыми затратами, чем если бы производилась модернизация всех рабочих станций. Это еще раз подтверждает преимущества иерархической сети с выделенным сервером.