Локальна мережа 10 Gigabit Ethernet. Стандарт IEEE 802.3 aе. Спроектувати локальну мережу із застосуванням даного стандарту

10

Зміст

• 1. Локальна мережа 10 Gigabit Ethernet. Стандарт IEEE 802.3 aе. Спроектувати локальну мережу із застосуванням даного стандарту. 3
• 2. Мережеві карти. Склад, огляд моделей. 14
• 3. Мережа із застосуванням електричної проводки. 15
• Список використаної літератури 17
• Сучасний світ все більше стає залежним від обсягів і потоків інформації, яка розповсюджується в різних напрямках по проводам і без них. Все почалося досить давно і з більш примітивних засобів, ніж сьогоднішні досягнення цифрового світу. Але розповідати про всі різновиди і засоби, за допомогою яких одна людина доносила потрібні відомості до свідомості іншої, ми не маємо наміру. В цій статті хочеться запропонувати читачу розповідь про не дуже давно створений стандарт передачі цифрової інформації під назвою Ethernet, що успішно зараз розвивається.
• Народження самої ідеї і технології Ethernet відбувалося в стінах корпорації Xerox PARC разом з іншими першими розробками цього ж напрямку. Офіційною датою винаходу Ethernet стало 22 травня 1973 року, коли Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) склав доповідну записку для глави PARC про потенціал технології Ethernet. Однак запатентували її тільки через декілька років.
• Початково за запропонованими стандартами (Ethernet v1.0 і Ethernet v2.0) збиралися використовувати в якості середовища передачі коаксіальний кабель, але надалі довелося відмовитися від цієї технології і перейти на використання оптичних кабелів і крученої пари.
• Основною перевагою на початку розвитку технології Ethernet став метод керування доступом. Він має на увазі велику кількість з'єднань з контролем несучої і виявлення колізій (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), швидкість передачі даних при цьому дорівнює 10 Мбіт/с, розмір пакета від 72 до 1526 байт, у ньому ж описані методи кодування даних. Граничне значення робочих станцій в одному поділюваному сегменті мережі обмежено числом 1024, але можливі і інші більш малі значення при встановленні більш жорстких обмежень до сегмента тонкого коаксіалу. Але така побудова незабаром стала неефективною і на зміну в 1995 році прийшов стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet зі швидкістю 100 Мбіт/с, а пізніше був прийнятий стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet зі швидкістю 1000 Мбіт/с. На даний момент вже повною мірою використовується 10 Gigabit Ethernet IEEE 802.3ae, що має швидкість в 10 000 Мбіт/с (10 Gigabit). Крім того, вже маємо розробки спрямовані на досягнення швидкості в 100 000 Мбіт/с 100 Gigabit Ethernet, але про все по черзі.
• Дуже важливою позицією, що лежить в основі стандарту Ethernet, став формат його кадру. Однак його варіантів існує досить багато. Ось деякі з них:
• · Novell - внутрішня модифікація IEEE 802.3 без LLC (Logical Link Control).
• · Кадр IEEE 802.2 LLC.
• · Кадр IEEE 802.2 LLC/SNAP.
• · Як доповнення, Ethernet-Кадр може містити тег IEEE 802.1Q, для ідентифікації VLAN, до якої він адресований, і IEEE 802.1p для вказівки пріоритетності.
• · Деякі мережні карти Ethernet, вироблені компанією Hewlett-Packard використовували при роботі кадр формату IEEE 802.12, що відповідає стандарту 100 VG-AnyLAN.
• Для різних типів кадру існують і різні формати та значення MTU.
• Рис.1.1. Функціональні елементи технології Gigabit Ethernet
• Відзначимо, що виробники Ethernet-карт і інших пристроїв в основному включають у свою продукцію підтримку декількох попередніх стандартів швидкостей передачі даних. За замовчуванням, використовуючи автовизначення швидкості і дуплексності, самі драйвера карти визначають оптимальний режим роботи з'єднання між двома пристроями, але, звичайно, є і ручний вибір. Так купуючи пристрій з портом Ethernet 10/100/1000, ми отримаємо можливість працювати за технологіями 10 BASE-T, 100 BASE-TX, і 1000 BASE-T.
• Наведемо хронологію модифікацій Ethernet, розділивши їх за швидкостями передачі.
• Перші рішення:
• · 10BROAD36 - широкого поширення не отримав. Один з перших стандартів, що дозволяє працювати на великих відстанях. Використовував технологію широкополосної модуляції, схожу на ту, що використовується в кабельних модемах. В якості середовища передачі даних використовувався коаксіальний кабель.
• · 1BASE5 - також відомий, як StarLAN, став першою модифікацією Ethernet-технології, що використовує кручену пару. Працював на швидкості 1 Мбіт/с, але не знайшов комерційного застосування.
• Більше розповсюджені і оптимізовані для сучасного часу модифікації Gigabit Ethernet:
• Gigabit Ethernet
• · 1000BASE-T, IEEE 802.3ab - Стандарт Ethernet 1 Гбіт/с. Використовується кручена пара категорії 5e або категорії 6. У передачі даних беруть участь всі 4 пари. Швидкість передачі даних - 250 Мбіт/с по одній парі.
• · 1000BASE-TX, - Стандарт Ethernet 1 Гбіт/с, що використовує тільки кручену пару категорії 6. Передавальні і приймаючі пари розділені фізично по дві пари в кожному напрямку, що значно спрощує конструкцію прийомопередавача. Швидкість передачі даних - 500 Мбіт/с по одній парі. Практично не використовується.
• · 1000Base-X - загальний термін для позначення технології Гігабіт Ethernet зі змінними трансіверами GBIC або SFP.
• · 1000BASE-SX, IEEE 802.3z - 1 Гбіт/с Ethernet технологія використовує лазери з припустимою довжиною випромінювання в межах діапазону 770-860 нм, потужність випромінювання передавача в межах від -10 до 0 дБм при відношенні ON/OFF (сигнал/немає сигналу) не менше 9 дБ. Чутливість приймача 17 дБм, насичення приймача 0 дБм. Використовуючи багатомодове волокно, дальність проходження сигналу без повторювача до 550 метрів.
• · 1000BASE-LX, IEEE 802.3z - 1 Гбіт/с Ethernet технологія використовує лазери із припустимою довжиною випромінювання в межах діапазону 1270-1355 нм, потужність випромінювання передавача в межах від 13,5 до 3 дБбм, при відношенні ON/OFF (є сигнал/немає сигналу) не менше 9 дБ. Чутливість приймача 19 дБм, насичення приймача 3 дБм. При використанні багатомодового волокна дальність проходження сигналу без повторювача до 550 метрів. Оптимізована для далеких відстаней, при використанні одномодового волокна (до 40 км).
• · 1000BASE-CX - Технологія Гігабіт Ethernet для коротких відстаней (до 25 метрів), використовується спеціальний мідний кабель (Екранована кручена пара (STP)) із хвильовим опором 150 Ом. Замінений стандартом 1000BASE-T, і зараз не використовується.
• · 1000BASE-LH (Long Haul) - 1 Гбіт/с Ethernet технологія, використовує одномодовий оптичний кабель, дальність проходження сигналу без повторювача до 100 кілометрів.

Стандарт	Тип кабелю	Смуга пропущення (не гірше), МГц*Км	Макс. відстань, м *
1000BASE-LX (лазерний діод 1300 нм)	Одномодове волокно (9 мкм)	-	5000 **
	Багатомодове волокно (50 мкм)	500	550
	Багатомодове волокно (62,5 мкм)	320	400
1000BASE-SX (лазерний діод 850 нм)	Багатомодове волокно (50 мкм)	400	500
	Багатомодове волокно (62,5 мкм)	200	275
	Багатомодове волокно (62,5 мкм)	160	220
1000BASE-СX	Екранована кручена пара STP (150 ОМ)	-	25
* стандарти 1000BASE-SX і 1000BASE-LX припускають наявність дуплексного режиму ** Обладнання деяких виробників може забезпечувати більшу відстань, оптичні сегменти без проміжних ретрансляторів/підсилювачів можуть досягати 100 км.

• Поговоримо тепер про 10 Гігабіт Ethernet.
• 10 Gigabit Ethernet
• Ще досить дорогий, але цілком затребуваний, новий стандарт 10 Гігабіт Ethernet містить у собі сім стандартів фізичного середовища для LAN, MAN і WAN. У цей час він описується виправленням IEEE 802.3a і тепер ввійшов у наступну ревізію стандарту IEEE 802.3ае.
• · 10GBASE-CX4 - Технологія 10 Гігабіт Ethernet для коротких відстаней (до 15 метрів), використовується мідний кабель CX4 і коннектори InfiniBand.
• · 10GBASE-SR - Технологія 10 Гігабіт Ethernet для коротких відстаней (до 26 або 82 метрів, залежно від типу кабелю), використовується багатомодове оптоволокно. Він також підтримує відстані до 300 метрів з використанням нового багатомодового оптоволокна (2000 Мгц/км).
• · 10GBASE-LX4 - використовує ущільнення по довжині хвилі для підтримки відстаней від 240 до 300 метрів по багатомодовому оптоволокну. Також підтримує відстані до 10 кілометрів при використанні одномодового оптоволокна.
• · 10GBASE-LR і 10 GBASE-ER - ці стандарти підтримують відстані до 10 і 40 кілометрів відповідно.
• · 10GBASE-SW, 10 GBASE-LW і 10 GBASE-EW - Ці стандарти використовують фізичний інтерфейс, сумісний по швидкості і формату даних з інтерфейсом OC-192 / STM-64 SONET/SDH. Вони подібні до стандартів 10GBASE-SR, 10GBASE-LR і 10 GBASE-ER відповідно, бо використовують ті ж самі типи кабелів і відстані передачі.
• · 10GBASE-T, IEEE 802.3 an-2006 - прийнятий у червні 2006 року після 4 років розробки. Використовує екрановану кручену пару. Відстані - до 100 метрів.
• І нарешті, 100-Gigabit Ethernet (100-GE), ще досить "свіжа", але цілком затребувана технологія.
• У квітні 2007 року, після зборів комітету IEEE 802.3 в Оттаві, дослідницькою групою Higher Speed Study Group (HSSG) була прийнята думка про технічні підходи у формуванні оптичних і мідних каналів 100-GE. На даний час остаточно сформована робоча група 802.3ba по розробці специфікації 100-GE.
• Як і в попередніх розробках, стандарт 100-GE буде враховувати не тільки економічні і технічні можливості його здійснення, але і їх зворотну сумісність із наявними системами. На даний час потреба в таких швидкостях безумовно підтверджена провідними компаніями. Постійно зростаючі обсяги персоналізованого контенту, у тому числі при доставці відео з порталів типу YouTube і інших ресурсів, що застосовують технології IPTV і HDTV. Потрібно згадати також відео на вимогу. Все це визначає потребу в 100 Gigabit Ethernet операторів і сервісів-провайдерів.
• Але на фоні великого вибору старих і перспективно нових технологічних підходів у рамках групи Ethernet ми хочемо більш докладно зупинитися на технології, що сьогодні тільки здобуває повноцінну масовість використання у зв'язку зі зниженням вартості її компонентів. 10 Gigabit Ethernet може повноцінно забезпечити роботу таких додатків, як потокове відео, відеоконференції, передача складних зображень що пред'являють підвищені вимоги до пропускної здатності каналу. Переваги підвищення швидкостей передачі в корпоративних і домашніх мережах стають все більш необхідними, з падінням вартості на обладнання такого класу.
• Зараз одержав максимальну популярність стандарт IEEE. Прийнятий у червні 1998 року, він був затверджений як IEEE 802.3z. Але спочатку як середовище передачі використовувався тільки оптичний кабель. Із твердженням протягом наступного року доповнення стандарту 802.3ab середовищем передачі стала неекранована кручена пара п'ятої категорії.
• 10 Gigabit Ethernet є прямим нащадком Ethernet і Fast Ethernet, що добре зарекомендували себе за майже двадцятилітню історію, зберігши їх надійність і перспективність використання. Поряд з передбаченою зворотною сумісністю з попередніми рішеннями (кабельна структура залишається незмінною) він забезпечує теоретичну пропускну здатність в 10000 Мбіт/сек, що приблизно дорівнює 1200 Мб у секунду. Варто відзначити, що такі можливості практично рівні швидкості 32-бітної шини PCI 33 Мгц. Саме тому гігабітні адаптери випускаються як для 32-бітної PCI (33 і 66 МГц), так і для 64-бітної шини. Поряд з таким збільшенням швидкості Gigabit Ethernet успадкував всі попередні особливості Ethernet, такі як формат кадрів, технологію CSMA/CD (чутливий до передачі множинний доступ з виявленням колізій), повний дуплекс і т.ін. Хоча високі швидкості внесли і свої нововведення, але саме в спадкуванні старих стандартів складається величезна перевага і популярність Gigabit Ethernet. Звичайно, зараз запропоновані і інші рішення, такі як ATM і Fibre Channel, але тут одразу губиться головна перевага для кінцевого споживача. Перехід на іншу технологію веде за собою масову переробку і переобладнання мереж підприємства, тоді як Gigabit Ethernet дозволить плавно нарощувати швидкість і не змінювати кабельне господарство. Такий підхід і дозволив Ethernet-технології зайняти домінуюче місце в області мережних технологій і завоювати більше 80 відсотків світового ринку передачі інформації.
• Локальна мережа із застосуванням такого такої технології, як 10 Gigabit Ethernet наведено на рис.1.1.


Рис.1.2. Побудована мережа 10 Gigabit Ethernet із плавним переходам на більше високі швидкості передачі даних .

Критерії на вибір кабелю теж стали більш жорсткими. Для зменшення наведень, односпрямованої передачі, зворотних втрат, затримок і фазового зрушення, була прийнята до використання категорія 5e для неекранованої крученої пари.

Обтиск кабелю для мережі виробляється по одній з наступних схем:

Прямий (straight-through) кабель.

Перехресний (crossover) кабель.

Схеми обтиску кабелю

В Ethernet-мережах максимальна відстань між станціями (колізійний домен) визначається виходячи з мінімального розміру кадру (у стандарті Ethernet IEEE 802.3 він дорівнював 64 байтам). Максимальна довжина сегмента повинна бути такою, щоб передавальна станція могла виявити колізію до закінчення передачі кадру (сигнал повинен встигнути пройти в інший кінець сегмента і повернутися назад). Відповідно, при збільшенні швидкості передачі потрібно або збільшувати розмір кадру, тим самим збільшуючи мінімальний час на передачу кадру, або зменшувати діаметр колізійного домену.

Для передачі файлу розміром 2 гігабайт по незавантаженій Fast Ethernet мережі, сервер обробляє 16400 пакетів/сек і затрачає на це мінімум 22 секунди. В цьому випадку тільки на обробку переривань у комп'ютера потужністю 200 MIPS піде близько 20 відсотків часу. Адже центральний процесор повинен обробити (порахувати контрольну суму, передати дані на згадку) кожний пакет, що прийшов.

Характеристики передачі мереж Ethernet.

Швидкість	10 Мбіт/сек	100 Мбіт/сек	10000 Мбіт/сек
Розмір кадру	64 байта	1518 байт	64 байта	1518 байт	64 байта	1518 байт
Кадри/сек	14.8K	812	148K	8,1K	1,48M	81K
Швидкість передачі даних, Мбіт/сек	5,5	9,8	55	98	1518	9018
Проміжок між кадрами, мкс	67	1200	6,7	120	0,7	12

Досить швидке розвинення світу швидкості обробки інформації надає все більше швидкі і недорогі рішення по використанню спеціальних апаратних засобів, для зняття частини навантаження по обробці трафіку з центрального процесора. Використовується і технологія буферизації, що забезпечує переривання процесора для обробки декількох кадрів одразу. На сьогодні технологія Gigabit Ethernet стає все більш доступною для використання в домашніх умовах, що прямо зацікавить простого користувача. Більш швидкий доступ до домашніх ресурсів забезпечить якісний перегляд відео великої роздільної здатності, займе менше часу для перерозподілу інформації і, нарешті, дозволить «вживу» кодувати відеопотоки на мережеві диски.

Розрахунок параметрів мережі та її вартості

Найменування	Од. вим.	Ціна за одиницю ($)	Кількість	Вартість
Кабель Lanmark-5 UTP 4 пары solid, 350 МHz	м.	0,3	100	30,00
Концентратор AT-MR815T	шт.	92,00	1	92,00
Мережева карта DFE-538TX	шт.	25,00	6	150,00
Розетка	шт.	5,00	6	30,00
Конектор RJ 45	шт.	0,12	18	2,16
Патч-корд UTP, cat 5e, 2м.	шт.	1,5	6	9,00
Разом	313,16

1. Мережеві карти. Склад, огляд моделей

Для підключення комп'ютера до комутатору, необхідно встановити на комп'ютер мережну карту.

Мережна карта при підключенні зовнішньої антени розміром із книгу без додаткового посилення дозволяє зв'язати комп'ютери на відстані 15-20 км зі швидкістю 2 Мбита/ сек. Ціна такої картки в десятки разів менше вартості радіорелейного устаткування, що використовує традиційні вузькосмугові радіосигнали високої потужності.

На Українському ринку на сучасному етапі представлені таки мережеві карти (таблиця 2.1)

Таблиця 2.1

	Lan Asus NX1101 10/100/1000Mbps PCIМережева карта 17.00 у.о. (146.00 грн)
	Lan Asus NX1101 10/100/1000Mbps PCIМережева карта (85.00 грн)
	Lan CANYON CNR-D30TXL 10/100Mbps PCIМережева карта (20.00 грн)
	Lan D-Link DFE-520TX 1-port UTP 10/100Mbps PCIМережева карта (30.00 грн)
	Lan D-Link DGE-528T 1-port UTP 10/100/Gigabit, PCI w/ WOLМережева карта (70.00 грн)
	Lan D-Link DGE-530T 1-port UTP 10/100/1000MbpsPCI Server AdapterМережева карта (80.00 грн)
	Lan D-Link DGE-560T 1-port 1000BaseT, PCI-ExpressМережева карта (270.00 грн)

2. Мережа із застосуванням електричної проводки

Кабельні середовища передачі даних у мережі.

Кабельні середовища передачі даних розраховуються так, щоб забезпечити передачу сигналу по строго певному шляху. Кабельні середовища, що найбільш широко використовуються в даний час, передачі даних представлені кабелями наступних типів: вита пара, коаксіальний кабель і оптичний кабель.

Вита пара

Вита пара є кабелем, що складається з двох і більш мідних провідників, захищених пластиковою ізоляцією і звитих між собою. Звиті провідники зовні захищаються ще одним шаром ізоляції. Звивання провідників зменшує спотворення корисного сигналу, пов'язане з передачею електричного струму по провіднику. З погляду фізики процес такого спотворення називається інтерференцією сигналів, або "взаємним наведенням сигналів" (Cornstalk) або перешкодами.

В даний час існують декілька видів кабелів типу "вита пара": екранована вита пара, неекранована вита пара. При виробництві екранованої витої пари, звиті між собою провідники, оточуються зовні додатковою металевою оболонкою - екраном. Ця додаткова оболонка забезпечує захист корисного сигналу передається по витій парі від зовнішніх електромагнітних перешкод.

Неекранована вита пара не має додаткового зовнішнього металевого екрану. Цей тип витої пари є більш запитаним через свою поширеність і простоту монтажу.

Для з'єднання кабелів на основі неекранованої витої пари використовуються роз'єми RJ-45. Зовні вони дуже схожі на роз'єми, що використовуються для підключення телефонного кабелю.

Тобто, екранована вита пара відрізняється від неекранованої в основному тільки високим рівнем захисту від перешкод і електричних шумів, а отже забезпечує більш надійну передачу електросигналів в лінії.

Як сполучний (комутуючий) пристрій мережі використовується комутатори, наприклад, типу HUBPort 100/10Mbps N-Way Mini Switch. Вартість комутатора - 256 грн. Кожний комп'ютер необхідно оснастити мережною картою для підключення до нього мережного кабелю, наприклад, мережною картою Realtek 10/100Mbps RTL-8139, вартістю 40 грн.

Для з'єднання комп'ютерів з комутатором, використовується кабель "вита пара" категорії 5, вартість кабелю складає 1,20 грн. за 1 метр. Кабель прокладатиметься по магістралях. Для підключення кабелю до мережної карти і до комутатора (switch) необхідно на кінці кабелю надіти і обжати роз'єм RG-45, вартість якого складає 50 - 70 коп.

Мережний електричні дротові з'єднання також використовуються й в IP-телефонії. На корпоративном рынке интерес к IP-телефонии возрастает также благодаря тому, что сетевое оборудование приобрело некоторые черты УАТС - в первую очередь это касается проблемы питания IP-телефонов, работающих в полностью сетевом (т. е. без привычных УАТС, даже поддерживающих IP) окружении. Пионером в этом направлении выступает, естественно, компания Cisco Systems. Она весьма оперативно модернизировала свое сетевое оборудование, чтобы оно могло обеспечивать питание абонентских устройств. Для этого компанией выпускаются, во-первых, специальные интерфейсные модули, способные подавать питание по витой паре, а во-вторых, устанавливаемые в слот расширения, а также внешние блоки питания постоянного тока. Стоит отметить, что "электрические" интерфейсные модули могут работать и с обычным сетевым оборудованием, поскольку у них имеется функция автоматического определения типа подключенного к порту устройства - питание подается только после того, как оконечное устройство его "попросило".

Список використаної літератури

1. Буров Є. Комп'ютерні мережі. - Львів: БАК, 1999 - 468 с.

2. Основы современных кмпьютерных технологий./ Под ред. А.Д. Хомоненко. - СПб.: Корона, 1998. - 448 с.

3. Локальные вычислитильные сети. Принципы построения, архитектура, коммуникационные средства./ Под ред. С.В. Назарова. - М.: Фин. и стат., 1996. - 400 с.

4. Хаусли Т. Системы передачи и телеобработки данных. - М.: Радио и связь, 1994. - 297 с.

5. Халсалл Ф. Передача данных, сети компьютеров и взаимосвязь открытых систем. - М.: Радио и св., 1997. -354 с.