Учебная практика 01.02 Практическая работа №4
Тема: Построение оптической сети по технологии Ethernet
1. Цель работы: согласно варианту создать проект конфигурации; произвести настройку ТСР/IР стека ПК; проверить производительность.
2. Литература:
2.1
Методические
указания к выполнению практической работы №2 «Пассивные компоненты
волоконно-оптических систем передачи».
2.2
Техническая
документация на активное оборудование оптических сетей.
2.3
Интернет-сайты:
- http://wifimag.ru/cat/mikrotik/
- каталог
оборудований www.ssd.ru;
2.4 . Конспекты лекций.
3.1.Повторить стандартные
требования и определения на пассивные компоненты ВОСП, их
назначение.
3.2.Ознакомиться с
назначением основного оборудования для построения оптической
сети.
3.3.Подготовить бланк отчета
4. Основное оборудование:
4.1 Управляемый Ethernet коммутатор L2.
4.2 Управляемый Ethernet коммутатор L3.
4.3 Ethernet медиаконвертор.
4.4 SFP- модули.
4.5 Персональные компьютеры.
4.6 Оптические патч-корды.
4.7 UTP патч-корды.
5. Методические указания.
5.1 Ознакомиться с элементами оптической сети
Медиаконвертер (также преобразователь среды) — это устройство, преобразующее среду распространения сигнала из одного типа в другой. Чаще всего средой распространения сигнала являются медные провода и оптические кабели. Под средой распространения сигнала может пониматься любая среда передачи данных, однако в современной терминологии медиаконвертер работает как связующее звено только между двумя средами — оптическим и медным кабелями.
Традиционно,
применительно к сетевым технологиям, медиаконвертеры осуществляют свою работу на
1-м уровне Модели OSI. В этом случае невозможно преобразование скорости передачи
данных между 2-мя средами, а также невозможна другая интеллектуальная обработка
данных. В этом случае медиаконвертеры также могут называть трансиверами. С
развитием технологий медиаконвертеры снабдили дополнительными интеллектуальными
возможностями, чтобы обеспечить стыковку старых устройств с более новыми.
Медиаконвертеры стали работать на 2-м уровне модели OSI и получили возможность
преобразовывать не только среду, а также и скорость передачи данных, обладать
другими сервисными функциями, как оповещение об обрыве линии связи на
противоположной стороне, контроль за потоком передачи данных, другими
техническими возможностями.
Ethernet медиаконвертеры традиционно делятся на простые (1-й уровень модели OSI), которые подчиняются правилу 5-4-3 и на коммутирующие (2-й уровень модели OSI), на которые не действуют ограничения по количеству медиаконвертеров на участке сети, соединяющей её сегменты. У таких медиаконвертеров в описании указывается 10/100TX для Fast Ethernet, либо 10/100/1000T для Gigabit Ethernet, что означает их возможность преобразовывать не только среду передачи, а также и скорость, что характерно для коммутирующих устройств.
Медиаконвертер
SNR SNR-CVT-100B-V2
Медиаконвертер
SNR-CVT-100B-V2 осуществляют преобразование интерфейсов «витая пара -
одномодовый оптический кабель по одному волокну» для сетей Ethernet
10/100BASE-TX и 100BASE-FX.
Устройства
позволяют одновременно передавать и получать сигналы на длинах волн 1310 нм и
1550 нм по одному оптическому волокну на расстояние до 20 км.
Медиаконвертер имеет 1 порт RJ-45 для витой пары и 1 порт для оптического кабеля
(SC-коннектор).
На
порту для витой пары реализована поддержка автоматического определения скорости,
режимов работы (полнодуплексный или полудуплексный), полярности MDI/ MDI-X, что
упрощает установку медиаконвертера в существующей
сети.
|
Скорость
передачи данных |
Витая
пара |
10/100/1000
Full./Half Duplex |
|
Оптическое
волокно |
1000Mbps | |
|
Длина
волны Tx |
зависит
от установленного SFP | |
|
Дальность
передачи |
зависит
от установленного SFP | |
|
LED
индикаторы |
PWR | |
|
Потребляемая
мощность |
5,6
Ватт (максимум) | |
|
Питание |
DC
5V/2A | |
|
Размеры
(W x D x H) |
26
x 70 x 97 мм | |
Модуль SFP (англ. Small Form-factor Pluggable) — промышленный стандарт модульных компактных приёмопередатчиков (трансиверов), используемых для передачи данных в телекоммуникациях.
Модули
SFP используются для присоединения платы сетевого устройства (коммутатора,
маршрутизатора или подобного устройства) к оптическому волокну или
неэкранированной витой паре, выступающими в роли сетевого
кабеля.
Наиболее
распространённые области применения SFP-модулей — передача данных в
телекоммуникационных сетях на скоростях выше 100 Mbps с использованием следующих
технологий:
Ethernet:
100 Mbps, 1 Gbps, 1,25 Gbps, 10 Gbps, 20 Gbps
SDH:
STM-1 (155 Mbps), STM-4 (622 Mbps), STM-16 (2488 Mbps)
Fibre
Channel:
1, 2, 4, 8, 16 Gbps
В
основном, для подключения к модулю, используется оптический кабель, оконцованный
разъёмом типа LC. Хотя, встречаются исключения — например, оптические модули для
GEPON-сети имеют один разъём SC и для дуплексной передачи использует всего одну
жилу. Также существуют модули с электрическим интерфейсом и разъёмом
RJ45.
Для
использования в 10 Гбит сетях появились новые форм-факторы модулей XFP, X2,
XENPAK, SFP+ — они отличаются большими габаритами, стандартно используются
разъёмы типа LC или SC.
SFP
модули существуют в вариантах с различными комбинациями приёмника (RX) и
передатчика (TX), что позволяет выбрать необходимую комбинацию для заданного
соединения, исходя из используемого типа оптоволоконного кабеля: многомод (MM)
или одномод (SM).
Разновидности
SFP-модулей и их обозначения:
850
нм 550 м MMF — SX
1310
нм 10 км SMF — LX
1550
нм (40 км — XD, 80 км — ZX, 120 км — EX или EZX) и DWDM.
1310/1550
нм 10 км SMF — BX
МОДУЛИ
D-LINK SFP
Модули D-Link SFP представляют из себя трансиверы для подключения коммутаторов Gigabit Ethernet или коммутаторов 10/100 Мбит/с, оснащенных слотом SFP, к сетям Gigabit Ethernet. Модули SFP предоставляет гибкое и простое решение для обеспечения высокоскоростного подключения к сети Gigabit Ethernet. В зависимости от типа используемого оптического кабеля в коммутатор можно установить нужный модуль SFP. Оптические трансиверы оснащены стандартными разъемами LC для обеспечения совместимости.
Модуль
SFP оптический, дальность до 20км (14dB), 1310нм
Описание:
Двухволоконный модуль, SFP 1000BaseLX, разъем LC, рабочая длина волны 1310нм,
дальность до 20км (14dB).
Двухволоконный
оптический модуль с форм фактором SFP для 1G Ethernet, соответсвует стандарту
1000Base-LX. Предназначен для работы в одномодовом оптическом волокне (Single
mode fiber, SMF), максимальная дальность 20 км, оптический бюджет 14dB, LC
коннектор, рабочая длина волны Tx 1310 нм. Полностью соответсвует спецификации
M.
Совместимость
модулей с Ethernet-оборудованием Cisco, Extreme, Juniper, HP, Dell, Force10,
Huawei, Dlink и др. производителей.
Основные
технические характеристики
|
Рабочая
длина волны Tx, нм |
1310 |
|
Тип
лазера |
FP |
|
Мощность
излучения, dBm |
-8..
-3 |
|
Тип
приемника |
PIN |
|
Чувствительность
приемника, dBm |
-22 |
|
Максимальная
допустимая мощность на входе приемника,dBm |
-3 |
|
Максимальная
дальность, км |
20 |
|
Оптический
бюджет, дБ |
14 |
|
Тип
коннектора |
LC |
Описание:
Одноволоконный модуль, SFP WDM 1000Base-BX, разъем SC, рабочая длина волны
Tx/Rx: 1310/1550нм, дальность до 20км (12dB).
Одноволоконный оптический модуль с форм фактором SFP для 1G Ethernet, соответсвует стандарту 1000Base-BX. Предназначен для работы в одномодовом оптическом волокне (Single mode fiber, SMF), максимальная дальность 20 км, оптический бюджет 14dB, SC коннектор, рабочая длина волны Tx/Rx: 1310/1550нм.
Основные
технические характеристики
|
Рабочая
длина волны Tx, нм |
1310 |
|
Тип
лазера |
FP |
|
Мощность
излучения, dBm |
-9...
-3 |
|
Тип
приемника |
PIN |
|
Чувствительность
приемника, dBm |
-12 |
|
Максимальная
допустимая мощность на входе приемника,dBm |
-3 |
|
Максимальная
дальность, км |
20 |
|
Оптический
бюджет, дБ |
14 |
|
Тип
коннектора |
SC |
Модуль
SFP 1.25G WDM, дальность до 3км (6dB), 1310нм, с функцией
DDM
Описание:
Одноволоконный модуль, SFP WDM 1000Base-BX, разъем SC, рабочая длина волны
Tx/Rx: 1310/1550нм, дальность до 3км (6dB). Поддержка DDMI.
Одноволоконный
оптический модуль с форм фактором SFP для 1G Ethernet, соответсвует стандарту
1000Base-BX. Предназначен для работы в одномодовом оптическом волокне (Single
mode fiber, SMF), максимальная дальность 3км, оптический бюджет 6dB, SC
коннектор, рабочая длина волны Tx/Rx: 1310/1550нм.
|
Рабочая
длина волны Tx, нм |
1310 | |
|
Тип
лазера |
FP | |
|
Мощность
излучения, dBm |
-14...
-10 | |
|
Тип
приемника |
PIN | |
|
Чувствительность
приемника, dBm |
-20 | |
|
Максимальная
допустимая мощность на входе приемника,dBm |
-3 | |
|
Максимальная
дальность, км |
3 | |
|
Оптический
бюджет, дБ |
6 | |
|
Тип
коннектора |
SC | |
Модуль
SFP 1.25G WDM, дальность до 3км (6dB), 1550нм, с функцией
DDM.
Описание:
Одноволоконный модуль, SFP WDM 1000Base-BX, разъем SC, рабочая длина волны
Tx/Rx: 1550/1310нм, дальность до 3км (6dB). Поддержка
DDMI.
Основные технические характеристики
|
Рабочая
длина волны Tx, нм |
1550 |
|
Тип
лазера |
FP |
|
Мощность
излучения, dBm |
-14...
-10 |
|
Тип
приемника |
PIN |
|
Чувствительность
приемника, dBm |
-20 |
|
Максимальная
допустимая мощность на входе приемника,dBm |
-3 |
|
Максимальная
дальность, км |
3 |
|
Оптический
бюджет, дБ |
6 |
|
Тип
коннектора |
SC |
5. Модуль OptiCin SFP-155-WDM3.20
SFP
модуль предназначен для создания дуплексного канала по одноволоконному
одномодовому кабелю до 20 км.
Особенности:
-
возможность горячей замены
-
SC разъем
-
соответствие спецификации SFP MSA
Области
применения:
-
100Base-FX
-
STM-1
Функциональное
описание:
SFP
модуль имеет лазер работающий на длине волны 1310нм, фотодиодный приемник на
длину волны 1550нм, микросхемы для усиления и восстановления сигнала и
микросхемы преобразования данных. Модуль имеет один SC разъем для оптического
кабеля и 20-pin разъем для применения в устройствах связи.
Модуль
позволяет осуществлять передачу данных в диапазоне 10Mbps-155Mbps.
Сетевой коммутатор (switch) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Коммутатор L2 работает на канальном (втором) уровне модели OSI. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат коммутаторы L3 (третьего уровня) или маршрутизаторы (3 уровень OSI).
Принцип
работы коммутатора
Коммутатор
хранит в памяти таблицу коммутации, в которой указывается соответствие
MAC-адреса
узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он
работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные
передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует
фреймы (кадры) и, определив MAC-адрес
хоста-отправителя, заносит его в таблицу на некоторое время. Впоследствии, если
на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста,
MAC-адрес
которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт,
указанный в таблице. Если MAC-адрес
хоста-получателя не ассоциирован с каким-либо портом коммутатора, то кадр будет
отправлен на все порты, за исключением того порта, с которого он был получен. Со
временем коммутатор строит таблицу для всех активных MAC-адресов,
в результате трафик локализуется.
Режимы
коммутации
Существует
три способа коммутации. Каждый из них — это комбинация таких параметров, как
время ожидания и надёжность передачи.
1.
С
промежуточным хранением (Store
and
Forward).
Коммутатор читает всю информацию в кадре, проверяет его на отсутствие ошибок,
выбирает порт коммутации и после этого посылает в него
кадр.
2.
Сквозной
(cut-through).
Коммутатор считывает в кадре только адрес назначения и после выполняет
коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нём нет метода
обнаружения ошибок.
3.
Бесфрагментный
(fragment-free)
или гибридный. Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача
осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (первые 64 байта кадра
анализируются на наличие ошибки и при её отсутствии кадр обрабатывается в
сквозном режиме).
Задержка, связанная с «принятием коммутатором решения», добавляется к времени, которое требуется кадру для входа на порт коммутатора и выхода с него, и вместе с ним определяет общую задержку коммутатора.
Возможности
и разновидности коммутаторов
Коммутаторы
подразделяются на управляемые и неуправляемые (наиболее
простые).
Более
сложные коммутаторы позволяют управлять коммутацией на сетевом (третьем) уровне
модели OSI.
Обычно их именуют соответственно, например «Layer
3 Switch»
или сокращенно «L3
Switch».
Управление коммутатором может осуществляться посредством Web-интерфейса,
интерфейса командной строки (CLI),
протокола SNMP,
RMON
и т. п.
Многие
управляемые коммутаторы позволяют настраивать дополнительные функции:
VLAN,
QoS,
агрегирование, зеркалирование. Многие коммутаторы уровня доступа обладают такими
расширенными возможностями, как сегментация трафика между портами, контроль
трафика на предмет штормов, обнаружение петель, ограничение количества изучаемых
mac-адресов,
ограничение входящей/исходящей скорости на портах, функции списков доступа и
т.п.
Сложные
коммутаторы можно объединять в одно логическое устройство — стек — с целью
увеличения числа портов. Например, можно объединить 4 коммутатора с 24 портами и
получить логический коммутатор с 90 ((4*24)-6=90) портами либо с 96 портами
(если для стекирования используются специальные
порты).
Типы
портов коммутаторов
Порт
управления
Порт
управления или консольный порт (Console
port
RS-232),
предназначен для локального (Out-of-band)
управления и первоначальной настройки сетевого
оборудования.
Консольный
порт исполняется в двух вариантах:
1.
В
виде разъема 8Р8С
2. В виде разъема DB-9
Порт
данных:
1.
RJ45
порт (медный
порт).
-
10/100 Base-T – порт данного типа работает на скоростях 10Мбит/с или 100
Мбит/с.
-
10/100/1000 Base-T – порт данного типа работает на скоростях 10мегабит/с или 100
Мбит/с или 1000 Мбит/с (1 Гбит/с).
1.
SFP
порт (оптический
порт).
SFP
(Small
Form-factor Pluggable) порт используется для подключения SFP
модулей
разных типов, порты существуют следующих
видов:
-
1000 Base-X
– данный порт поддерживает модули ТОЛЬКО 1000 Мбит/с.
- 100/1000 Base-X – данный порт
1.
Универсальный
порт или комбо-порт (combo
port).
Комбо-порт
- порт двойного назначения, функционирующий как для «меди», так и оптоволокна.
Каждый такой порт имеет встроенный порт
10/100/1000 Ethernet и порт SFP Gigabit Ethernet порт. При этом одновременно активным может быть только один из портов.
Типы
комбо портов:
-
10/100 Base-T/100
Base-X
(SFP)
– данный порт поддерживает подключение с помощью медного кабеля на скоростях
10/100 Мбит/с или подключение оптического модуля только на 100
Мбит/с
-
10/100/1000 Base-T/1000
Base-X
(SFP)
– данный порт поддерживает подключение с помощью медного кабеля на скоростях
10/100/1000 Мбит/с или подключение оптического модуля только на 1000
Мбит/с
- 10/100/1000 Base-T/100/1000 Base-X () – данный порт поддерживает подключение с помощью медного кабеля на скоростях 10/100/1000 Мбит/с или подключение оптического модуля на 100 или 1000 Мбит/.
5.2.
Построение сети.
Подберите
все необходимое оборудование (SFP-модули,
медиаконверторы, патчкорты), определитесь с портами на коммутаторах для
подключения ПК и оптических линейных кабелей, в качестве которых используйте
патчкорты с соответствующими коннекторами, постройте сеть Ethernrt
согласно
схеме организации, приведенной ниже.
Настройка
производится поочередно для всех пунктов сети.
Откройте настройки сетевого подключения ПК (Пуск -> Подключения -> Отобразить все сетевые подключения) Рис.1.
Откройте свойства «Подключения по локальной сети», для этого нажмите правой кнопкой и выберите пункт «Свойства» Рис.2.
Рисунок 2.
Выделите пункт «Протокол Интернета (TCP/IP)» и нажмите кнопку «Свойства», откроется «Свойства: Протокол Интерната (TCP/IP) » Рис.3
Рисунок
3.
Произведите
настройку в соответствии со своим вариантом по таблице №1.
Параметры:
Основной шлюз, предпочтительный DNS-сервер
и альтернативный DNS-сервер,
оставьте пустыми.
5.4.
Проверка работы оптических каналов.
Для
проверки воспользуйтесь утилитой «ping»,
которая входит в стандартный состав программного обеспечения операционной
системы.
Запустите
командную строку (Пуск -> Все программы -> Стандартные -> Командная
строка) Рис.4.
Наберите
команду «ping
xxx.xxx.xxx.xxx»,
без кавычек, xxx.xxx.xxx.xxx
– IP
– адрес противоположного ПК. (т.е. если вы запускаете утилиту Ping
на PC1,
то в место xxx.xxx.xxx.xxx
вводите IP-адрес
PC2),
затем нажимаете «enter».
Если все подключения и настройки были выполнены верно, то вы увидите «ответ» от противоположного ПК. Рис.5. Иначе, повторите пункт 5.3.
5.5
Проверка производительности оптических каналов.
Проверка
производительности (измерения скорости канала Ethernet
производится с помощью программного обеспечения «Raccon Works Speed
test».
На одном компьютере станции запускается сервер этой программы, а на другой – клиент. В окне программы «Server» выбираем «Start», после чего появится окно выбора порта «Port Selection». Выбираем произвольный порт. Далее нажимаем «ОК». Появляется окно, в котором нужно выбрать файл, который будет использоваться для тестирования скорости
Появляется окно, в котором нужно выбрать файл, который будет использоваться для тестирования скорости. Выбираем файл и кликаем «Открыть»
Переходим на вторую станцию. Запускаем программу «Client».
В
поле «Server»
вводим IP-адрес
противоположной станции, в поле «Port»
вводим номер порта, который был указан в программе «Server».
Выбираем «Speed
Test
Server».
«Connect»
тестирует скорость передачи, а «Clear
Starts»
сбрасывает все выведенные скорости.
Проводим
три измерения. Измеренные данные заносим в таблицу №2.
Таблица
№2
|
|
Тест
№1 |
Тест
№2 |
Тест
№3 |
|
Измеряемая
скорость передачи (Kb/s) |
|
|
|
|
Максимально
возможная скорость передачи (Kb/s) |
|
|
|
|
Среднее
значение измеренной скорости
передачи (Kb/s) |
| ||
Примечание:
Оптический канал для проверки производительности задается
преподавателем.
5.6.
Расчет энергетического бюджета линий оптической сети.
Этим
расчетом произведем проверку энергетического бюджета, заявленного в
электрических характеристиках трансиверов, т.е. SFP-модулей.
Данные
для расчета приведены в таблице №2.
Таблица №2.
|
№
варианта |
Длина
участка, км |
Строительная
длина кабеля, км | ||||||
|
А-Б |
Б-В |
В-Г |
Г-Д |
А-Б |
Б-В |
В-Г |
Г-Д | |
|
1 |
2,0 |
14,0 |
2,7 |
16,9 |
1 |
3 |
1 |
4 |
|
2 |
4,1 |
29,0 |
3,0 |
21,7 |
1 |
3 |
1 |
4 |
|
3 |
3,4 |
35,0 |
4,2 |
13,0 |
1 |
3 |
1 |
4 |
|
4 |
2,9 |
18,0 |
6,0 |
34,0 |
1 |
3 |
1 |
4 |
|
5 |
3,0 |
26,0 |
5,6 |
18,9 |
1 |
3 |
1 |
4 |
где
Э – оптический бюджет модуля, т.е. разность между уровнем мощности на выходе
источника излучения и минимальным уровнем оптической мощности на входе
фотоприемника, при котором еще обеспечивается дБ;
Рпр - чувствительность
приемника, дБ);
np-
число разъемных соединений;
ap-
затухание на разъемных соединениях, ap
= 0,3 дБ.
nH -
число неразъемных соединений. Определяется по следующей
формуле:
где
1с
-
строительная длина кабеля.
aH-
затухание на неразъемных соединениях, aH
= 0,08 дБ.
ai-
затухание дополнительных пассивных элементов, включенных в линейный
тракт. ai
=0, т.к. дополнительных пассивных элементов нет.
Рассчитанное
значение эксплуатационного запаса должно быть не менее 6
дБ.
На
всех участках использовать оптоволоконный кабель
со следующими параметрами:
1. Коэффициент затухания ОВ:
-
на длине волны 1.310 мкм - < 0,35 дБ/км
-
на длине волны 1.550 мкм - < 0,22 дБ/км
Далее
определяем максимально допустимую длину, на которую может работать модуль по
формуле:
где - a3 - эксплуатационный запас. a3 = 6 дБ;
-эксплуатационный
запас на повреждения.
Рассчитав L
max,
делаем вывод о перекрытии расстояний между пунктами, заявленных в вариантах
сети.
Результаты
расчетов занести в таблицу № 3.
Таблица
№ 3
|
Участок
сети |
SFP-модуль |
Протяженность участка,
км |
L
max,км |
Вывод |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6.
Содержание отчета.
6.1
Наименование работы.
6.2
Цель работы.
6.3
Схема оптической сети с указанием выбранных элементов.
6.4
Результаты проверки работы оптических каналов
6.5 Результаты проверки производительности оптических каналов.
6.6 Результаты расчетов.
6.7 Вывод по проделанной работе.
7.
Контрольные вопросы.
7.1 Назначение и характеристика всех элементов, используемых для построения оптической сети.
7.2 Пояснить схему построения оптической сети.
7.3 Последовательность настройки медиаковертеров.
7.4
Порядок проверки производительности оптических каналов.
7.6
Порядок расчета энергетического бюджета.