Лабораторная работа №6

Тема: Развертывание оптических сетей с помощью медиаконвертеров (преобразователей среды Ethernet) D-Link DMC-515SC(работа рассчитана на 4 часа).

1. Цель работы: Научиться развертывать оптические сети с использованием медиаконвертеров, производить настройку оконечного оборудования и проверять работоспособность и производительность.

2. Литература.

2.1. Шувалов В.П. Телекоммуникационные системы и сети. Т.1, М.: Горячая линия – Телеком, 2003, 647 с.

2.2. Крук Б.И., Попантонопуло В.Н., Шувалов В.П. Телекоммуникационные системы и сети, Т.1, Новосибирск: Сиб. предприятие «Наука» РАН, 1998. стр. 264-313

3. Подготовка к работе.

Ознакомится с составом оборудования медиаконвертора D-Link DMC-515SC. Подготовить бланк отчета.

4. Основное оборудование.

Медиаконвертер D-Link DMC-515SC;

Компьютер c интерфейсом Ethernet 1000/100/10 Base-T.

5. Программное обеспечение:

Операционная система: Windows 2000/XP/Vista/7, Unix

Стек TCP/IP

Программное обеспечение «Raccon Works Speed test»

6. Методические указания.

6.1 Общее по технологии Ethernet

6.1.1 Технология Ethernet

Еthernet — это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей. Общее количество сетей, работающих по протоколу Ethernet в настоящее время, оценивается в 5 миллионов, а количество компьютеров с установленными сетевыми адаптерами Ethernet — в 50 миллионов.

Когда говорят Ethernet, то под этим обычно понимают любой из вариантов этой технологии. В более узком смысле Ethernet — это сетевой стандарт, основанный на экспериментальной сети Ethernet Network, которую фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году.

В зависимости от типа физической среды Еthernet имеет различные модификации - 10 Base -5, 10 Base -2, 10 Base -T, 10Base-FL, 10Base-FB.

Для передачи двоичной информации по кабелю для всех вариантов физического уровня технологии Ethernet, обеспечивающих пропускную способность 10 Мбит/с, используя манчестерский код.

Спецификации физической среды Ethernet.

Исторически первые сети технологии Ethernet были созданы на коаксиальном кабеле диаметром 0,5 дюйма. В дальнейшем были определены и другие спецификации физического уровня для стандарта Ethernet, позволяющие использовать различные среды передачи данных. Метод доступа CSMA/CD и все временные параметры остаются одними и теми же для любой спецификации физической среды технологии Ethernet 10 Мбит/с.

Физические спецификации технологии Ethernet на сегодняшний день включают следующие среды передачи данных:

1. 10Base-5 — коаксиальный кабель диаметром 0,5 дюйма, называемый «толстым» коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента — 500 метров (без повторителей).

2. 10Base-2 - коаксиальный кабель диаметром 0,25 дюйма, называемый «тонким»
коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сег-
мента — 185 метров (без повторителей).

3. 10Base-T — кабель на основе неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted
Pair, UTP). Образует звездообразную топологию на основе концентратора. Рас-
стояние между концентратором и конечным узлом — не более 100 м.

4. 10Base-F — волоконно-оптический кабель. Топология аналогична топологии стан-
дарта 10Base-T. Имеется несколько вариантов этой спецификации -
(расстояние до 1000 м), 10Base-FL (расстояние до 2000 м), 10Base-FB (рассто-
яние до 2000 м).

Число 10 в указанных выше названиях обозначает битовую скорость передач данных этих стандартов — 10 Мбит/с, а слово Base - метод передачи на одной базовой частоте 10 МГц (в отличие от методов, использующих несколько несущих частот, которые называются Broadband — широкополосными). Последний символ в названии стандарта физического уровня обозначает тип кабеля.

Стандарт 10Ваse-5

Стандарт 10Base-5 в основном соответствует экспериментальной сети Ethernet фирмы Xerox и может считаться классическим Ethernet. Он использует в качестве среды передачи данных коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом, диаметром центрального медного провода 2,17 мм и внешним диаметром около 10 мм («толстый» Ethernet). Такими характеристиками обладают кабели марок RG-8HRG-11.

К достоинствам стандарта 10Base-5 относятся:

1. хорошая защищенность кабеля от внешних воздействий;

2. сравнительно большое расстояние между узлами;

3. возможность простого перемещения рабочей станции в пределах длины кабеля
AUI.

Недостатками 10Base-5 являются:

1.высокая стоимость кабеля;

2.юсложность его прокладки из-за большой жесткости;

3.потребность в специальном инструменте для заделки кабеля;

4. останов работы всей сети при повреждении кабеля или плохом соединении;

5. необходимость заранее предусмотреть подводку кабеля ко всем возможным местам установки компьютеров;

Стандарт 10Base-2

Стандарт 10Base-2 использует в качестве передающей среды коаксиальный кабель с диаметром центрального медного провода 0,89 мм и внешним диаметром около 5 мм («тонкий» Ethernet). Кабель имеет волновое сопротивление 50 Ом.

Максимальная длина сегмента без повторителей составляет 185 м, сегмент должен иметь на концах согласующие терминаторы 50 Ом. Тонкий коаксиальный кабель дешевле толстого, из-за чего сети 10Base-2 иногда называют сетями Cheapernet (от cheaper — более дешевый). Но за дешевизну кабеля приходится расплачиваться качеством — «тонкий» коаксиал обладает худшей помехозащищенностью, худшей механической прочностью и более узкой полосой пропускания.

Станции подключаются к кабелю с помощью высокочастотного BNC Т-коннектора, который представляет собой тройник, один отвод которого соединяется с сетевым адаптером, а два других — с двумя концами разрыва кабеля. Максимальное количество станций, подключаемых к одному сегменту, — 30. Минимальное расстояние между станциями —1м. Кабель «тонкого» коаксиала имеет разметку для подключения узлов с шагом в 1 м.

Стандарт 10Base-2 также предусматривает использование повторителей, применение которых также должно соответствовать «правилу 5-4-3». В этом случае сеть будет иметь максимальную длину в 5x185 = 925 м. Очевидно, что это ограничение является более сильным, чем общее ограничение в 2500 метров.

Общим недостатком стандартов 10Base-5 и 10Base-2 является отсутствие оперативной информации о состоянии моноканала. Повреждение кабеля обнаруживается сразу же (сеть перестает работать), но для поиска отказавшего отрезка кабеля необходим специальный прибор — кабельный тестер.

Стандарт 10Base-T

Сети 10Base-T используют в качестве среды две неэкранированные витые пары (Unshielded Twisted Pair, UTP). Многопарный кабель на основе неэкранированной витой пары категории 3 (категория определяет полосу пропускания кабеля, величину перекрестных наводок NEXT и некоторые другие параметры его качества) телефонные компании уже достаточно давно использовали для подключения телефонных аппаратов внутри зданий. Этот кабель носит также название Voice Grade, говорящее о том, что он предназначен для передачи голоса.

Идея приспособить этот популярный вид кабеля для построения локальных сетей оказалась очень плодотворной, так как многие здания уже были оснащены нужной кабельной системой. Оставалось разработать способ подключения сетевых адаптеров и прочего коммуникационного оборудования к витой паре таким образом, чтобы изменения в сетевых адаптерах и программном обеспечении сетевых операционных систем были бы минимальными по сравнению с сетями Ethernet на коаксиале. Это удалось, поэтому переход на витую пару требует только замены грансивера сетевого адаптера или порта маршрутизатора, а метод доступа и все протоколы канального уровня остались теми же, что и в сетях Ethernet на коаксиале.

Выводы

· Ethernet — это самая распространенная на сегодняшний день технология локальных сетей. В широком смысле Ethernet — это целое семейство технологий, включающее различные фирменные и стандартные варианты, из которых наиболее известны фирменный вариант Ethernet DIX, 10-мегабитные варианты стандарта IEEE 802.3, а также новые высокоскоростные технологии Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Почти все виды технологий Ethernet используют один и тот же метод разделения среды передачи данных — метод случайного доступа CSMA/CD, который определяет облик технологии в целом. В узком смысле Ethernet — это 10-мегабитная технология, описанная в стандарте IEEE 802.3.

· Важным явлением в сетях Ethernet является коллизия — ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общей среде. Наличие коллизий — это неотъемлемое свойство сетей Ethernet, являющееся следствием принятого случайного метода доступа. Возможность четкого распознавания коллизий обусловлена правильным выбором параметров сети, в частности соблюдением соотношения между минимальной длиной кадра и максимально возможным диаметром сети.

На характеристики производительности сети большое значение оказывает коэффициент использования сети, который отражает ее загруженность. При значениях этого коэффициента свыше 50 % полезная пропускная способность сети резко падает: из-за роста интенсивности коллизий, а также увеличения времени ожидания доступа к среде.

· Максимально возможная пропускная способность сегмента Ethernet в кадрах в секунду достигается при передаче кадров минимальной длины и составляет 14 880 кадр/с. При этом полезная пропускная способность сети составляет всего 5,48 Мбит/с, что лишь ненамного превышает половину номинальной пропускной способности — 10 Мбит/с.

· Максимально возможная полезная пропускная способность сети Ethernet составляет 9,75 Мбит/с, что соответствует использованию кадров максимальной длины в 1518 байт, которые передаются по сети со скоростью 513 кадр/с.

6.1.2 Fast Ethernet

Увеличить скорости передачи Ethernet в десять раз по сравнению с 10BaseT было непросто. Результатом стало появление трех стандартов физического уровня для передачи данных со скоростью 100 Мбит/с по неэкранированной витой паре, 100BaseTX и 100BaseT4 в 1995 г. и 100BaseT2 в 1997 г. Несмотря на то, что имеются некоторые общие параметры кабеля, каждый из этих стандартов предъявляет свои требования к кодированию и имеет зависящие от среды передачи подуровни.

Существует три стандарта:

100BaseХ

Стандарт 100BaseX описывает передачу данных по двойной неэкранированной витой паре или двойному волоконно-оптическому кабелю. Кодирование, декодирование и восстановление синхронизации в обоих случаях одинаковы, но природа передаваемых сигналов различна: в первом случае это электрический импульс, а во втором —световой.

100BaseT4

Стандарт 100BaseT4 был разработан с целью обеспечить возможность передачи данных со скоростью 100 Мбит/с по сетям 10BaseT без замены четырех кабелей UTP категории 3 новыми кабелями категории 5. Две из четырех пар настроены на полудуплексную передачу в любом направлении, но не в обоих направлениях сразу. Другие две пары настроены на симплексный режим передачи только в одном направлении.

При передаче кадров используются обе полудуплексные пары, а также симплексная, в соответствии с направлением передачи. По симплексной паре информация передается в обратном направлении, что обеспечивает контроль несущей и обнаружение коллизий 100BaseT4 не поддерживает дуплексный режим.

100BaseT2

Спецификация 100BaseT2 была разработана в качестве альтернативы обновлению сетей с кабелями категории 3 по стандарту 100BaseT4 100BaseT2, и была призвана решить две новые важные задачи:

• обеспечить взаимосвязь между двумя витыми парами категории 3 или выше;

• поддерживать как полудуплексный, так и дуплексный режим.

В 100BaseT2 используется процедура передачи сигналов, отличная от предыдущих peaлизаций Ethernet для витой пары. Вместо двух симплексных каналов, образующих один дуплексный, в 100BaseT2 используется метод двойной дуплексной немодулированной передачи кодированных символов одновременно в обоих направлениях по обеим витым парам.

Выводы

· Потребности в высокоскоростной и в то же время недорогой технологии для подключения к сети мощных рабочих станций привели в начале 90-х годов к созданию инициативной группы, которая занялась поисками нового Ethernet — такой же простой и эффективной технологии, но работающей на скорости 100 Мбит/с.

· Технология Fast Ethernet сохранила в неприкосновенности метод доступа CSMA/CD, оставив в нем тот же алгоритм и те же временные параметры в битовых интервалах (сам битовый интервал уменьшился в 10 раз). Все отличия Fast Ethernet от Ethernet проявляются на физическом уровне.

· Технология Fast Ethernet при работе на витой паре позволяет за счет процедуры автопереговоров двум портам выбирать наиболее эффективный режим работы — скорость 10 Мбит/с или 100 Мбит/с, а также полудуплексный или полнодуплексный режим.

6.1.3 Gigabit Ethernet

Основная идея разработчиков стандарта Gigabit Ethernet состоит в максимальном сохранении идей классической технологии Ethernet при достижении битовой скорости в 1000 Мбит/с. Вследствие разработки стандартов Gigabit Ethernet появились две основные спецификации: 1000BaseT — для неэкранированной витой пары и 1000BaseX — для экранированной витой пары, а также для одно- и многомодового волоконно-оптического кабеля.

Так как при разработке новой технологии естественно ожидать некоторых технических новинок, идущих в общем, русле развития сетевых технологий, то важно отметить, что Gigabit Ethernet, так же как и его менее скоростные собратья, на уровне протокола не будет поддерживать:

• качество обслуживания;

• избыточные связи;

• тестирование работоспособности узлов и оборудования (в последнем случае за исключением тестирования связи порт — порт, как это делается для Ethernet 10Base-T и 10Base-F и Fast Ethernet).

Все три названных свойства считаются весьма перспективными и полезными в «временных сетях, а особенно в сетях ближайшего будущего.

Если магистраль сети будет работать со скоростью в 20 000 раз превышающей среднюю скорость сетевой активности клиентского компьютера и в 100 раз превышающей среднюю сетевую активность сервера с сетевым адаптером 100 Мбит/с, то о задержках пакетах на магистрали во многих случаях можно е заботиться вообще. При небольшом коэффициенте загрузки магистрали 1000 Мбит/с очереди в коммутаторах Gigabit Ethernet будут небольшими, а время буферизации и коммутации на такой скорости составляет единицы и даже доли микросекунд.

Главная идея разработчиков технологии Gigabit Ethernet состоит в том, что существует, и будет существовать весьма много сетей, в которых высокая скорость магистрали и возможность назначения пакетам приоритетов в коммутаторах будут вполне достаточны для обеспечения качества транспортного обслуживания всех клиентов сети. И только в тех редких случаях, когда и магистраль достаточно загружена, и требования к качеству обслуживания очень жесткие, нужно применять технологию ATM, которая действительно за счет высокой технической сложности дает гарантии качества обслуживания для всех основных видов трафика.

Общие аспекты технологий Gigabit Ethernet, Ethernet и Fast Ethernet:

• Сохраняются все форматы кадров Ethernet.

• Метод доступа CSMA/CD.

• Поддерживаются все основные виды кабелей, используемых в Ethernet и Fast Ethernet: волоконно-оптический, витая пара категории 5, коаксиал.

1000ВаsеТ

1000BaseT Ethernet обеспечивает дуплексную передачу по четырехпарной витой паре категории 5 или выше. 1000BaseT широко использует результаты исследований и разработки, которые дали толчок развитию реализации физического уровня Fast Ethernet.

• В спецификации 1000BaseTX доказана возможность успешной передачи потоков двоичных символов по UTP категории 5 со скоростью 125 Мбод.

• В 1000BaseT4 содержится описание основных принципов передачи многоуровневых сигналов по четырем витым парам.

• В спецификации 1000BaseT2 доказано, что при кодировании РАМ5 и цифровой обработке сигналов возможны одновременная передача двунаправленных потоков данных и решение потенциальных проблем, вызванных наводками из-за сигналов, передаваемых по смежным парам проводов.

В 1000BaseT шифруется каждый байт МАС-кадра во избежание образования цепочек одинаковых битов, а результат кодируется методом 4-D, 8-State Trellis Forward Error Correction (FEC), где по четырем парам проводов отправляются одновременно 4 символа РАМ5. Четыре из пяти уровней в каждом символе РАМ5 представляют два бита в байте данных. Пятый уровень используется для кодирования FEC, которое улучшает восстановление символов в случае наложения шумов и перекрестных помех. Отдельные устройства шифрования для ведущего и ведомого PHY создают существенно некоррелированные потоки данных между двумя встречными символьными потоками в каждой паре проводов.

1000ВаsеХ

Все три версии 1000ВаsеХ поддерживают дуплексную двоичную передачу на скорости 1250 Мбит/с по двойному волоконно-оптическому кабелю или двум парам STP. Кодирование передаваемых сигналов осуществляется по схеме ANSI Channel 8B/10B. Каждый 8-битный байт данных преобразуется в 10-битную кодовую группу для побитной передачи. Подобно ранним версиям Ethernet, каждый кадр данных инкапсулируется на физическом уровне перед передачей, а в межкадровых валах синхронизация канала поддерживается путем постоянной передачи кодовых групп IDLE. Все физические уровни 1000ВаsеХ поддерживают как полудуплексный так и дуплексный режимы.

Выводы

• Технология Gigabit Ethernet добавляет новую, 1000 Мбит/с, ступень в иерархии скоростей семейства Ethernet. Эта ступень позволяет эффективно строить крупные локальные сети, в которых мощные серверы и магистрали нижних уровней сети работают на скорости 100 Мбит/с, а магистраль Gigabit Ethernet объединяет их, обеспечивая достаточно большой запас пропускной способности.

• Разработчики технологии Gigabit Ethernet сохранили большую степень преемственности с технологиями Ethernet и Fast Ethernet. Gigabit Ethernet использует те же форматы кадров, что и предыдущие версии Ethernet, работает в полнодуплексном и полудуплексном режимах, поддерживая на разделяемой среде тот же метод доступа CSMA/CD с минимальными изменениями.

• Для обеспечения приемлемого максимального диаметра сети в 200 м в полудуплексном режиме разработчики технологии пошли на увеличение минимального размера кадра с 64 до 512 байт. Разрешается также передавать несколько кадров подряд, не освобождая среду, на интервале 8096 байт, тогда кадры не обязательно дополнять до 512 байт. Остальные параметры метода доступа и максимального размера кадра остались неизменными.

• В 1998 году был принят стандарт 802.3z, который определяет использование в качестве физической среды трех типов кабеля: многомодового оптоволоконного (расстояние до 500 м), одномодового оптоволоконного (расстояние до 5000 м) и двойного коаксиального, по которому данные передаются одновременно по двум медным экранированным проводникам на расстояние до 25 м.

6.2 Характеристика медиаконвертеров DMC-515SC

· Один канал преобразования среды передачи между 100BASE-TX и 100BASE-FX

· Оптический порт для SC-коннектора

· Автоопределение скорости и автосогласование режима полного- или полудуплекса на порту для витой пары.

· Авто MDI-II и MDI-X

· Переключатель для фиксированной настройки режима полного- или полудуплекса

· Режим передачи Store-and-forward

· Режим "обратного давления" и Управление потоком IEEE802.3x

· Передача на полной скорости канала

· Индикаторы состояния на передней панели

· Может использоваться как отдельное устройство или устанавливаться в шасси

· Горячая замена при установке в шасси

Физические параметры

· Индикаторы:

Питание

100Mbps (для порта на витой паре)

Full Duplex/Collision (для оптического порта и порта на витой паре)

LINK/ACT (для порта на витой паре)

· Размеры Корпуса: 120 x 88 x 25 мм.

· Питание: 7.5V 1.5A

Внешний AC-адаптер питания

· Температура Эксплуатации 0 - 40 C

· Влажность 10 ~ 90% без конденсата

· Электромагнитное излучение: (EMI) - FCC Class B, VCCI Class B, CE Class B, C-Tick

· Потребляемая мощность 7,2 Ватт (макс.)

Произведите настройку в соответствии со своим вариантом по таблице №1Таблица №1.

Вариант	IP-адрес	Маска подсети
Вариант №1	PC1: 10.123.10.3 PC2: 10.123.1.2	255.255.0.0
Вариант №2	PC1: 10.0.0.190 PC2: 10.0.0.200	255.255.255.0
Вариант №3	PC1: 192.168.0.10 PC2: 192.168.0.13	255.255.255.0
Вариант №4	PC1: 192.168.36.169 PC2: 192.168.63.67	255.255.0.0
Вариант №5	PC1: 10.10.100.3 PC2: 10.10.100.4	255.255.255.0

7. Содержание отчета.

7.1. Наименование работы.

7.2. Цель работы.

7.3. Результаты измерений скорости передачи по каналу Ethernet.

7.4. Вывод по проделанной работе.

8. Контрольные вопросы.

8.1 Техническая характеристика медиаконвертора D-Link

DMC-515.

8.2 Назначение и область применения преобразователей среды.

8.3 Последовательность настройки медиаковертора.

8.4 Порядок измерения скорости каналов Ethernet.

- Главная