Локальна мережа Ethernet в житловому мікрорайоні

Інформатика, програмування

Міністерство шляхів сполучення Російської Федерації

Омський державний університет шляхів сполучення

(ОмГУПС)

Кафедра «Автоматика та системи управління»

ДО ЗАХИСТУ ДОПУСТИТИ

Завідувач кафедрою АіСУ

________ А. Б. Кільдібеков

«___» червня 2004

Локальна мережа ETHERNET в житловому Мікрорайон

Пояснювальна записка до дипломного проекту

ІНМВ. 109182.000 ПЗ

ПОГОДЖЕНО

Консультант з економіки - Студент гр. 29Здоцент кафедри ЕЖТ і УК
___________ А. Ю. паничів ___________ А. І.

Калинівський
«___» Червня 2004 «___» червня 2004

Консультант з безпеки Керівник --життєдіяльності - доцент кафедри АіСУстарший викладач кафедри БЖ та Е

___________ Б. В. Мусаткіна ___________ А.
Б. Кільдібеков
«___» Червня 2004 «___» червня 2004

Омськ 2004

Омськ державного університету шляхів сполучення

Факультет: ІАТІТ < p> Кафедра: АіСУ

Спеціальність: Інформаційні системи (ж.д. транспорт)

ЗАТВЕРДЖУЮ:

Зав. кафедрою

____________А. Б. Кільдібеков

«__»________ 2004

ЗАВДАННЯ на дипломний проект студента

Калиновського Анатолія Ігоревича

1. Тема проекту: «Локальна мережа Ethernet в житловому мікрорайоні» затверджена наказом по університету від «___» _________ 2004 р. № __________

2. Термін здачі студентом закінченого проекту «___» _________ 2004

3. Вихідні дані до проекту:

Житловий мікрорайон по вулицях Масленнікова і 20 Років РККА що складається зчотирнадцять будинків, тринадцять з яких підключені. Спочатку мережавключала в себе чотири будинки і була побудована на кручений парі категорії 5Е.
Після зміни власника мережа була модернізована і розширена. Намагістральних лініях виту пару змінило оптоволокно. Мережа підключена повиділеному каналу до Інтернет, за технологією ADSL.

4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік підлягають розробці питань)
4.1 Принципи побудови домашніх мереж
4.2 Технологія FastEthernet
4.3 Волоконно-оптичні лінії зв'язку
4.4 Технології DSL
4.5 ЛОМ у мікрорайоні по вулицях Масленнікова і 20 років
РСЧА4.5.1 Вибір місць розташування обладнання
4.5.2 Вибір топології мережі
4.5.3 Вибір типу кабелю
4.5.4 Прокладка кабелю
4.5.5 Активне мережеве обладнання
4.5.6 Вибір типу оптоволоконного кабелю
4.5.7 Прокладка оптоволоконного кабелю
4.5.8 Вибір типу оптичних конекторів
4.5.9 Вибір типу з'єднання оптоволокна
4.5.10 Зварювання оптоволокна
4.5.11 Налаштування на сервері PPPOE-SERVER і Firewall під Linux.
4.5.12 Налаштування PPPOE під Windows на комп'ютері клієнта
4.6. Розрахунок кошторисної вартості
4.7 Техніка безпеки під час виконання робіт на електрообладнанні ЛВС

5. Перелік графічного матеріалу

5.1 Структура початкової мережі
5.2 Схема початкової мережі
5.3 Структура модернізованої мережі
5.4 Схема модернізованої мережі

6. Консультанти по проекту (із зазначенням належних до них розділів):

Керівник проекта____________

Календарний план:

| № | Найменування розділів дипломного проекту | Термін | Примітка |
| п-п | | виконання | |
| 1 | Аналіз завдання, збір матеріалу для | 30.03.04 | |
| | Теоретичної частини, складання плану робіт. | | |
| 2 | Закінчення робота на теоретичною частиною, | 22.04.04 | |
| | Робота над практичною частиною. | | |
| 3 | Завершення робіт над основним розділом. | 20.05.04 | |
| | Обладнання економічної частини і БЖ. | | |
| 4 | Підготовка пояснювальної записки та | 10.06.04 | |
| | Графічного матеріалу | | |

7. Дата видачі завдання 15 березня 2004

Керівник проекту ____________ А. Б. Кільдібеков

Завдання прийняв до ісполненію______________ А. І. Калиновський

Реферат
УДК 681.518

Дипломний проект містить 88 сторінок, 5 рисунків, 9 таблиць, 12джерел, 6 аркушів графічного матеріалу.

Мережа, Інтернет, кабель, комутатор, Ethernet, ADSL, оптоволокно,
Linux, PPPOE, вита пара, медіаконвертор.

Об'єктом розробки є локальна комп'ютерна мережа в житловомумікрорайоні, розташованому по вулицях Масленнікова і 20 Років РККА.

Мета - опрацювати всі аспекти й тонкощі побудови домашньої мережі,щоб на практиці досягти максимально надійними, довговічною, зручною уексплуатації і економічно вигідною мережі.

У результаті проведеної роботи були знайдені і опрацьовані оптимальнірішення для побудови, як домашньої мережі по вулицях Масленнікова і 20 Років
РККА горда Омська, так і для побудови аналогічних локальних комп'ютернихмереж в більшості великих міст Росії. Враховуючи, що домашні мережіпочали активно розвиватися тільки недавно, і принципи побудови щеостаточно не розроблені, дана робота буде корисна для більшостілюдей займаються будівництвом домашніх мереж.
Крім того, даний дипломний проект цікавий тим, що в ньому описуєтьсярозробка як найпростішої локальної домашньої мережі, що не вимагає великихфінансових вкладень, так і модернізація та розширення існуючої мережі, домережі значно більш високого рівня з використанням сучаснихтехнологій, яка охоплює велику кількість житлових будинків.

Зміст

Введення 8
1 Принципи побудови домашніх мереж 9
1.1 Технологія FastEthernet 13
1.1.1 Специфікації фізичного рівня Fast Ethernet 16
1.1.1.1 Фізичний рівень 100Base-FX - багатомодове оптоволокно 17
1.1.1.2 Фізичний рівень 100Base-T4 - четирехпарная кручена пара 20
1.1.2 Протоколи TCP/IP 21
1.2 Волоконно-оптичні лінії зв'язку 25
1.3 Технології DSL 31
1.3.1 Технологія ADSL 34
1.4 Аналіз конфігурацій широкосмугового абонентського доступу 37
1.5 Підготовка кабельної мережі до розгортання xDSL 42
2 ЛОМ у мікрорайоні по вулицях Масленнікова і 20 років РККА 47
2.1 Вибір місць розташування обладнання 47
2.2 Вибір топології мережі 48
2.3 Вибір типу кабелю 51
2.4 Прокладка кабелю 51
2.5 Активне мережеве обладнання 52
2.7 Модернізація та розширення мережі 55
2.7.1 Вибір типу оптоволоконного кабелю 55
2.7.2 Прокладка оптоволоконного кабелю 56
2.7.3 Вибір типу оптичних конекторів 57
2.7.4 Вибір типу з'єднання оптоволокна 58
2.7.5 Зварювання оптоволокна 58
2.7.6 Оптичні шафи 59
2.7.7 Вибір обладнання 59
2.2.8 Налаштування на сервері PPPOE-SERVER і Firewall під Linux 62
2.2.9 Налаштування PPPOE під Windows на комп'ютері клієнта 65
3. Розрахунок кошторисної вартості ЛВС 68
4. Техніка безпеки під час виконання робіт на електрообладнанні ЛВС
75
4.1 Характеристика можливих небезпечних і шкідливих виробничих факторів
75
4.2 Організаційно-технічні заходи з техніки безпеки 78
4.3 Технічні засоби захисту, що забезпечують безпеку робіт; оцінкаїх ефективності 79
Висновок 84
Бібліографічний список 86

У конверті на звороті обкладинки:
Компакт-диск CD-R: Пояснювальна записка.

Презентація.

Демонстраційні листи.

Демонстраційні сторінки:

Схема мережі початкової ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... лист 1

Стукутура мережі початкової ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. . лист 2

Схема мережі модернізованої .... ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... лист 3

Схема мережі модернізованої .... ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... лист 4

Стукутура мережі модернізованої .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... лист 5

Стукутура мережі модернізованої .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... лист 6

Введення

Мережа Інтернет стає все більш популярною, однак справжняпопулярність прийде, коли до неї буде підключений кожен будинок. Зараз женайбільш масовим є телефонне з'єднання. Швидкість його не перевищує
56 кбіт/c, і тому користуватися мультимедійними ресурсами Інтернетпрактично неможливо - IP-телефонії, відео-конференцій, потокового відеота інших аналогічних сервісів для нормальної роботи потрібні більш високішвидкості. Сьогодні з'являються технології, здатні збільшити швидкістьпідключення, але поки вони дороги для індивідуального користувача. Один зможливих варіантів - колективне підключення до Інтернет, домашні мережі.
Завдяки яким, з'являється можливість значно скоротити фінансовівитрати на підключення для кінцевих користувачів. Хоча колективнийдоступ вже кілька років практикується в Росії, поки ще не виробленостандарти, що забезпечують грамотне створення дешевих домашніх мереж.

Метою даного проекту є розробити домашню комп'ютерну мережув житловому мікрорайоні по вулицях Масленнікова і 20 Років РККА, підключену до
Інтернет по виділеному швидкісному каналу від компанії «Сотлайн». Багатьохкористувачів мережі Інтернет не задовольняє якість зв'язку забезпечуєтьсяаналоговими модемами при підключенні до Інтернет. Крім того, часто кінцевимкористувачам економічно вигідніше підключення до Інтернет повиділеному швидкісному каналу за рахунок того, що в такому випадкуоплачується трафік, а не тривалість з'єднання як при використанніаналогових модемів. Локальна комп'ютерна мережа в житловому мікрорайонідозволила створити колективний доступ до Інтернет по високошвидкісноговиділеному каналу за доступними для кінцевих користувачів цінами. При цьому,значно більша швидкість з'єднання з Інтернет дозволяє розширитиможливості його використання і проводити аудіо-відео конференції,прослуховувати Інтернет-радіо. Крім того, користувачі локальної мережі можутьобмінюватися між собою програмами, музичними і відео записами іграти в мережеві комп'ютерні ігри.

Для забезпечення стабільного функціонування мережі мережа повинна володітинадійністю кабельних з'єднання, правильно топологією, грамотним вибороммісць розташування обладнання. При цьому важливо забезпечити низький бюджетпроекту, щоб зберегти доступність підключення. У даній роботіопрацьовані всі аспекти для створення якісної, сучасної локальноїкомп'ютерної мережі в житловому мікрорайоні, які зараз маютьпрактичну реалізацію і підтвердження правильності технічних рішень ввигляді стабільно функціонуючої комп'ютерної мережі в даному мікрорайоні.

1 Принципи побудови домашніх мереж

Побудова домашньої мережі - це фактично рішення проблеми
«Останньої милі», тобто створення дешевих, зручних і найбільш швидкіснихканалів в Інтернет для кінцевих користувачів. Прийнято поділтериторії, на якій відбувається підключення домашнього комп'ютера, на триділянки.

«Остання миля» - це ділянка мережі між провайдером Інтернет ібудинком користувача. На цьому відрізку необхідні високошвидкісні технології
«Точка-точка», за допомогою яких передається весь потік інформації,генерований і поглинається всіма користувачами, що живуть у цьому будинку. Дляостанньої милі зазвичай застосовують виділені лінії, xDSL-технології,кабельні модеми, радіо-Ethernet, звичайний Ethernet і різніоптоволоконні технології передачі даних. Для розширення прямого каналуможна також використовувати односпрямований супутниковий доступ.

«Останній ярд» - це розводка сигналу всередині будинку. Існуєдумку, що розведення по будинку можна не робити, а підключати до Інтернет требакожного користувача окремо, тобто для кожного тягнути або шукатиокремий кабель до провайдера. Таке підключення називається прямим.
Очевидно, що пряме підключення економічно невигідно. При колективномупідключенні будинку потрібна технологія розподілу ресурсу за всімаучасникам проекту. Для цього можна використовувати Ethernet, HomePNA, xDSL тарадіо-Ethernet.

«Останній фут» - це розводка сигналу по квартирі. Звичайно, якщо вквартирі прокладена СКС, то проблем з підключенням комп'ютера не буде, але вбудь-якому іншому разі прокладання кабелю по квартирі пов'язана з певнимипроблемами. Втім, навіть без підключення до Інтернету іноді виникаєнеобхідність зібрати в єдину мережу кілька комп'ютерів. Для цього можнавикористовувати або радіотехнології - Bluetooth або Home FR, або HomePNA потелефонної мережі.

Більшість домашніх мереж є не комерційними, і будуютьсяжителями районів. Вони прокладають кабель і підключають до мережі Інтернет. Якправило, такі ініціатори самі ж є і власниками домашньої мережі.
Подібну організаційна схема влаштовує провайдерів, оскільки в цьомувипадку вони лише надають посильну допомогу в розвитку і підтримки мережі,якої головним чином займаються самі її власники.

У випадку, коли мережа будує ініціативна група, вона ж несенеобхідні витрати на заміну устаткування, модернізації кабельноїінфраструктури і вирішення виникаючих проблем. У цьому випадку провайдери,крім власне надання каналу, можуть допомогти налаштуватимаршрутизацію потоків між домашньою мережею та Інтернет, іноді вони такожзаймаються тарифікацією і виставленням рахунків для кожного абонента вокремо. Зворотній ж сторона полягає в тому, що у разівиникнення будь-яких проблем з мережею, не всі клієнти розуміють чия цевідповідальність і з'являються претензії до провайдера. Саме томупровайдери все більше або самі беруть участь у створенні локальної мережі, абомають партнерські відносини з комерційними організаціями, сфероюдіяльності яких є домашні мережі.

Є домашні мережі, які провайдери розгортають для оптимізаціїсвоїх витрат на підключення користувачів. Правда, будучи комерційнимиорганізаціями, провайдери не можуть собі дозволити вести проекти з великимобсягом інвестицій, які окупляться лише через кілька років. Томупрокладка оптоволокна до будинку і розводка його по всіх квартирах - рішення дляних зараз економічно невигідне. При поступовому ж розвиток мережіінвестиції в створення інфраструктури можуть бути мінімальними і почнутьокупатися досить швидко. Для цього можна з'єднувати дому поступово --квартал за кварталом, отримуючи прибуток з кожного підключеного ділянки.
Такий підхід дозволяє мінімізувати витрати на кабельну інфраструктуру,але одночасно вимагає використання масштабованих і досить масовихтехнологій. Краще всього відразу створювати якісну кабельну проводкудомашній мережі, як мінімум на основі витої пари п'ятої категорії.

Провайдери можуть будувати домашні мережі за наступною схемою. Укварталі вибирається точка присутності, через яку можна підключитикілька будинків. У цю точку ставиться маршрутизатор і орендується парапроводів до опорної мережі провайдера, що забезпечує підключеннядомашніх мереж до магістралі. При цьому маршрутизація потоків виконується вточці присутності, а всю розведення по будинку можна здійснювати нанекерованих комутаторах. У цьому випадку, чим дешевше пристрої
«Останнього Ярду», тим простіше їх захистити від вандалізму і замінити при будь -або аварії. У результаті виходить одна велика і майже некерованалокальна мережа.

Для підключення будинку до мережі Інтернет та створення каналів зв'язку міжбудинками в якості основної використовується xDSL-технологія. Як правило, цесиметричні потоки E1 (2 Мбіт/с) або несиметричне ADSL-підключення. Єще два прийнятні технології: кабельні модеми та радіо-Ethernet. Їхсхожість у тому, що теоретично вони не вимагають прокладки додатковихкабелів. Однак кабельних мереж, на які розраховані кабельні модеми, в
Росії практично немає, а радіо-Ethenet погано працює у великих містах.
Крім того, легальне використання радіо-Ethernet пов'язане зпевними труднощами. Проекти, де передбачена прокладкадодаткових кабелів (коаксіального - для кабельних модемів абооптоволоконного - для Ethernet), як правило, досить дорогі і носятьодиничний характер. Тому найбільш масової для підключення домашніхмереж є технологія ADSL.

Однак і з ADSL не все так просто. Проблема в тому, що провайдери
Інтернет не завжди можуть отримати доступ до вже прокладених телефоннимкабелів. Крім того, телефонні колодязі і розведення проводів по будинкуконтролює телефонний оператор, який буде чинити опір встановленню нацих ділянках додаткового обладнання. Провайдери Інтернет змушеніабо йти на компроміс з телефонними операторами, або будувати власнімережі. Якщо провайдер користується міською телефонною мережею, то тутзадіюються відомі західні бізнес-моделі. У цьому випадку оптимальнимрішенням є технологія ADSL для надання послуг передачі данихз несиметричними швидкостями, що характерно для житлового сектора.

Але DSL по існуючій телефонній проводці можна провести далеко нев кожну квартиру, тому що якість лінії здатне суттєво зменшитидальність і швидкість з'єднання. Втім, вартість абонентної плати дляпрямого підключення може бути невисокою, оскільки витрати на провайдерапідтримка DSL-з'єднання невеликі. Таким чином, основною проблемоюпрямого підключення для приватних користувачів є ціновий порігвходження.

Інша неприємність при роботі з DSL-технологією - погана якістьтелефонних мідних кабелів і розведення в крос-панелях. Коли провайдери самібудують мережі для підведення сигналу до будинку, то крім описаних вище DSL -технологій та кабельних модемів використовується ще обладнання Ethernet,оскільки в цьому випадку воно буде досить дешевим. Але при застосуванні
Ethernet на «останній милі» доводиться прокладати оптичні кабелі, щозбільшує вартість проекту.

На додаток до сказаного варто згадати технологію ассімметрічногосупутникового доступу. Подібні проблеми існують досить давно ідозволяють вирішити проблему дисбалансу потоків інформації, прискорюючи передачуданих з Інтернет до кінцевого користувача. Якщо для індивідуальногокористувача вартість встановлення такої системи непомірно висока, то дляколективного підключення вона цілком підходить. Однак для їх експлуатаціївсе одно потрібен зворотний канал, організований на основі однієї зперерахованих вище технологій.

Як розведення по будинку зазвичай використовують технологію Ethernet.
Вона звична, досить дешева і її підтримують практично всівиробники. Однак як альтернатива їй є невибаглива технологія
HomePNA. Крім того, можна і на цій ділянці задіяти DSL -обладнання, яке базується на стандартах, що забезпечують більшвисокі швидкості. Правда, DSL-модеми, як правило, на порядок дорожчепристроїв Ethernet і HomePNA, і хоча DSL дозволяє організовуватисинхронні канали (з гарантованим часом затримки), для передачіданих це непотрібне надмірність.

HomePNA за ціною близький до Ethernet, проте функціонує на базііснуючої телефонної проводки, не заважаючи роботі звичайного телефону. Такимчином, за допомогою стандарту HomePNA 1.0 телефонні шлейфи в будинку можналегко перетворити на посилання комп'ютерної мережі по топології «зірка».
Правда, для цього провайдера потрібен доступ до телефонного кросу в під'їзді,а в більшості будинків власником абонентських шлейфів і кросу єоператор місцевого телефонного зв'язку, який буде виходити зі своїхінтересів. У деяких випадках провайдеру доводиться використовуватиальтернативну проводку або організовувати її самостійно. Тоді кращевстановити версію HomePNA 2.0, яка підтримує топологію «шина».
Відповідно до цієї схеми, по під'їзду прокладається один кабель, до якогопідключається конвертер HomePNA-Ethernet. При появі нового абонентаробиться горизонтальний відведення у його квартиру, але смуга пропускання ділитьсяміж усіма користувачами під'їзду.

Вартість технологій Ethernet і HomePNA для вирішення проблеми
«Останнього Ярду» приблизно однакова. Хоча обладнання HomePNA 2.0 в дварази дорожче, ніж Ethernet і HomePNA 1.0, загальні витрати на організаціюдоступу в перерахунку на один під'їзд цілком порівнянні - через застосування впершому випадку більш ефективної шинної топології. У цілому HomePNAзадіє нові алгоритми модуляції, що дозволяє на однаковихвідстанях використовувати більш дешеві кабелі, ніж потрібно для мереж
Ethernet.

Пропоновані рішення проблеми «останнього Ярду» відносяться до будинків,які будувалися задовго до появи технології передачі даних. Успоруджуваних сьогодні будинках, як правило, передбачена спеціальна кабельнасистема для передачі даних, голосу і мультимедіа, тому тут проблема
«Останнього Ярду» вже вирішена. Кабельна система таких будівель розрахована натехнологію Ethernet, і тому краще всього використовувати саме її.

Розводка по квартирі займає мінімум часу. Особливо привикористанні технології HomePNA, оскільки вона вимагає всього лише звичайнутелефонну проводку. За допомогою HomePNA можна також об'єднати комп'ютери в
«Квартирну» мережу, а один з них підключити до Інтернет, використовуючи його вякості маршрутизатора. Як альтернативу можна назватирадіотехнології, такі як Bluetooth або Home FR. Bluetooth спочатку буларозрахована на невеликий радіус дії, але оскільки відстань залежить відпотужності випромінювача, то його можна збільшити. Відомі мережі, де застосовуєтьсятехнологія Bluetooth на відстані близько 100 м, а при використанніспеціальних підсилювачів - і до 500 м. Правда, швидкість передачі даних здопомогою Bluetooth залишає бажати кращого - вона не більше 800 кбіт/c. Крімтого, слід дотримувати санітарно-гігієнічні норми на потужністьвипромінювання.

Використання радіо-Ethernet всередині будинку ускладнюється тим, щобільша частина обладнання на основі цієї технології працює на частотіблизько 2,4 ГГц. Справа в тому, що саме на такій частоті функціонують іпобутові мікрохвильові печі, а тепер почали ще випускати домашні телефони,розраховані на той же діапазон. Тому використовувати радіо-Ethernet длярозведення по квартирі буде практично неможливо через сильне загасання,великої кількості перешкод та обмеженості частотного діапазону. Втім,ця технологія цілком придатна для організації «останнього фути», алепопулярність до неї прийде тільки тоді, коли радіотехнологія зрівняється поціні з Ethernet і HomePNA.

Останнім часом з'являються рішення для передачі даних по силовийпроводці. Однак офіційно використовувати їх буде важко, оскількипотрібно домовлятися з енергетиками, а вимоги до електробезпеки в
Росії досить жорсткі. Можна також встановлювати з'єднання черезінфрачервоні порти, але воно буде ненадійним і розриватися будь-якимперешкодою. Так чи інакше, найбільш актуальними залишаються Ethernet і
HomePNA. При цьому Ethernet значно виграє у швидкості, але мінусомє необхідність прокладання кабельної системи. Якщо ж врахувати, що невсі квартири в будинку телефонізовані, то саме FastEthernet стаєоптимальним варіантом.

1.1 Технологія FastEthernet

Технологія Fast Ethernet є еволюційним розвиткомкласичної технології Ethernet. 10-мегабітний Ethernet влаштовувавбільшість користувачів протягом близько 15 років. Однак на початку 90-хроків почала відчуватися його недостатня пропускна здатність. У 1992році група виробників мережевого устаткування, включаючи таких лідерівтехнології Ethernet як SynOptics, 3Com та ряд інших, утворилинекомерційне об'єднання Fast Ethernet Alliance для розробки стандартуна нову технологію, яка б узагальнила досягнення окремих компаній уобласті Ethernet-спадкоємного високошвидкісного стандарту. Новатехнологія отримала назву Fast Ethernet.

Одночасно були розпочаті роботи в інституті IEEE по стандартизаціїнової технології - там було сформовано дослідницьку групу длявивчення технічного потенціалу високошвидкісних технологій. За період зкінця 1992 року і по кінець 1993 року група IEEE вивчила 100-мегабітнірішення, запропоновані різними виробниками. Поряд з пропозиціями
Fast Ethernet Alliance група розглянула також і іншу високошвидкіснутехнологію, запропоновану компаніями Hewlett-Packard і AT & T.

У центрі дискусій була проблема збереження змагального методудоступу CSMA/CD. Пропозиція по Fast Ethernet'у зберігало цей метод і тимсамим забезпечувало спадкоємність і узгодженість мереж 10Base-T і
100Base-T. Коаліція HP і AT & T, яка мала підтримку набагато меншогочисла виробників в мережевій індустрії, ніж Fast Ethernet Alliance,запропонувала абсолютно новий метод доступу, званий Demand Priority. Віністотно змінював картину поведінки вузлів в мережі, тому не зміг вписатисяв технологію Ethernet і стандарт 802.3, і для його стандартизації буворганізований новий комітет IEEE 802.12.

У травні 1995 року комітет IEEE прийняв специфікацію Fast Ethernet вяк стандарт 802.3u, який не є самостійним стандартом,а є додаток до існуючого стандарту 802.3 .. Відмінності
Fast Ethernet від Ethernet зосереджені на фізичному рівні. Більш складнаструктура фізичного рівня технології Fast Ethernet викликана тим, що вній використовується три варіанти кабельних систем - оптоволокно, 2-х парнакручена пара категорії 5 і 4-х парна вита пара категорії 3, причому запорівняно з варіантами фізичної реалізації Ethernet (а їх налічуєтьсяшість), тут відмінності кожного варіанта від інших глибше - змінюється ікількість провідників, і методи кодування. А так як фізичні варіанти
Fast Ethernet створювалися одночасно, а не еволюційно, як для мереж
Ethernet, то була можливість детально визначити ті підрівніфізичного рівня, які не змінюються від варіанту до варіанту, іінші підрівні, специфічні для кожного варіанту.

Основними перевагами технології Fast Ethernet є:

- збільшення пропускної здатності сегментів мережі до 100 Мб/c;

- збереження методу випадкового доступу Ethernet;

- збереження зіркоподібній топології мереж і підтримка традиційнихсередовищ передачі даних - кручений пари й оптоволоконного кабелю.

Ці параметри дозволяють здійснювати поступовий перехід відмереж 10Base-T до швидкісних мереж, що зберігають значну спадкоємністьз технологією: Fast Ethernet не вимагає корінного перенавчання персоналу ізаміни обладнання в усіх вузлах мережі.

Офіційний стандарт 100Base-T (802.3u) встановив три різнихспецифікації для фізичного рівня (в термінах Семирівнева моделі OSI)для підтримки наступних типів кабельних систем:

100Base-TX для двухпарного кабелю на неекранованої кручений парі UTPкатегорії 5, або екранованого кручений парі STP Type 1;

100Base-T4 для четирехпарного кабелю на неекранованої кручений парі
UTP категорії 3, 4 або 5;

100Base-FX для багатомодового оптоволоконного кабелю.

підрівні LLC і MAC у стандарті Fast Ethernet не зазнализмін. Підрівень LLC забезпечує інтерфейс протоколу Ethernet зпротоколами верхніх рівнів, наприклад, з IP або IPX. Кадр LLC,зображений на малюнку 1.1, вкладається в кадр MAC і дозволяє за рахунокполів DSAP і SSAP ідентифікувати адреса сервісів призначення та джерелавідповідно. Наприклад, при вкладенні в кадр LLC пакету IPX, значення як
DSAP, так і SSAP повинні бути рівні Е0. Поле управління кадру LLC дозволяєреалізувати процедури обміну даними трьох типів.

Процедура типу 1 визначає обмін даними без попередньоговстановлення з'єднання і без повторної передачі кадрів у разівиявлення помилкової ситуації, тобто є процедурою дейтаграмнимтипу. Поле управління для цього типу процедур має значення 03, щовизначає всі кадри як ненумерованих.

Процедура типу 2 визначає режим обміну з встановленням з'єднань,нумерацією кадрів, управлінням потоком кадрів і повторної передачеюпомилкових кадрів. У цьому режимі протокол LLC аналогічний протоколу HDLC.

Процедура типу 3 визначає режим передачі даних без встановленняз'єднання, але з отриманням підтвердження про доставку інформаційного кадруадресату.

Малюнок 1.1 - Формат кадру LLC з розширенням SNAP

Існує розширення формату кадру LLC, зване SNAP (Subnetwork
Access Protocol). У разі використання розширення SNAP в поля DSAP і SSAPзаписується значення AA, тип кадру як і раніше дорівнює 03, а для позначеннятипу протоколу, вкладеного в поле даних, використовуються наступні 4 байти,причому байти ідентифікатора організації (OUI) завжди рівні 00 (завинятком протоколу AppleTalk), а останній байт (TYPE) міститьідентифікатор типу протоколу (наприклад, 0800 для IP).

Заголовки LLC або LLC/SNAP використовуються мостами і комутаторами длятрансляції протоколів канального рівня за стандартом IEEE 802.2H.

підрівень MAC відповідальний за формування кадру Ethernet,отримання доступу до поділюваного середовища передачі даних і за відправку здопомогою фізичного рівня кадру з фізичної середовищі вузлу призначення.

Колективна середу Ethernet, незалежно від її фізичної реалізації
(коаксіальний кабель, вита пара або оптоволокно з повторювачами), в будь-якіймомент часу знаходиться в одному з трьох станів - вільна, зайнята,колізія. Стан зайнятості відповідає нормальній передачі кадру однимз вузлів мережі. Стан колізії виникає при одночасній передачікадрів більше, ніж одним вузлом мережі.

MAC-підрівень кожного вузла мережі отримує від фізичного рівняінформацію про стан розділяється середовища. Якщо вона вільна, і в MAC -підрівня є кадр для передачі, то він передає його через фізичнийрівень в мережу. Фізичний рівень одночасно з побітне передачею кадрустежить за станом середовища. Якщо за час передачі кадру колізія невиникла, то кадр вважається переданим. Якщо ж за цей час колізія булазафіксована, то передача кадру припиняється, і в мережу видаєтьсяспеціальна послідовність з 32 біт (jam-послідовність), якаповинна допомогти однозначно розпізнати колізію усіма вузлами мережі.

Після фіксації колізії MAC-підрівень робить випадкову паузу, апотім знову намагається передати цей кадр. Випадковий характер паузизменшує ймовірність одночасної спроби захоплення розділяється середовищадекількома вузлами при наступній спробі. Інтервал, з якого вибираєтьсявипадкова величина паузи, зростає з кожною спробою (до 10-ої), так щопри великому завантаженні мережі та частому виникненні колізій відбуваєтьсяпригальмовування вузлів. Максимальне число спроб передачі одного кадру -
16, після чого MAC-підрівень залишає цей кадр і починає передачунаступного кадру, що надійшов з LLC-підрівня.

MAC-підрівень вузла приймача, який отримує біти кадру від свогофізичного рівня, перевіряє поле адреси кадру, і якщо адреса збігається зйого власним, то він копіює кадр у свій буфер. Потім він перевіряє, чи нечи містить кадр специфічні помилки: за контрольною сумою (FCS error), замаксимально допустимого розміру кадру (jabber error), за мінімальнодопустимого розміру кадру (runts), за невірно знайденим кордонів байт
(alignment error). Якщо кадр коректний, то його поле даних передається на
LLC-підрівень, якщо ні - то відкидається.

Формати кадрів технології Fast Ethernet не відрізняються від форматівкадрів технологій 10-мегабітного Ethernet'a. На рисунку 1.2 приведений формат
MAC-кадру Ethernet, а також тимчасові параметри його передачі по мережі дляшвидкості 10 Мб/с і для швидкості 100 Мб/с.

В кадрах стандарту Ethernet-II (або Ethernet DIX), опублікованогокомпаніями Xerox, Intel і Digital ще до появи стандарту IEEE 802.3,замість багатобайтових поля L (довжина поля даних) використовується багатобайтовихполе T (тип кадру). Значення поля типу кадру завжди більше 1518 байт, щодозволяє легко розрізнити ці два різних формату кадрів Ethernet DIX і IEEE
802.3.

Всі часи передачі кадрів Fast Ethernet в 10 разів меншевідповідних часів технології 10-мегабітного Ethernet'а: межбітовийінтервал становить 10 нс замість 100 нс, а міжкадровий інтервал - 0.96 мксзамість 9.6 мкс відповідно.

Малюнок 1.2 - Формат MAC-кадру і часи його передачі

1.1.1 Специфікації фізичного рівня Fast Ethernet < p> Для технології Fast Ethernet розроблені різні варіантифізичного рівня, що відрізняються не тільки типом кабелю і електричнимипараметрами імпульсів, як це зроблено в технології 10 Мб/с Ethernet, а йспособом кодування сигналів, і кількістю використовуваних у кабеліпровідників. Тому фізичний рівень Fast Ethernet має більш складнуструктуру, ніж класичний Ethernet.

Фізичний рівень складається з трьох підрівнів:

- Рівень узгодження (reconciliation sublayer).

- Незалежний від середовища інтерфейс (Media Independent Interface, MII).

- Пристрій фізичного рівня (Physical layer device, PHY).

- Пристрій фізичного рівня (PHY) забезпечує кодуванняданих, що надходять від MAC-підрівня для передачі їх по кабелюпевного типу, синхронізацію що передаються по кабелю даних, а такожприйом і декодування даних у вузлі-приймачі.

Інтерфейс MII підтримує незалежний від використовуваної фізичноїсередовища спосіб обміну даними між MAC-підрівнів і підрівнів PHY. Цейінтерфейс аналогічний за призначенням інтерфейсу AUI класичного Ethernet'аза винятком того, що інтерфейс AUI розташовувався між підрівнівфізичного кодування сигналу (для будь-яких варіантів кабелю використовувавсяоднаковий метод фізичного кодування - манчестерський код) і підрівнівфізичного приєднання до середовища, а інтерфейс MII розташовується між MAC -підрівнів і підрівня кодування сигналу, яких у стандарті Fast
Ethernet три - FX, TX і T4.

підрівень узгодження потрібен для того, щоб узгодити роботупідрівня MAC з інтерфейсом MII.

1.1.1.1 Фізичний рівень 100Base-FX - багатомодове оптоволокно

Фізичний рівень PHY відповідальний за прийом даних у паралельнійформі від MAC-підрівня, трансляцію їх в один (TX або FX) або трипослідовних потоку біт з можливістю побітне синхронізації іпередачу їх через роз'єм на кабель. Аналогічно, на приймальному вузлі рівень
PHY повинен приймати сигнали по кабелю, визначати моменти синхронізаціїбіт, витягувати біти з фізичних сигналів, перетворювати їх упаралельну форму і передавати подуро?? ню MAC.

Структура фізичного рівня 100Base-FX представлена на малюнку 1.3.

Ця специфікація визначає роботу протоколу Fast Ethernet побагатомодовому оптоволокну в напівдуплексному і повнодуплексному режимах наоснові добре перевіреної схеми кодування і передачі оптичних сигналів,що використовується вже протягом кількох років у стандарті FDDI. Як і встандарті FDDI, кожен вузол з'єднується з мережею двома оптичнимиволокнами, що йдуть від приймача (Rx) і від передавача (Tx).

Малюнок 1.3 - Фізичний рівень PHY FX

Тим специфікаціями PHY FX і PHY TX є багато спільного, томузагальні для двох специфікацій властивості будуть даватися під узагальненимназвою PHY FX/TX.

Метод кодування 4B/5B

10 Мб/с версії Ethernet використовують манчестерському кодування дляпредставлення даних при передачі по кабелю. Метод кодування 4B/5Bвизначений у стандарті FDDI, і він без змін перенесений у специфікацію PHY
FX/TX. При цьому методі кожні 4 біти даних MAC-підрівня (званихсимволами) представляються 5 битами. Використання надлишкового бітадозволяє застосувати потенційні коди при поданні кожного з п'ятибіт у вигляді електричних або оптичних імпульсів. Потенційні кодиволодіють у порівнянні з манчестерському кодами більш вузькою смугою спектрасигналу, а, отже, висувають менші вимоги до смугипропускання кабелю. Однак пряме використання потенційних кодів дляпередачі вихідних даних без надлишкового біта неможливо через поганусамосинхронізація приймача і джерела даних: при передачі довгоїпослідовності одиниць чи нулів протягом довгого часу сигнал незмінюється і приймач не може визначити момент читання чергового біта.

При використанні п'яти біт для кодування шістнадцяти вихідних 4-хбітових комбінацій, можна побудувати таку таблицю кодування, в якійбудь-який вихідний 4-х бітовий код представляється 5-ти двійкового кодом зчергуються нулями і одиницями. Тим самим забезпечується синхронізаціяприймача з передавачем. Так як вихідні біти MAC-підрівня повинніпередаватися зі швидкістю 100Мб/c, то наявність одного надлишкового бітазмушує передавати біти результуючого коду 4B/5B зі швидкістю 125 Мб/c,тобто межбітовое відстань у пристрої PHY становить 8 наносекунд.

Так як з 32 можливих комбінацій 5-бітових порцій для кодуванняпорцій вихідних даних потрібно лише 16, то решта 16 комбінацій в коді
4В/5B використовуються в службових цілях.

Наявність службових символів дозволило використовувати в специфікаціях
FX/TX схему безперервного обміну сигналами між передавачем і приймачем іпри вільному стані середовища, що відрізняє їх від специфікації 10Base-T,коли незайняте стан середовища позначається повною відсутністю на нійімпульсів інформації. Для позначення незайнятого стану середовищавикористовується службовий символ Idle (11111), який постійно циркулюєміж передавачем і приймачем, підтримуючи їх синхронізація і в періодахміж передачами інформації, а також дозволяючи контролювати фізичнестан лінії.

Істота