Ethernet на витой паре. Преодолеваем барьер в 100 метров.

Думаю, многие сетевики часто при прокладке сетей сталкивались с такой проблемой: нужно соединить пункт А с пунктом Б линком. «Да нам это как два байта переслать!»,- думает админ, закидывает бухту с кабелем за плечи и бежит к пункту Б. Тут он замечает, что расстояние-то между ними больше 100 метров… «#@$%&!!!, какой %@#$$% придумал это $@#$%& ограничение???», - опять думает админ и в его голове начинают крутиться жуткие мысли о предстоящем приятном разговоре с боссом. Посему он полагается на «авось заработает» достает из шкафа свой верный шаманский бубен и пытается запустить сеть. Если ему это удается – то у истории хэппи энд, а если нет – то см. выше. Однако буржуи все же вникли в насущные админские заботы и выпустили несколько достойных бубнозаменителей :-). В данной статье мы создадим с помощью них сеть ужасающей длины и проверим, какой же из кабелей лучше?

Немного теории

Как известно, на сеть стандарта Ethernet 10 base-T и 100 base T помимо тучи других, наложены еще и ограничения на максимальную длину кабельного сегмента. Для обоих типов оно составляет 100 метров. (при соединениях хаб-компьютер, компьютер-свич или свич-свич, но не хаб-хаб (для 100-мегабитных хабов оно вообще урезано до 5 метров)) Почему-то за всю историю совершенствования Ethernet ограничение становилось все жестче. Сначала был толстый коаксиал с 500-ми метрами, затем тонкий с 168-ю, и вот дожились до витой парой с сотней. Надо заметить, что это очень мало. Конечно, соединить два соседних компа или две соседние комнаты - нет проблем, а вот, скажем два соседних здания? Вот и приходится админам изобретать разные там изощрения начиная от просто наплевания на ограничение и заканчивая установкой свичей в канализационных коллекторах :-). Почему же появлись эти ограничения? На самом деле тут виноваты не злые дядьки, придумывающие всякие там законы, чтоб простым смертным жизнь малиной не казалась, а несколько иные вещи. Начнем с того, что кабель обладает некоторым активным сопротивлением, что приводит к банальному затуханию сигнала. Хотя токи в сети и небольшие, но при большой длине кабеля затухание может сказаться на качестве работы.

Далее, он еще и представляет из себя длинную линию. Вдобавок ко всему, он является прекрасной антенной и ловит на себя всякие там удары молний :-) и т.д. В придачу в Ethernet есть еще одно серьезное ограничение. Дело в том, что для передачи в нем выбран минимальный размер кадра на MAC-уровне 512 бит. Если скорость сети составляет 10 Мбит/c, то для того, чтобы сигнал пролетел из одного конца сети в другой, нужно время в 51,2 мкс. Глюк может случиться, если комп, находящийся на конце сети начнет передачу перед самым приходом пакета от другого компа, находящегося в начале сети, начавшего передачу ранее. Сигнал от одного компа до другого должен долететь раньше, чем комп на конце сети закончит передачу, иначе коллизия не будет обнаружена на канальном уровне. Теперь можно подсчитать, сколько теоретически метров может быть между компами. Скорость распространения электрического сигнала в кабеле равна примерно 2/3 от скорости света в вакууме, или примерно 200 м/мкс. За 51,2 мкс сигнал пролетит примерно 10 километров. Таким образом, теоретически между узлами может быть максимум 5 километров. Но есть еще одна проблема. Задержки кроме кабелей возникают еще и во всяких хабах, сетевушках и прочих сетевых дэвайсах. Для 100 Мегабитной сети значение времени передачи кадра еще злобнее – 5 мкс. Посему ограничения на длину кабеля еще серьезнее. Хотя, при применении коммутаторов, никакие задержки нам не страшны.(при разумной длине кабеля, разумеется) И если последняя проблема кажется непреодолимой без применения каких-то специальных средств (коммутируемый ethernet), не зависящих от кабеля, то у первых трех еще можно отвоевать лишние метров 100, 200, (а быть может и все 500) улучшив качество кабеля. Например улучшить его характеристики теоретически можно, увеличив толщину жил, усилив помехозащищенность… Кстати, витая пара уже имеет очень мощное средство помехозащиты – сигналы в ней передаются инверсно, т.е. если по паре надо переслать логическую единицу, то в одном проводе сигнал будет положительный, т.е. это будет эдакий прямоугольник, расположенный над осью Х, а во втором проводе – такой же прямоугольник, но под осью Х. Таким образом, если в кабеле наведется помеха, скажем, еще один прямоугольник, то он будет располагаться над нашим сигналом как в одном проводе так и в другом, соответственно его будет очень легко вычислить и прибить. По этому же принципу витая пара защищена от излучения помех. Два сигнала которые будут излучаться опять же инверсны и подавят друг друга. Но все же, осмелюсь предположить, что при большой длине кабеля и сильных источниках помех механизм защиты от них может давать сбои.

Вообще говоря, можно значительно превысить стандартную длину кабеля, даже применив обычный китайский (метров 150 выжать из него вполне реально), но при этом гарантий стабильной работы вам никто не даст. Такое решение вполне приемлемо для домашних локалок, но ни в какие ворота не лезет в корпоративных сетях. Здесь лучше переплатить N вечнозеленых, но при этом получить стабильность и надежность, чем каждый день получать пендали ;-) от начальства ;-)

Какую разводку кабеля лучше применять: EIA/TIA 568 a или b?

Как известно, существуют два вышеописанных стандарта на разводку кабеля. Повлияет ли выбор того или иного стандарта на дальность связи? Давайте разберемся, существует ли разница в кабелях для этих двух разводок. Несколько раз я встречал в сети упоминания о кабелях маркированных, скажем, как a или b. Давайте рассмотрим распиновку коннекторов для стандарта а и b (контакты считаются слева направа, если повернуть вилку фиксатором вниз, контактами к себе)

Для стандарта B номерам соответствуют цвета жил:

1-бело-оранжевый

2-оранжевый

3-бело-зеленый

4-синий

5-бело-синий

6-зеленый

7-бело-коричневый

8-коричневый.

Для стандарта A:

1-бело-зеленый

2-зеленый

3-бело-оранжевый

4-синий

5-бело-синий

6-оранжевый

7-бело-коричневый

8-коричневый

Как видим, различие между ними в том, что оранжевую и зеленую пару поменяли местами. Если расковырять кабель на сантиметров 20 то можно заметить, что шаги навивки этих двух пар разные. Т.е. у оранжевой пары шаг чаще чем у зеленой. Отсюда напрашивается мысль: а вдруг это на что-то повлияет? Посмею сделать утверждение, что нет. Как известно, одна пара используется для приема, вторая – для передачи. Но ведь это смотря с какой стороны посмотреть. Для сетевой карты, например, пара 1 – передающая, а для хаба та же пара – приемная. Так для чего же тогда возникли эти различные стандарты на разводку? Скорее всего, причина тут кроется в совместимости со старыми стандартами.

Стандарт EIA/TIA 568 A совместим с одно- и двухпарными разводками по стандарту USOC. Стандарт EIA/TIA 568 B совместим с AT&T 258 A, который по слухам (не знаю точно, сам я не связист) был самым распространенным, но при этом он совместим только с однопарными разводками USOC. В США стандарт EIA/TIA 568 A является рекомендованным правительством. Так что приходим к выводу что выбор между этими стандартами значения для дальности связи никакого не имеет. Так что юзайте ту разводку, которая вам больше всего нравится.

Методика тестирования

Для тестирования кабелей выбран анализатор ошибок (более подробно о нем можно прочитать в статье «Экономичный метод диагностики ошибок в ЛВС», «СР» №3 март 2002 )из программы SelFTrend v.4 и серверного сетевого адаптера Intel PRO 1000T. Почему был выбран именно этот адаптер можно прочитать в вышеупомянутой статье, но для ленивых вкратце скажу, что в нем есть встроенный SNMP-агент, с помощью которого можно фиксировать ошибки канального уровня, такие как CRC, Alignment, Oversized frames, Undersized frames, Jabbers… так, пошел плагиат ;-)... в общем настоятельно рекомендую ознакомиться этой статьей. Кабель будет тестировался в несколько этапов: сначала разъемы подключаются на концы бухты, затем берется сегмент в 250 метров и затем 200.Ну и если кабель не заработает на 200 метров, то экспериментальным путем будет выясняться максимальная длина сегмента. Один конец кабеля подсоединяется к обычной машине, второй - к машине – анализатору ( net card Intel PRO 1000T). Если между машинами установится связь, то запустится на скачивание rar-архив большого объема (~650 Mб), после чего на машине – анализаторе будет сниматься статистика количества ошибок. Сеть будет тестироваться на скорости в 10 Мегабит/с, затем на 100 Мегабит/с. В довершение всего файл будет разархивирован и проверен на наличие CRC – ошибок.

При написании статьи был использован материал http://www.duxcw.com/faq/network/diff568ab.htm

Дмитрий Герусс