Повторитель (концентратор)

Повторитель (repeater) — многопортовое устройство, которое позволяет объединить несколько сегментов. Принимая кадр или сигнал коллизии по одному из своих портов, повторитель перенаправляет его во все остальные порты, рис. 7.9 а. Типы интерфейсов портов могут быть любые из вышеперечисленных. Распространены устройства с несколькими портами на витую пару (12, 16 и 24 порта RJ-45), одним портом BNC и одним портом AUI. Также популярны миниатюрные повторители, имеющие только порты на витую пару (4 х RJ-45, или 8 х RJ-45). Отметим, что повторители Ethernet работают на физическом уровне модели OSI (рис. 7.9 б), что обеспечивает их низкую стоимость и выгодно этим отличает от концентраторов FDDI (DAC, SAC, NAC), которые охватывают также уровень MAC (нижний подуровень канального уровня модели OSI)

Порты RJ-45 типа MDI и MDI-X, Порт RJ-45 имеет 8 контактов. Кабель называется прямым, когда контакты 1-8 порта RJ-45 на одной стороне соединены с соответствующими контактами на другой стороне. Соединение прямым кабелем можно осуществлять только между разными типами портов. При этом кабель представлен четырьмя витыми парами, которые принято нумеровать следующим образом: пара 1 — контакты 1. 2; пара 2 — контакты 3, 6; пара 3 — контаеты 4, 5; пара 4 — контакты 7, 8.

В стандарте 10Вазе-Т для передачи используются только две витые пары кабеля: 1 и 2, остальные две не задействованы. Интерфейс MDI (или DTE) имеет устройство, которое осуществляет передачу по паре 1 и соответственно прием по паре 2. И наоборот, интерфейс MDI-X имеет устройство, которое осуществляет передачу по паре 2 и соответственно прием по паре 1. Для соединения двух однотипных портов RJ-45 прямой кабель не годится. Вместо него используется кросс-кабель, который обеспечивает соединение контактов 1-3, 2-6, 3-1, 6-2, 4-4,5-5, 7-7, 8-8.

Большинство RJ-45 портов повторителей делаются типа MDI-X, что позволяет подключать рабочие станции при помощи прямого кабеля. Для удобства обычно один порт повторителя имеет переключатель и может поддерживать режим MDI. Так, в конфигурации сети на рис. 7.10 связь между повторителями 1 и 2, а также 3 и 2 можно осуществить прямым кабелем, если соответствующие порты RJ-45 повторителей 1 и 3 переключить в режим MDI, (порты повторителя 2 — стандартные MDI-X).

Jabber-функция. Каждому узлу сети Ethernet отводится определенное время, в течение которого он должен передать кадр. В нормальных условиях, когда нет коллизий, кадр максимальной длины 1518 байт передается рабочей станцией в течение 1,2 мс. Затем в течение времени межкадрового интервала линия остается свободной. При сильной загруженности сегмента (большое число станций пытаются передавать одновременно, и велико число коллизий) время, в течение которого линия может быть занята, сильно возрастает. Если такой загруженный сегмент подключен к одному из портов повторителя и инициирует длительный сигнал без замолкания (jabber signal — дословно, болтовня), то повторитель прекратит ретрансляцию данных и коллизий из этого сегмента в другие сегменты, таким образом полностью исключив перегруженный сегмент. Для этой цели концентратор поддерживает специальную jabber-функцию. Стандартом установлено не конкретное время срабатывания, а окно приема непрерывного сигнала от 20 до 150 мс, при котором концентратор должен исключать «плохой» сегмент. Jabber-функция — полезное свойство повторителя, на основе которой по­следний может исключать как перегруженный коллизионный сегмент, так и неисправный сегмент, или неисправную станцию, которые передают длительный сигнал, и, тем самым, предоставляет возможность работать пользователям, подключенным к другим портам.

Отметим, что хотя витая пара (10Base-T) и двухволоконный оптический кабель (10Base-FL) являются дуплексными средами, т.е. передача и прием сигнала происходят по независимым каналам, сам по себе повторитель Ethernet не позволяет обеспечить дуплексную передачу и создает вокруг себя коллизионный момент. При этом сеть функционирует так, как будто реализована шинная топология. Сигнал коллизии передается концентратором во все порты, всякий раз, когда на какие-либо его два порта одновременно или почти одновременно начинают поступать данные. Из-за этого пропускная способность концентратора не может быть выше 10 М бит/с.

Обнаружение коллизий при физической топологией типа «звезда» (стандарты 10Base-T и 10Base-FL.) с использованием повторителей несколько отличается от случая, когда используется физическая топология «шина» (стандарты 10Base2 и 10Base5). Поскольку каналы связи по витой паре и по оптическому волокну дуплексные, то накладка сигналов от разных передающих устройств, свойственная коаксиальной кабельной системе и приводящая к изменению постоянной составляющей электрического потенциала в канале связи, исключена. Сигнал коллизии должен специально генерироваться устройством или устройствами, которые обнаружили коллизию. Процедура обнаружения коллизий при физической топологии «звезда» с несколькими повторителями показана на рис. 7.10.

Если передает только один узел (А), то каждый повторитель ретранслирует каждый получаемый кадр во все остальные свои порты (рис. 7.10 а). Все остальные узлы коллизионного домена регистрируют передачу кадра, но только один узел, а именно тот, которому адресован кадр (собственный МАС-адрес совпадает со значением поля «адрес назначения»), принимает кадр, и далее передает его содержимое протоколу более высокого уровня. Коллизий нет.

Если два узла (например, А и В) начинают передачу одновременно или почти одновременно, то коллизию обнаруживает повторитель 1 (рис. 7.10 б), который после этого во все свои порты выдает сигнал наличия коллизии СР (collision presence). Передаваемые узлы А и В обнаруживают коллизию, поскольку принимают другие сигналы во время своих собственных передач, после чего отменяют передачу своих кадров, передают сигналы jam и затем замолкают. Повторитель 1 прекращает передавать сигнал СР, когда на его входные порты перестают поступать сигналы. Повторитель 2, получая сигнал СР от концентратора 1, транслирует его во все остальные порты. То же самое делает повторитель 3.

На рис. 7.6 в показан пример разрешения коллизии при передаче трех узлов А, В и Е. Зафиксирован момент, когда повторитель 2 уже обнаружил сигнал коллизии CD от повторителя 1 и передачу кадра от узла Е Поэтому повторитель 2 выдает выходной сигнал СР во все порты Повторитель 1, получая сигнал по трем портам, выдает сигнал СР во все свои порты.
Итак, повторитель работает следующим образом (рис. 7.10):

1. когда повторитель получает кадр или сигнал СР только на один из своих портов, он транслирует кадр или сигнал СР во все остальные порты (трансляция в остальные порты идет только до тех пор, пока поступают данные на один из портов);
2. когда повторитель получает кадры или сигналы СР по двум или более портам, он транслирует сигналы СР во все порты без исключения (трансляция во все порты сигналов СР идет только до тех пор, пока поступает сигнал на два или более портов).