В качестве среды передачи данных спецификация 100Base-TX использует кабель UTP категории 5 или кабель STP Type 1. Максимальная длина кабеля в обоих случаях - 100 м.
В спецификации 100Base-TX стандарта Fast Ethernet определен метод кодирования - 4В/5В. При этом методе каждые 4 бита данных подуровня MAC (называемых символами) представляются 5 битами. Избыточный бит позволяет применить потенциальные коды при представлении каждого из пяти бит в виде электрических или оптических импульсов. Существование запрещенных комбинаций символов позволяет отбраковывать ошибочные символы, что повышает устойчивость работы сетей с l00Base-TX.
Для отделения кадра Ethernet от символов Idle используется комбинация символов Start Delimiter (пара символов J (11000) и К (10001) кода 4В/5В, а после завершения кадра перед первым символом Idle вставляется символ Т (рис. 1.9).
Рис. 1.9
После преобразования 4-битовых порций кодов MAC в 5-битовые порции физического уровня их необходимо представить в виде оптических или электрических сигналов в кабеле, соединяющем узлы сети. Спецификация 100Base-TX использует для этого методы физического кодирования MLT-3.
Имеется функция автопереговоров (Auto-negotiation) для выбора режима работы порта. Схема автопереговоров позволяет двум соединенным физически устройствам, которые поддерживают несколько стандартов физического уровня, отличающихся битовой скоростью и количеством витых пар, выбрать наиболее выгодный режим работы. Обычно процедура автопереговоров происходит при подсоединении сетевого адаптера, который может работать на скоростях 10 и 100 Мбит/с, к концентратору или коммутатору.
Описанная ниже схема Auto-negotiation сегодня является стандартом технологии 100Base-T. Принятую в качестве стандарта схему Auto-negotiation предложила первоначально компания National Semiconductor под названием NWay.
Всего в настоящее время определено 5 различных режимов работы, которые могут поддерживать устройства l00Base-TX или 100Base-T4 на витых парах:
- 10Base-T - 2 пары категории 3;
- 10Base-T full-duplex - 2 пары категории 3;
- 100Base-TX - 2 пары категории 5 (или Type 1A STP);
- 100Base-T4 - 4 пары категории 3;
- 100Base-TX full-duplex - 2 пары категории 5 (или Type 1A STP).
Режим 10Base-T имеет самый низкий приоритет при переговорном процессе, а полнодуплексный режим 100Base-TX - самый высокий. Переговорный процесс происходит при включении питания устройства, а также может быть инициирован в любой момент модулем управления устройства.
Устройство, начавшее процесс auto-negotiation, посылает своему партнеру пачку специальных импульсов Fast Link Pulse burst (FLP), в котором содержится 8-битное слово, кодирующее предлагаемый режим взаимодействия, начиная с самого приоритетного, поддерживаемого данным узлом.
Если узел-партнер поддерживает функцию auto-negotuiation и также может поддерживать предложенный режим, он отвечает пачкой импульсов FLP, в которой подтверждает данный режим, и на этом переговоры заканчиваются. Если же узел-партнер может поддерживать менее приоритетный режим, то он указывает его в ответе, и этот режим выбирается в качестве рабочего. Узел, который поддерживает только технологию l0Base-T, каждые 16 мс посылает манчестерские импульсы для проверки целостности линии, связывающей его с соседним узлом. Такой узел не понимает запрос FLP, который делает ему узел с функцией Auto-negotiation, и продолжает посылать свои импульсы. Узел, получивший в ответ на запрос FLP только импульсы проверки целостности линии, понимает, что его партнер может работать только по стандарту 10Base-T, и устанавливает этот режим работы и для себя.
Скорость передачи данных в сетях, построенных по этому стандарту - 100 Мбит/c.
Логика работы сетей Fast Ethernet и Ethernet совершенно одинаковая. Все отличия лежат на физическом уровне построения сети.
В 10 раз увеличилась скорость передачи сигнала, значит, в 10 раз должен уменьшиться максимальный диаметр одного разделяемого сегмента (чтобы избежать в нём поздних коллизий).
Признаком свободного состояния среды в Fast Ethernet является передача специального символа простоя источника (а не отсутствие сигнала, как в стандарте классической Ethernet).
Коаксиальный кабель исключён из списка разрешённых сред передачи. Стандарт Fast Ethernet установил три спецификации:
– 100Base-TX - неэкранированная или экранированная витая пара (две пары в кабеле).
– 100Base-T4 - неэкранированная витая пара (четыре пары в кабеле).
– 100Base-FX - волоконно-оптический кабель (с двумя волокнами).
Максимальные длины для кабельных сегментов приводятся в таблице:
Таблица 1.6.2 Стандарты Fast Ethernet
Полудуплексный канал работает на передачу и приём по очереди, а дуплексный - одновременно.
Правило 4 хабов для Fast Ethernet превращается в правило одного или двух хабов (в зависимости от класса хаба).
100Base-tx
Среда передачи - 2 витых пары в одной общей оболочке.
100Base-t4
Среда передачи - 4 витых пары в одной общей оболочке.
Три пары используются для параллельной передачи сигнала со скоростью 33,3 Мбит/с (всего получается 100 Мбит/с), четвёртая пара всегда “слушает” сеть на предмет обнаружения коллизий.
100Base-fx
Среда передачи - оптоволоконный кабель с двумя волокнами.
Gigabit Ethernet
Скорость передачи данных в сетях, построенных по этому стандарту - 1000 Мбит/c.
Поддерживаются кабели, используемые в Fast Ethernet: волоконно-оптический, витая пара.
Для предотвращения поздних коллизий длина сегмента кабеля должна уменьшиться в 10 раз по сравнению со стандартом Fast Ethernet, но это было бы неприемлемо. Вместо этого в технологии Gigabit Ethernet увеличена длина минимального пакета с 64 байтов до 512 байт и, кроме того, разрешено передавать несколько пакетов подряд (общий размер - не более 8192 байт). Конечно, это увеличивает ожидание паузы для начала передачи, но на скорости 1000 Мбит/c эта задержка не слишком существенна.
Для поддержки заявленной скорости передачи, в технологии Gigabit Ethernet применяются и некоторые другие технические решения, но структура сети остаётся прежней:
– дерево разделяемых сред;
– для соединения узлов в одном домене коллизий используются хабы;
– коммутаторы и маршрутизаторы соединяют домены коллизий.
Скорость передачи данных в сетях, построенных по этому стандарту - 10 000 Мбит/c.
Технология построения сети 10G Ethernet принципиально отличается от других Ethernet-технологий.
Сети 10G Ethernet - это сети с коммутацией пакетов .
Если в сетях с разделяемыми средами пакет, переданный одной станцией, поступает на все другие станции, то в коммутируемых сетях пакет следует от передающей станции к станции назначения по маршруту, который уточняется по мере продвижения пакета от одного маршрутизатора к другому.
Сеть с разделяемыми средами, построенная только на хабах и коммутаторах, должна иметь строго иерархическую структуру: на схеме соединений не должно быть циклов.
Сеть, приведённая на рисунке 1.6.2, имеет иерархическую структуру. Между любыми двумя узлами существует ровно один путь, например, путь от А к Б пролегает через узлы: А–2–1–3–5–Б:
Рисунок 1.6.2 Сеть с иерархической структурой
На следующем рисунке 1.6.3 показана сеть с циклом. Между узлами А и Б теперь имеются два пути: А–2–1–3–5–Б и А–5–Б:
Рисунок 1.6.3 Сеть с циклом
Сети с коммутацией пакетов могут иметь ячеистую структуру, в которой между двумя станциями может существовать два и более вариантов прохождения пакета.
Ячеистые сети более надежны: если один маршрут перестаёт работать по техническим причинам, для доставки пакета выбирается другой.
Сети с коммутацией пакетов имеют бóльшую пропускную способность по сравнению с сетями на разделяемых средах (пакеты не транслируются во все стороны, а следуют строго к пункту назначения; станции передают, не дожидаясь тишины в сети).
В качестве проводящей среды в сетях 10G Ethernet используют оптоволоконный кабель и кабель с витыми парами.
Длина сегмента оптического кабеля может достигать 40 км, а длина сегмента витой пары - 100 м. Причина ограничения длины кабеля теперь не в поздних коллизиях (при коммутации пакетов коллизий не бывает), а в затухании сигнала при его прохождению по кабелю.
| Физический интерфейс | 100Base-FX | 100Base-TX | 100Base-T4 |
| Порт устройства | Duplex SC | RJ-45 | RJ-45 |
| Среда передачи | Оптическое волокно |
Витая пара
UTP Cat. 5 |
Витая пара UTP Cat. 3,4,5 |
| Сигнальная схема | 4B/5B | 4B/5B | 8B/6T |
| Битовое
Кодирование |
NRZI | MLT-3 | NRZI |
| Число витых пар/ волокон | 2 волокна | 2 витых пары | 4 витых пары |
| Протяженность сегмента |
до 412 м(mm)
до 2 км (mm)* до 100 км (sm)* |
до 100 м | до 100 м |
| Обозначения:
mm - многомодовое волокно, sm – одномодовое волокно, * - указанные расстояния могут быть достигнуты только при дуплексном режиме связи. |
|||
100Base-FX
Стандарт этого волоконно-оптического интерфейса
полностью идентичен стандарту FDDI PMD, который подробно рассмотрен в главе
6. Основным оптическим разъемом стандарта 100Base-FX является Duplex SC.
Интерфейс допускает дуплексный канал связи.
100Base-TX
Стандарт этого физического интерфейса
предполагает использование неэкранированной витой пары категории не ниже
5. Он полностью идентичен стандарту FDDI UTP PMD, который также подробно
рассмотрен в главе 6. Физический порт RJ-45 как и в стандарте 10Base-T
может быть двух типов: MDI (сетевые карты, рабочие станции) и MDI-X (повторителе
Fast Ethernet, коммутаторы). Порт MDI в единичном количестве может иметься
на повторителе Fast Ethernet. Для передачи по медному кабелю используются
пары 1 и 3. Пары 2 и 4 - свободны. Порт RJ-45 на сетевой карте и на коммутаторе
может поддерживать на ряду с режимом 100Base-TX и режим 10Base-T или функцию
автоопределения скорости. Большинство современных сетевых карт и коммутаторов
поддерживают эту функцию по портам RJ-45 и кроме этого могут работать в
дуплексном режиме.
100Base-T4
Этот тип интерфейса позволяет обеспечить
полудуплексный канал связи по витой паре UTP Cat.3 и выше. Именно возможность
перехода предприятия со стандарта Ethernet на стандарт Fast Ethernet без
радикальной замены существующей кабельной системы на основе UTP Cat.3 следует
считать главным преимуществом этого стандарта.
В отличи от стандарта 100Base-TX, где для передачи используется только две витых пары кабеля, в стандарте 100Base-T4 используются все четыре пары (рис.3а). Причем при связи рабочей станции и повторителя посредством прямого кабеля, данные от рабочей станции к повторителю идут по витым парам 1, 3 и 4, а в обратном направлении - по парам 2, 3 и 4. Пары 1 и 2 используются для обнаружения коллизий подобно стандарту Ethernet. Другие две пары 3 и 4 попеременно в зависимости от команд могут пропускать сигнал либо в одном, либо в другом направлении. Битовая скорость в расчете на один канал составляет 33,33 Мбит/с.
Символьное кодирование 8B/6T. Если использовалось бы манчестерское кодирование, то битовая скорость в расчете на одну витую пару была бы 33.33 Мбит/с, что превышало установленный предел 30 МГц для таких кабелей. Эффективное уменьшить частоты модуляции достигается, если вместо прямого (2-х уровневого) бинарного кода использовать 3-х уровневый (ternary) код. Этот код известен как 8B6T ;это означает, что прежде, чем происходит передача, каждый набор из 8 бинарных битов (символ) сначала преобразуется в соответствии с определенными правилами в 6 тройных (3-х уровневых) символов. На примере, показанном на рис.3б, можно определить скорость 3-х уровневого символьного сигнала:
значение которой не превышает установленный предел.
Интерфейс 100Base-T4 имеет один существенный недостаток - принципиальную невозможность поддержки дуплексного режима передачи. И если при строительстве небольших сетей Fast Ethernet с использованием повторителей, 100Base-TX не имеет преимуществ перед 100Base-T4 (существует коллизионный домен, полоса пропускания которого не больше 100 Мбит/с), то при строительстве сетей с использованием коммутаторов недостаток интерфейса 100Base-T4 становится очевидным и очень серьезным. Поэтому данный интерфейс не получи столь большого распространения, как 100Base-TX и 100Base-FX.
Схема объединения компьютеров в сеть ничем не отличается от 100BASE-TX (рис. 12.1). Компьютеры присоединяются к концентратору по схеме пассивной звезды. Длина кабелей точно так же не может превышать 100 метров (стандарт и в этом случае рекомендует ограничиваться 90 метрами для 10-процентного запаса).
Как и в случае 100BASE-TX , для подключения сетевого кабеля к адаптеру ( трансиверу ) и к концентратору используются 8-контактные разъемы типа RJ-45 . Но в данном случае задействованы уже все 8 контактов разъема. Назначение контактов разъемов представлено в таблице 12.3 .
| Контакт | Назначение | Цвет провода |
|---|---|---|
| 1 | TX_D1+ | Белый / оранжевый |
| 2 | TX_D1– | Оранжевый / белый |
| 3 | RX_D2+ | Белый / зеленый |
| 4 | BI_D3+ | Голубой / белый |
| 5 | BI_D3– | Белый / голубой |
| 6 | RX_D2– | Зеленый / белый |
| 7 | BI_D4+ | Белый / коричневый |
| 8 | BI_D4– | Коричневый / белый |
TX – передача данных , RX – прием данных ,
BI – двунаправленная передача
Обмен данными идет по одной передающей витой паре, по одной приемной витой паре и по двум двунаправленным витым парам с использованием трехуровневых дифференциальных сигналов.
Для связи двух компьютеров без применения концентраторов используется перекрестный кабель . В обычном же прямом кабеле, применяемом для связи компьютера с концентратором, соединены одноименные контакты обоих разъемов. Схемы кабелей приведены на рис 12.4 . Если перекрестное соединение предусмотрено внутри концентратора, то соответствующий порт должен помечаться буквой "Х". Здесь все точно так же, как в случае 100BASE-TX и 10BASE -T.
Рис.
12.4.
Для реализации передачи информации со скоростью 100 Мбит/с по кабелю с малой полосой пропускания (категории 3) в сегменте 100BASE-T4 используется оригинальный принцип кодирования информации , называющийся 8В/6Т. Его идея состоит в том, что 8 бит , которые надо передать, преобразуются в 6 тернарных (трехуровневых с уровнями -3,5 В, +3,5 В и 0 В) сигналов, которые затем передаются за два такта по трем витым парам. При шестиразрядном трехзначном коде общее число возможных состояний равно 3 6 = 729, что больше, чем 2 8 = 256, то есть никаких проблем из-за уменьшения количества разрядов не возникает. В результате по каждой витой паре передается информация со скоростью 25 Мбит/с, то есть требуется полоса пропускания всего 12,5 МГц (рис. 12.5). Дополнительно сигналы, передаваемые в кабель , кодируются по методу MLT -3.
Рис. 12.5.
Для передачи информации одновременно используются две двунаправленные витые пары (BI_D3 и BI_D4) и одна однонаправленная (TX_D1 или RX_D2). Четвертая витая пара , не участвующая в передаче информации (TX_D1 или RX_D2) применяется для обнаружения коллизий (рис. 12.6).
Рис. 12.6.
Для контроля целостности сети в 100BASE-T4 также предусмотрена передача специального сигнала FLP между сетевыми пакетами. Наличие связи индицируется светодиодами "Link". Сигналы FLP также используются для автоматического согласования скоростей передачи (см. раздел "Автоматическое определение типа сети")
Аппаратура 100BASE-FX
Применение оптоволоконного кабеля в сегменте 100BASE-FX позволяет существенно увеличить протяженность сети, а также избавиться от электрических наводок и повысить секретность передаваемой информации.
Аппаратура 100BASE-FX очень близка к аппаратуре 10BASE-FL . Точно так же здесь используется топология пассивная звезда с подключением компьютеров к концентратору с помощью двух разнонаправленных оптоволоконных кабелей (
