11. Спецификация Ethernet на симметричном кабеле 10Base-т. Основные параметры.

Стандарт 10Base-T. Стандарт принят в 1991 году как дополнение к существующему набору стандартов Ethernet. Использует в качестве среды двойную неэкранированную витую пару. Соединения станций осуществляются по топологии "точка - точка" со специальным устройством - многопортовым повторителем с помощью двух витых пар. Одна витая пара используется для передачи данных от станции к повторителю, а другая - для передачи данных от повторителя станции.

• 10Base-T - кабель на основе неэкранированной витой пары. Образует звездообразную топологию с концентратором. Расстояние между концентратором и конечным узлом - не более 100 м.

• 10Base-T (Сеть категории 3) - ​​физический интерфейс Ethernet, позволяющий соединятся компьютерам по симметричному кабелю типа "витая пара". Кабель данной категории имеет в своей конструкции 2 симметричных витых медных пары свитых между собой и защищенных от внешних воздействий наружной оболочкой. Физическая особенность идеальной "витой пары" состоит в том, что текущий по 2м свитым проводникам ток создает внешнее электромагнитное поле, которое будучи противоположно направленным от двух проводников с одинаковыми характеристиками взаимно компенсируется. Говоря более простым языком, идеальная витая пара ничего не излучает в окружающую среду. Сеть данного формата позволила перейти от технологии "шина" на коаксиальном кабеле к физической схеме "звезда", тем самым значительно повысив надежность работы сети - при выходе из строя 1 сегмента вся оставшаяся сеть продолжала работать. Администраторы ( а я в этот период работал именно в этой роли) по достоинству оценили эту технологию. Теперь не нужно было бегать с тестером по кабинетам, измеряя сопротивление левого и правого сегмента сети, для нахождения точки шины, в которой пропал контакт на Т-коннекторе. Сеть данного формата выполнялась либо на кабеле категории 3. Частотная характеристика сетей 10Base-T составляет всего 16 МГц и пропускная способность такой сети быстро перестала удовлетворять все возрастающие объемы передачи данных по сети. И требовалось дальнейшее развитие стандарта.

12. Технология Fast Ethernet. Полнодуплексное включение. Спецификации физического уровня.

Для технологии Fast Ethernet разработаны различные варианты физического уровня, отличающиеся не только типом кабеля и электрическими параметрами импульсов, как это сделано в технологии 10 Мб/с Ethernet, но и способом кодирования сигналов и количеством используемых в кабеле проводников. Поэтому физический уровень Fast Ethernet имеет более сложную структуру, чем классический Ethernet. Эта структура представлена на рисунке 1.4.

Физический уровень состоит из трех подуровней:

Уровень согласования (reconciliation sublayer);

Независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, MII);

Устройство физического уровня (Physical layer device, PHY).

Устройство физического уровня (PHY) обеспечивает кодирование данных, поступающих от MAC-подуровня для передачи их по кабелю определенного типа, синхронизацию передаваемых по кабелю данных, а также прием и декодирование данных в узле-приемнике.

Интерфейс MII поддерживает независимый от используемой физической среды способ обмена данными между MAC-подуровнем и подуровнем PHY. Этот интерфейс аналогичен по назначению интерфейсу AUI классического Ethernet'а за исключением того, что интерфейс AUI располагался между подуровнем физического кодирования сигнала (для любых вариантов кабеля использовался одинаковый метод физического кодирования - манчестерский код) и подуровнем физического присоединения к среде, а интерфейс MII располагается между MAC-подуровнем и подуровнями кодирования сигнала, которых в стандарте Fast Ethernet три - FX, TX и T4. Внешний вариант соответствует случаю, когда трансивер вынесен в отдельное устройство и соединен кабелем MII через разъем MII с микросхемой MAC-подуровня (рисунок 1.6). Разъем MII в отличие от разъема AUI имеет 40 контактов, максимальная длина кабеля MII составляет 1 метр. Сигналы, передаваемые по интерфейсу MII, имеют амплитуду 5 В. Интерфейс MII может использоваться не только для связи PHY с MAC, но и для соединения устройств PHY с микросхемой повторения сигналов в многопортовом повторителе-концентраторе.

Полнодуплексный режим работы

Узлы, поддерживающие спецификации PHY FX и PHY TX, могут работать в полнодуплексном режиме (full-duplex mode). В этом режиме не используется метод доступа к среде CSMA/CD и отсутствует понятие коллизий - каждый узел одновременно передает и принимает кадры данных по каналам Tx и Rx.

Полнодуплексная работа возможна только при соединения сетевого адаптера с коммутатором или же при непосредственном соединении коммутаторов.

При полнодуплексной работе стандарты 100Base-TX и 100Base-FX обеспечивают скорость обмена данными между узлами 200 Мб/с.

Полнодуплексный режим работы для сетей 100Base-T пока не принят комитетом IEEE в качестве стандарта. Тем не менее многие производители выпускают как сетевые адаптеры, так и коммутаторы для этого режима. Из-за отсутствия стандарта эти продукты не обязательно корректно работают друг с другом.

В полнодуплексном режиме необходимо определить процедуры управления потоком кадров, так как без этого механизма возможны ситуации, когда буферы коммутатора переполнятся и он начнет терять кадры Ethernet, что всегда крайне нежелательно, так как восстановление информации будет осуществляться более медленными протоколами транспортного или прикладного уровней.

Ввиду отсутствия стандартов на полнодуплексные варианты Ethernet'a каждый производитель сам определяет способы управления потоком кадров в коммутаторах и сетевых адаптерах. Обычно, при заполнении буфера устройства до определенного предела, это устройство посылает передающему устройству сообщение о временном прекращении передачи (XOFF). При освобождении буфера посылается сообщение о возможности возобновить передачу (XON).

Физический уровень 100Base-T4 - четырехпарная витая пара

Спецификация PHY T4 была разработана для того, чтобы можно было использовать для высокоскоростного Ethernet'а имеющуюся проводку на витой паре категории 3. Эта спецификация использует все 4 пары кабеля для того, чтобы можно было повысить общую пропускную способность за счет одновременной передачи потоков бит по нескольким витым парам.

Структура физического уровня PHY T4 изображена на рисунке 1.14.

Вместо кодирования 4B/5В в этом методе используется кодирование 8B/6T. Каждые 8 бит информации MAC-уровня кодируются 6-ю троичными цифрами (ternary symbols), то есть цифрами, имеющими три состояния. Каждая троичная цифра имеет длительность 40 наносекунд. Группа из 6-ти троичных цифр затем передается на одну из трех передающих витых пар, независимо и последовательно. Четвертая пара всегда используется для прослушивания несущей частоты в целях обнаружения коллизии. Скорость передачи данных по каждой из трех передающих пар равна 33.3 Мб/c, поэтому общая скорость протокола 100Base-T4 составляет 100 Мб/c. В то же время из-за принятого способа кодирования скорость изменения сигнала на каждой паре равна всего 25 Мбод, что и позволяет использовать витую пару категории 3.

На рисунке 1.15 показано соединение порта MDI сетевого адаптера 100Base-T4 с портом MDI-X повторителя. Из рисунка видно, пара 1-2 всегда используется для передачи данных от порта MDI к порту MDI-X, пара 3-6 всегда используется для приема данных портом MDI от порта MDI-X, а пары 4-5 и 7-8 являются двунаправленными и используются и для приема, и для передачи, в зависимости от потребности.

Подуровень согласования нужен для того, чтобы согласовать работу подуровня MAC с интерфейсом MII.

Интерфейс MII

Существует два варианта реализации интерфеса MII: внутренний и внешний.

При внутреннем варианте микросхема, реализующая подуровни MAC и согласования, с помощью интерфеса MII соединяется с микросхемой трансивера внутри одного и того же конструктива, например, платы сетевого адаптера или модуля маршрутизатора (рисунок 1.5). Микросхема трансивера реализует все функции устройства PHY.