7.1.1. Физический уровень технологии Ethernet.
Физический уровень технологии Ethernet состоит из нескольких подуровней. Часть из них связана со средой передачи, часть является независимой от среды передачи. Из табл. 7.1 видно, что в качестве среды передачи сигналов в технологии Ethernet могут использоваться коаксиальные кабели, витая пара UTP и STP, одномодовые и многомодовые оптические кабели. Такое многообразие возможных физических сред передачи обусловлено самой историей технологии, поскольку она адаптировалась к уже существующим кабельным системам для обеспечения быстрого внедрения на рынке.
Чтобы обеспечить разделение стандартов физического уровня Ethernet на зависящие и независимые от среды передачи части, в технологии было предложено аппаратное разделение устройств интерфейса на два типа:
Контроллеры интерфейсов обеспечивают функции физического уровня и выше (например, уровня МАС), не зависящие от среды передачи
Трансиверы интерфейсов преобразуют сигналы интерфейса от контроллера в линейный код и физические сигналы для соответствующей среды передачи
Таким образом, если мы рассматриваем функции физического уровня, связанные со средой передачи сигналов, то речь идет о трансивере. Если же мы говорим об универсальном интерфейсе Ethernet, то речь идет о функциях контроллера.
Data 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0
Clock
NRZ
RZ
NRZ
(Inverse)
Manchester
MLT-3
Multi Level
Threshold
PAM5 +2
+1
pair #1
-2
+2
+1
pair#2 0
-1
-2
Рис. 7.2. Различные типы линейного кода, используемые в технологии Ethernet.
Для корректной работы трансиверов особенное значение имеет формирование линейного кода. Различные интерфейсы требуют различных типов линейного кода (табл. 7.1). Варианты линейных кодов представлены на рис. 7.2. Разные коды имеют разное количество уровней линейного сигнала, например, код РАМ5 использует 5-уровневое кодирование. В связи с этим помехоустойчивость линейных сигналов также различается, что находит отражение в параметре максимального размера сети.
Первые технические решения Ethernet в части интерфейсов были целиком зависящими от среды передачи. По мере развития технологии трансиверы начали отделять от контроллеров. Первый опыт выделения универсального интерфейса Ethernet привел к появлению интерфейса AUI (Attachment Unit Interface), который обеспечивал работу на скорости до 10 Мбит/с. По интерфейсу AUI передавалось 4 типа сигналов: передаваемые данные, принимаемые данные, информация о неисправностях (коллизиях) и питание интерфейса. Дальность подключения не превышала 50м.
Развитие идеологии разделения в интерфейсе трансиверов и контроллеров нашло завершение в формировании подуровня независимого от среды передачи интерфейса MII (Medium Independent Interface), который находится на самом верху физического уровня модели IEEE 802.3 (рис.7.1). Интерфейс MII был разработан для технологии Fast Ethernet (100 Мбит/с) с тем условием, что пользователи могут в равной степени использовать этот интерфейс для систем на металлическом или оптическом кабеле. В результате часть функций преобразования сигналов, в том числе и линейное кодирование, были переданы трансиверу. Интерфейс MII реализует функции 4 групп сигналов: подачу питания на интерфейс, формирование сигналов управления (синхронизация, контроль и пр.), передачу/прием данных и передачу/прием сигналов управления CS, CD и пр.
Развитием технологии MII стал интерфейс GMII (Gigabit Medium Independent Interface), разработанный для сетей Gigabit Ethernet (GE). В отличие от MII интерфейс GMII был ориентирован на современные достижения микропроцессорной техники. Спецификации GMII ориентированы на описание логического соединения, а сам интерфейс находится внутри микропроцессора GE.