Фізичний рівень технології Fast Ethernet

Мережа Fast Ethernet є подальшим розвитком мережі Ethernet за рахунок збільшення у 10 разів частоти швидкості передачі. При цьому основні аспекти побудови мережі Ethernet залишилися незмінними. Насамперед це стосується механізму (методу) доступу і формату кадру. Основні відмінності спостерігаються на фізичному рівні і пов'язані з використовуваним передавальним середовищем.

Більш складна структура фізичного рівня технології Fast Ethernet викликана тим, що в ній використовуються три варіанти кабельних систем:

• волоконно-оптичний багатомодовый кабель, використовуються два волокна;
• кручена пари категорії 5, використовуються дві пари;
• кручена пари категорії 3, використовуються чотири пари.

Коаксіальний кабель, що дав світу першу мережу Ethernet, у число дозволених середовищ передачі даних нової технології Fast Ethernet не потрапив. Це загальна тенденція багатьох нових технологій, оскільки на невеликих відстанях кручена пара категорії 5 дозволяє передавати дані з тією же швидкістю, що і коаксіальний кабель, але мережа виходить більш дешевою і зручною в експлуатації. На великих відстанях оптичне волокно володіє набагато більш широкою смугою пропущення, чим коаксіал, а вартість мережі виходить ненабагато вище, особливо якщо врахувати високі витрати на пошук і усунення несправностей у великій кабельній коаксіальній системі. Відмова від коаксіального кабелю привела до того, що мережі Fast Ethernet завжди мають ієрархічну деревоподібну структуру, побудовану на концентраторах, як і мережі l0-Base-T/l0Base-F. Основною відмінністю конфігурацій мереж Fast Ethernet є скорочення діаметра мережі приблизно до 200 м, що порозумівається зменшенням часу передачі кадру мінімальної довжини в 10 разів за рахунок збільшення швидкості передачі в 10 разів у порівнянні з 10-мегабітним Ethernet. Проте ця обставина не дуже перешкоджає побудові великих мереж на технології Fast Ethernet. Справа в тому, що середина 90-х років відзначена не тільки широким розповсюдженням недорогих високошвидкісних технологій, але і бурхливим розвитком локальних мереж на основі комутаторів. При використанні комутаторів протокол Fast Ethernet може працювати в повнодуплексному режимі, у який немає обмеження на загальну довжину мережі, а залишаються тільки обмеження на довжину фізичних сегментів, що з'єднують сусідні пристрої (адаптер - комутатор чи комутатор - комутатор). Тому при створенні магістралей локальних мереж великої довжини технологія Fast Ethernet також активно застосовується, але тільки в повнодуплексному варіанті, разом з комутаторами. У порівнянні з варіантами фізичної реалізації Ethernet (а їх нараховується шість), у Fast Ethernet відмінності кожного варіанта від інших глибше — міняється як кількість провідників, так і методи кодування. А тому що фізичні варіанти Fast Ethernet створювалися одночасно, а не еволюційно, як для мереж Ethernet, то малась можливість детально визначити ті підрівні фізичного рівня, що не змінюються від варіанта до варіанта, і ті підрівні, що специфічні для кожного варіанта фізичного середовища. Офіційний стандарт 802.3u встановив три різних специфікації для фізичного рівня Fast Ethernet і дав їм наступні назви (мал.2):

1. 100Base-FX для двопарного кабелю на неекранованій кручений парі UTP категорії 5 чи екранованій кручений парі STP Type 1;

2. 100Base-T4 для кабелю з чотирьох пар на неекранованій кручений парі UTP категорії 3, 4 чи 5;

3. 100Base-FX для багатомодового оптоволоконого кабелю, використовуються два волокна.

Фізичний рівень включає три елементи:

1. рівень узгодження (reconciliation sublayer);

2. незалежний від середовища інтерфейс (Media Independent Interface, МП);

3. пристрій фізичного рівня (Physical layer device, PHY).

Рівень узгодження потрібний для того, щоб рівень MAC, розрахований на інтерфейс AUI, зміг працювати з фізичним рівнем через інтерфейс МІІ. Пристрій фізичного рівня (PHY) складається, у свою чергу, з декількох підрівнів

• підрівня логічного кодування даних, що перетворює поступаючи від рівня MAC байти в символи коду 4В/5В чи 8В/6Т (обидва коди використовуються в технології Fast Ethernet);
• підрівні фізичного приєднання і підрівня залежності від фізичного середовища (PMD), що забезпечують формування сигналів відповідно до методу фізичного кодування, наприклад NRZI чи MLT-3;
• підрівня автопереговорів, що дозволяє двом взаємодіючим портам автоматично вибрати найбільш ефективний режим роботи, наприклад, напівдуплексний чи повнодуплексний (цей підрівень є факультативним).

Інтерфейс МІІ підтримує незалежний від фізичного середовища спосіб обміну даними між підрівнем MAC і підрівнем PHY. Цей інтерфейс аналогічний по призначенню інтерфейсу AUI класичного Ethernet за винятком того, що інтерфейс AUI розташовувався між підрівнем фізичного кодування сигналу (для будь-яких варіантів кабелю використовувався однаковий метод фізичного кодування — манчестерський код) і підрівнем фізичного приєднання до середовища, а інтерфейс МІІ розташовується між підрівнем MAC і підрівнями кодування сигналу, яких у стандарті Fast Ethernet три — FX, ТХ і Т4. Роз'єм МІІ на відміну від рз'єму AUI має 40 контактів, максимальна довжина кабелю МІІ складає один метр. Сигнали, передані по інтерфейсі МП, мають амплітуду 5 В.