Відмінності між версіями «Fast Ethernet»

Матеріал з Вікі ЦДУ
Перейти до: навігація, пошук
 
(не показана одна проміжна версія 7 учасників)
Рядок 1: Рядок 1:
−
'''FastEthernet''' являє собою розвиток архітектури Ethernet на витій парі завдяки підвищенню у 10 раз тактової частоти. Основні принципи архітектури (метод доступу, формат фрейма та інші) залишаються незмінними. Стандартом IEEE802.3u визначено три типи FastEthernet: 100BaseT4 та 100BaseTX – для витої пари та 100BaseFX – для оптоволоконного кабелю. Архітектура 100BaseTX має певні переваги – вона грунтується на використанні кабелю (неекранованої витої пари 5 категорії) та розняттів, аналогічних до вимог 10BaseT. Це дає змогу проводити заміну мережних адаптерів 10BaseT на 100BaseTX без заміни кабелю та розняттів.  
+
[http://www.ixbt.com/comm/tech-fast-ethernet.shtml Fast Ethernet] - специфікація IEЕЕ 802.3 u офіційно прийнята 26 жовтня 1995 року визначає стандарт протоколу канального рівня для мереж працюють при використанні як мідного, так і волоконно-оптичного кабелю зі швидкістю 100Мб / с. Нова специфікація є спадкоємицею стандарту Ethernet IEЕЕ 802.3, використовуючи такий же формат кадру, механізм доступу до середовища CSMA / CD і топологію зірка. Еволюція торкнулася декількох елементів конфігурації засобів фізичного рівня, що дозволило збільшити пропускну спроможність, включаючи типи застосовуваного кабелю, довжину сегментів і кількість концентраторів.
−
Усі типи FastEthernet мають обмеження 100 м на довжину променя та 200 м (400 м для FX) – на діаметр мережі (максимальну відстань між двома вузлами мережі). 100BaseVG – 100Mбіт/с, мережа на витій парі категорії 3 для звукової телефонії (VG – Voice–Grade).
+
  
  
 +
== Історія ==
 +
Класичний 10-мегабитный Ethernet влаштовував більшість користувачів на протязі близько 15 років. Проте на початку 90-х років почала відчуватися його недостатня пропускна спроможність. Для комп'ютерів на процесорах Intel 80286 або 80386 з шинами ISA (8 Мбайт/с) або EISA (32 Мбайт/с) пропускна спроможність сегменту Ethernet складала 1/8 або 1/32 каналу «пам'ять-диск», і це добре узгоджувалося із співвідношенням об'ємів даних, що обробляються локально, і даних, передаваних по мережі. Для могутніших клієнтських станцій з шиною PCI (133 Мбайт/с) ця частка впала до 1/133, що було явно недостатньо. Тому багато сегментів 10-мегабитного Ethernet стали переобтяженими, реакція серверів в них значно впала, а частота виникнення колізій істотно зросла, ще більш знижуючи корисну пропускну спроможність.
  
 +
Назріла необхідність в розробці «нового» Ethernet, тобто технології, яка була б такою ж ефективною по співвідношенню ціна/якість при продуктивності 100 Мбіт/с. В результаті пошуків і досліджень фахівці розділилися на два табори, що врешті-решт привело до появи двох нових технологій - Fast Ethernet і 100VG-AnyLAN. Вони відрізняються ступенем спадкоємності з класичним Ethernet.
 +
 +
У 1992 році група виробників мережевого устаткування, включаючи таких лідерів технології Ethernet, як SynOptics, 3Com і ряд інших, утворили некомерційне об'єднання Fast Ethernet Alliance для розробки стандарту нової технології, яка повинна була в максимально можливому ступені зберегти особливості технології Ethernet.
 +
 +
Другий табір очолили компанії Hewlett-Packard і AT&T, які запропонували скористатися слушною нагодою для усунення деяких відомих недоліків технології Ethernet. Через деякий час до цих компаній приєдналася компанія IBM, яка внесла свій внесок пропозицією забезпечити в новій технології деяку сумісність з мережами Token Ring.
 +
 +
У комітеті 802 інститути IEEE в цей же час була сформована дослідницька група для вивчення технічного потенціалу нових високошвидкісних технологій. За період з кінця 1992 року і по кінець 1993 року група IEEE вивчила 100-мегабитные рішення, запропоновані різними виробниками. Разом з пропозиціями Fast Ethernet Alliance група розглянула також і високошвидкісну технологію, запропоновану компаніями Hewlett-Packard і AT&T.
 +
 +
В центрі дискусій була проблема збереження випадкового методу доступу CSMA/CD. Пропозиція Fast Ethernet Alliance зберігала цей метод і тим самим забезпечувала спадкоємність і узгодженість мереж 10 Мбіт/с і 100 Мбіт/с. Коаліція HP і AT&T, яка мала підтримку значно меншого числа виробників в мережевій індустрії, чим Fast Ethernet Alliance, запропонувала абсолютно новий метод доступу, названий Demand Priority - пріоритетний доступ на вимогу. Він істотно міняв картину поведінки вузлів в мережі, тому не зміг вписатися в технологію Ethernet і стандарт 802.3, і для його стандартизації був організований новий комітет IEEE 802.12.
 +
 +
Осінню 1995 року обидві технології стали стандартами IEEE. Комітет IEEE 802.3 прийняв специфікацію Fast Ethernet як стандарт 802.3и, який не є самостійним стандартом, а є доповненням до існуючого стандарту 802.3 у вигляді розділів з 21 по 30. Комітет 802.12 прийняв технологію 100VG-AnyLAN, яка використовує новий метод доступу Demand Priority і підтримує кадрів двох форматів - Ethernet і Token Ring.
 +
 +
=='''Загальні вимоги до проектування'''==
 +
 +
Fast Ethernet є розширенням існуючого стандарту Ethernet. Вона (технологія) працює за допомогою UTP-кабеля для передачі даних або опто-волоконного кабеля і використовує CSMA / CD в топології шини типу "зірка", схожа на 10BASE-T, де всі кабелі кріпляться до концентратора. І це забезпечує сумісність з існуючими 10BASE-T системами і таким чином дозволяє  plug-and-play ("підключити і грати") оновлення з 10BASE-T. Fast Ethernet іноді називають 100BASE-X, де X є прототипом для FX і TX варіантів.
 +
 +
"100" в позначенні типу носія відноситься до швидкості передачі 100 Мбіт/сек. "BASE" відноситься до концентратора (смуги) сигналів, що означає, що тільки сигнали Ethernet здійснюється в середовищі. TX, FX і Т4 відносяться до фізичного середовища, яке несе в собі сигнал.
 +
 +
Швидкий адаптер Ethernet може бути логічно розділений на Media Access Controller (MAC), який займається питаннями більш високого рівня можливостей середовища та інтерфейс фізичного рівня (PHY). MAC може бути пов'язано з PHY за допомогою 4-бітного 25-МГц-го синхронного паралельного інтерфейсу, відомого як Media Independent Interface (MII) або 2бітного 50-МГц зменшеного варіанту Зменшеного Media Independent Interface (RMII). Повторювачі (концентратори) також допустимі і підключаються до декількох PHY для їх різних інтерфейсів.
 +
 +
MII може (рідко) бути зовнішним зв'язком, але, як правило, є зв'язком між кількома ІС в мережевому адаптері або, навіть, в межах однієї мікросхеми. Специфікації, які  написані, базуються на  припущенні, що інтерфейс між MAC і PHY буде MII, але вони не вимагають цього.
 +
 +
MII фіксує теоретичну максимальну швидкість передачі даних для всіх версій швидкого Ethernet до 100 Мбіт/с. Швидкість передачі даних, яка  дійсно спостерігається в реальних мережах, менше теоретичного максимуму, у зв'язку з необхідним "заголовком" та "причепом" (біти адресації і виявлення помилок) на кожний кадр, випадковими "втраченими кадрами" у зв'язку з "шумом", і часом очікування після кожного відправленого кадру для інших пристроїв в мережі, щоб закінчити передачу.
 +
 +
[[Файл:Net-Card.JPEG]]
 +
 +
=='''Технология''' ==
 +
 +
В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель.
 +
 +
Причинами перехода на витую пару были:
 +
 +
возможность работы в дуплексном режиме;
 +
низкая стоимость кабеля «витой пары»;
 +
более высокая надёжность сетей при неисправности в кабеле;
 +
большая помехозащищенность при использовании дифференциального сигнала;
 +
возможность питания по кабелю маломощных узлов, например IP-телефонов (стандарт Power over Ethernet, POE);
 +
отсутствие гальванической связи (прохождения тока) между узлами сети. При использовании коаксиального кабеля в российских условиях, где, как правило, отсутствует заземление компьютеров, применение коаксиального кабеля часто сопровождалось пробоем сетевых карт, и иногда даже полным «выгоранием» системного блока.
 +
Причиной перехода на оптический кабель была необходимость увеличить длину сегмента без повторителей.
 +
 +
Метод управления доступом (для сети на коаксиальном кабеле) — множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт, описаны методы кодирования данных. Режим работы полудуплексный, то есть узел не может одновременно передавать и принимать информацию. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала — не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов, в основном по причине полудуплексного режима работы.
 +
 +
В 1995 году принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с и появилась возможность работы в режиме полный дуплекс. В 1997 году был принят стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с для передачи по оптоволокну и еще через два года для передачи по витой паре.
 +
 +
 +
=='''''Відмінності Fast Ethernet від Ethernet''''' ==
 +
 +
Всі відмінності технології Fast Ethernet від Ethernet зосереджені на фізичному рівні (мал. 1). Рівні MAC і LLC у Fast Ethernet залишилися абсолютно тими ж, і їх описують колишні глави стандартів 802.3 і 802.2. Тому розглядаючи технологію Fast Ethernet, покажемо тільки кілька варіантів її фізичного рівня.
 +
 +
[[Файл:11.JPG]]
 +
 +
=='''''[[Фізичний рівень технології Fast Ethernet]]''''' ==
 +
 +
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.
 +
 +
Офіційний стандарт 802.3u встановив три різних специфікації для фізичного рівня Fast Ethernet і дав їм наступні назви :
 +
 +
Фізичний рівень 100Base-FX - багатомодове оптоволокно, два волокна ;
 +
 +
Фізичний рівень 100Base-TX - кручена пара UTP Cat 5 чи STP Type 1, дві пари ;
 +
 +
Фізичний рівень 100Base-T4 - кручена пара UTP Cat 3, чотири пари.
 +
 +
Для всіх трьох стандартів справедливі наступні твердження і характеристики. Формати кадрів технології Fast Ethernet не відрізняються від форматів кадрів технологій 10-мегабітного Ethernet. Міжкадровий інтервал (IPG) дорівнює 0,96 мкс, а бітовий інтервал дорівнює 10 нс. Усі тимчасові параметри алгоритму доступу (інтервал відстрочки, час передачі кадру мінімальної довжини і т.п.), вимірюються в бітових інтервалах, залишилися старими, тому зміни в розділи стандарту, що стосуються рівня MAC, не вносилися. Ознакою вільного стану середовища є передача по ньому символу Idle відповідного надлишкового коду (а не відсутність сигналів, як у стандартах Ethernet 10 Мбіт/с).
 +
 +
Хоча Fast Ethernet і є продовженням стандарту Ethernet, перехід від мережі 10BaseT до 100BaseT не можна розглядати як механічну заміну устаткування - для цього можуть бути потрібно зміни в топології мережі.
 +
 +
== '''ТРИ ВИДИ FAST ETHERNET''' ==
 +
 +
Офіційний стандарт 802.3u встановив три різних специфікації для фізичного рівня Fast Ethernet і дав їм наступні назви (рис. 2):
 +
 +
Фізичний рівень [[100Base-FX]] - багатомодове оптоволокно, два волокна
 +
 +
Фізичний рівень [[100Base-TX]] - кручена пара UTP Cat 5 чи STP Type 1, дві пари
 +
 +
Фізичний рівень [[100Base-T4]] - кручена пара UTP Cat 3, чотири пари
 +
 +
[[Файл:Img002.jpg]]
 +
 +
Рис. 2 - Структура фізичного рівня Fast Ethernet
 +
 +
Для всіх трьох стандартів справедливі наступні твердження і характеристики.
 +
 +
- Формати кадрів технології Fast Ethernet не відрізняються від форматів кадрів технологій 10-мегабитного Ethernet.
 +
 +
- Міжкадровий інтервал (IPG) рівний 0,96 мкс, а бітовий інтервал рівний 10 нс. Всі тимчасові параметри алгоритму доступу (інтервал відстрочення, час передачі кадру мінімальної довжини і т. п.), зміряні в бітових інтервалах, залишилися колишніми, тому зміни в розділи стандарту, що стосуються рівня MAC, не вносилися.
 +
 +
- Ознакою вільного стану середовища є передача по ній символу Idle відповідної надмірної коди (а не відсутність сигналів, як в стандартах Ethernet 10 Мбіт/с).
 +
 +
Фізичний рівень включає три елементи:
 +
 +
- рівень узгодження (reconciliation sublayer);
 +
 +
- незалежний від середовища інтерфейс (Media Independent Interface, MII);
 +
 +
- 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 MII.
 +
 +
Пристрій фізичного рівня (PHY) полягає, у свою чергу, з декількох підрівнів (див. рис. 1):
 +
 +
- підрівня логічного кодування даних, такого, що перетворює що поступають від рівня MAC байти в символи коди 4В/5В або 8В/6Т (обидві коди використовуються в технології Fast Ethernet);
 +
 +
- підрівнів фізичного приєднання і підрівня залежності від фізичного середовища (PMD), які забезпечують формування сигналів відповідно до методу фізичного кодування, наприклад NRZI або MLT-3;
 +
 +
- підрівня автопереговорів, який дозволяє двом взаємодіючим портам автоматично вибрати найбільш ефективний режим роботи, наприклад, напівдуплексний або повнодуплексний (цей підрівень є факультативним).
 +
 +
Інтерфейс MII підтримує незалежний від фізичного середовища спосіб обміну даними між підрівнем MAC і підрівнем PHY. Цей інтерфейс аналогічний за призначенням 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 Мii розташовується між підрівнем MAC і підрівнями кодування сигналу, яких в стандарті Fast Ethernet три, - FX, ТХ і Т4.
 +
 +
Роз'їм Мii на відміну від роз'єму AUI має 40 контактів, максимальна довжина кабелю Мii складає один метр. Сигнали, передавані по інтерфейсу Мii, мають амплітуду 5 Ст.
 +
 +
=='''''Фізичний рівень 100Base-FX - багатомодове оптоволокно, два волокна'''''==
 +
 +
Ця специфікація визначає роботу протоколу Fast Ethernet по багатомодовому оптоволокну в напівдуплексному і повнодуплексному режимах. Як і в стандарті FDDI, кожен вузол з'єднується з мережею двома оптичними волокнами, що йдуть від приймача (Rx) і від передавача (Тх).
 +
 +
Між специфікаціями 100Base-FX і 100Base-TX є багато загального, тому загальні для двох специфікацій властивості даватимуться під узагальненою назвою 100Base-FX/TX.
 +
 +
Тоді як Ethernet із швидкістю передачі 10 Мбіт/с використовує манчестерське кодування для представлення даних при передачі по кабелю, в стандарті Fast Ethernet визначений інший метод кодування - 4В/5В. При цьому методі кожні 4 бита даних підрівня MAC (званих символами) представляються 5 бітами. Надмірний біт дозволяє застосувати потенційні коди при уявленні кожного з п'яти битий у вигляді електричних або оптичних імпульсів. Існування заборонених комбінацій символів дозволяє отбраковывать помилкові символи, що підвищує стійкість роботи мереж з 100Base-FX/TX.
 +
[[Файл:Img003.jpg]]
 +
 +
Рис. 3 -  Структура кадру Fast Ethernet
 +
 +
Для відділення кадру Ethernet від символів Idle використовується комбінація символів Start Delimiter (пара символів J (11000) і До (10001) коди 4В/5В, а після завершення кадру перед першим символом Idle вставляється символ Т (рис. 3).
 +
 +
Після перетворення 4-бітових порцій код MAC в 5-бітові порції фізичного рівня їх необхідно представити у вигляді оптичних або електричних сигналів в кабелі, що сполучає вузли мережі. Специфікації 100Base-FX і 100Base-TX використовують для цього різні методи фізичного кодування - NRZI і MLT-3 відповідно (як і в технології FDDI при роботі через оптоволокно і виту пару).
 +
 +
 +
=='''''Фізичний рівень 100Base-TX - вита пара UTP Cat 5 або STP Type 1, дві пари'''''==
 +
 +
Як середовище передачі даних специфікація 100Base-TX використовує кабель UTP категорії 5 або кабель STP Type 1. Максимальна довжина кабелю в обох випадках -100 м.
 +
 +
Основні відмінності від специфікації 100Base-FX - використання методу MLT-3 для передачі сигналів 5-бітових порцій коди 4В/5В по витій парі, а також наявність функції автопереговорів (Auto-negotiation) для вибору режиму роботи порту. Схема автопереговорів дозволяє двом сполученим фізично пристроям, які підтримують декілька стандартів фізичного рівня, що відрізняються бітовою швидкістю і кількістю витих пар, вибрати найбільш вигідний режим роботи. Зазвичай процедура автопереговорів відбувається при під'єднуванні мережевого адаптера, який може працювати на швидкостях 10 і 100 Мбіт/с, до концентратора або комутатора.
 +
 +
Описана нижче схема Auto-negotiation сьогодні є стандартом технології 100Base-T. До цього виробники застосовували різні власні схеми автоматичного визначення швидкості роботи взаємодіючих портів, які не були сумісні. Прийняту як стандарт схему Auto-negotiation запропонувала спочатку компанія National Semiconductor під назвою NWay.
 +
 +
Всього в даний час визначено 5 різних режимів роботи, які можуть підтримувати пристрої 100Base-TX або 100Base-T4 на витих парах:
 +
 +
- 10Base-T - 2 пари категорії 3;
 +
 +
- 10Base-T full-duplex - 2 пари категорії 3;
 +
 +
- 100Base-TX - 2 пари категорії 5 (або Type 1A STP);
 +
 +
- 100Base-T4 - 4 пари категорії 3;
 +
 +
- 100Base-TX full-duplex - 2 пари категорії 5 (або Type 1A STP).
 +
 +
Режим 10Base-T має найнижчий пріоритет при переговорному процесі, а повнодуплексний режим 100Base-TX - найвищий. Переговорний процес відбувається при включенні живлення пристрою, а також може бути ініційований у будь-який момент модулем управління пристрою
 +
 +
Пристрій, що почав процес auto-negotiation, посилає своєму партнерові пачку спеціальних імпульсів Fast Link Pulse burst (FLP), в якому міститься 8-бітове слово, що кодує пропонований режим взаємодії, починаючи з найпріоритетнішого, підтримуваного даним вузлом.
 +
 +
Якщо вузол-партнер підтримує функцію auto-negotuiation і також може підтримувати запропонований режим, він відповідає пачкою імпульсів FLP, в якій підтверджує даний режим, і на цьому переговори закінчуються. Якщо ж вузол-партнер може підтримувати менш пріоритетний режим, то він указує його відповідає, і цей режим вибирається як робочого. Таким чином, завжди вибирається найбільш пріоритетний загальний режим вузлів.
 +
 +
Вузол, який підтримує тільки технологію 10Base-T, кожні 16 мс посилає манчестерські імпульси для перевірки цілісності лінії, що пов'язує його з сусіднім вузлом. Такий вузол не розуміє запит FLP, який робить йому вузол з функцією Auto-negotiation, і продовжує посилати свої імпульси. Вузол, що отримав у відповідь на запит FLP тільки імпульси перевірки цілісності лінії, розуміє, що його партнер може працювати тільки за стандартом 10Base-T, і встановлює цей режим роботи і для себе.
 +
 +
<table>
 +
'''8P8C Wiring (TIA/EIA-568-B T568B)'''
 +
<tr>
 +
<th>Pin</th>
 +
<th>Пара</th>
 +
<th>Дріт</th>
 +
<th>Колір</th>
 +
</tr>
 +
<tr bgcolor="#FFCC33">
 +
<td>1</td>
 +
<td>2</td>
 +
<td>+/tip</td>
 +
<td bgcolor="white" align="left">білий/помаранчевий</td>
 +
</tr>
 +
<tr bgcolor="#FFCC33">
 +
<td>2</td>
 +
<td>2</td>
 +
<td>-/ring</td>
 +
<td bgcolor="white" align="left"> помаранчевий</td>
 +
</tr>
 +
<tr bgcolor="#66FF66">
 +
<td>3</td>
 +
<td>3</td>
 +
<td>+/tip</td>
 +
<td bgcolor="white" align="left"> білий/зелений</td>
 +
</tr>
 +
<tr bgcolor="#6699FF">
 +
<td>4</td>
 +
<td>1</td>
 +
<td>-/ring</td>
 +
<td bgcolor="white" align="left"> блакитний</td>
 +
</tr>
 +
<tr bgcolor="#6699FF">
 +
<td>5</td>
 +
<td>1</td>
 +
<td>+/tip</td>
 +
<td bgcolor="white" align="left"> білий/блакитний</td>
 +
</tr>
 +
<tr bgcolor="#66FF66">
 +
<td>6</td>
 +
<td>3</td>
 +
<td>-/ring</td>
 +
<td bgcolor="white" align="left"> зелений</td>
 +
</tr>
 +
<tr bgcolor="#996633">
 +
<td>7</td>
 +
<td>4</td>
 +
<td>+/tip</td>
 +
<td bgcolor="white" align="left"> білий/коричневий</td>
 +
</tr>
 +
<tr bgcolor="#996633">
 +
<td>8</td>
 +
<td>4</td>
 +
<td>-/ring</td>
 +
<td bgcolor="white" align="left"> коричневий</td>
 +
</tr>
 +
</table>
 +
 +
=='''''Фізичний рівень 100Base-T4 - вита пара UTP Cat 3, чотири пари'''''==
 +
 +
Специфікація 100Base-T4 була розроблена для того, щоб можна було використовувати для високошвидкісного Ethernet наявну проводку на витій парі категорії 3. Ця специфікація дозволяє підвищити загальну пропускну спроможність за рахунок одночасної передачі потоків битий по всіх 4 парам кабелю.
 +
 +
Специфікація 100Base-T4 з'явилася пізніше за інші специфікації фізичного рівня Fast Ethernet. Розробники цієї технології в першу чергу хотіли створити фізичні специфікації, найбільш близькі до специфікацій 10Base-T і 10Base-F, які працювали на двох лініях передачі даних: двох парах або двох волокнах. Для реалізації роботи по двох витих парах довелося перейти на якісніший кабель категорії 5.
 +
 +
В той же час розробники конкуруючої технології 100VG-AnyLAN спочатку зробили ставку на роботу по витій парі категорії 3; найголовніша перевага полягала не стільки у вартості, а в тому, що вона була вже прокладена в переважному числі будівель. Тому після випуску специфікацій 100Base-TX і 100Base-FX розробники технології Fast Ethernet реалізували свій варіант фізичного рівня для витої пари категорії 3.
 +
 +
Замість кодування 4В/5В в цьому методі використовується кодування 8В/6Т, яке володіє вужчим спектром сигналу і при швидкості 33 Мбіт/с укладається в смугу 16 Мгц витої пари категорії 3 (при кодуванні 4В/5В спектр сигналу в цю смугу не укладається). Кожні 8 біт інформації рівня MAC кодуються 6-у трійковими цифрами (ternary symbols), тобто цифрами, що мають три стани. Кожна трійкова цифра має тривалість 40 нс. Група з 6-ти трійкових цифр потім передається на одну з трьох передавальних витих пар, незалежно і послідовно.
 +
 +
Четверта пара завжди використовується для прослуховування частоти, що несе, в цілях виявлення колізії. Швидкість передачі даних по кожній з трьох передаю щих пару рівна 33,3 Мбіт/с, тому загальна швидкість протоколу 100Base-T4 складає 100 Мбіт/с. В той же час із-за прийнятого способу кодування швидкість зміни сигналу на кожній парі рівна всього 25 Мбод, що і дозволяє використовувати виту пару категорії 3.
 +
 +
На рис. 4 показано з'єднання порту MDI мережевого адаптера 100Base-T4 з портом MDI-X концентратора (приставка Х говорить про те, що у цього роз'єму приєднання приймача і передавача міняються парами кабелю в порівнянні з роз'ємом мережевого адаптера, що дозволяє простіше сполучати пари проводів в кабелі - без перехрещення). Пара 1-2 завжди потрібний для передачі даних від порту MDI до порту MDI-X, пара 3-6 -для прийому даних портом MDI від порту MDI-X, а пари 4-5 і 7-8 є двонаправленими і використовуються як для прийому, так і для передачі, залежно від потреби.
 +
[[Файл:Img004.jpg]]
 +
 +
Рис. 4 - З'єднання вузлів по специфікації 100Base-T4
 +
 +
 +
=='''''Правила побудови сегментів Fast Ethernet при використанні повторювачей класу I і класу II'''''==
 +
 +
Технологія Fast Ethernet, як і всі некоаксіальні варіанти Ethernet розрахована на підключення кінцевих вузлів - комп'ютерів з відповідними мережевими адаптерами - до багатопортових концентраторів-повторителям або комутаторів.
 +
 +
Правила коректної побудови сегментів мереж Fast Ethernet включають:
 +
 +
- обмеження на максимальні довжини сегментів, сполучаючих DTE з DTE;
 +
 +
- обмеження на максимальні довжини сегментів, сполучаючих DTE з портом повторителя;
 +
 +
- обмеження на максимальний діаметр мережі;
 +
 +
- обмеження на максимальне число повторителей і максимальну довжину сегменту, що сполучає повторители.
 +
 +
=='''''Обмеження довжин сегментів DTE-DTE'''''==
 +
 +
Як DTE (Data Terminal Equipment) може виступати будь-яке джерело кадрів даних для мережі: мережевий адаптер, порт моста, порт маршрутизатора, модуль управління мережею і інші подібні пристрої. Порт повторителя немає DTE, оскільки він побитно повторює кадр, що вже з'явився в сегменті. У типовій конфігурації мережі Fast Ethernet декілька DTE підключається до портів повторителя, утворюючи мережу зіркоподібної топології.
 +
 +
 +
 +
Специфікація IEEE 802.3u визначає наступні максимальні значення сегментів DTE-DTE:
 +
[[Файл:Img005.jpg]]
 +
 +
==Метод кодування NRZI==
 +
 +
NRZI - Non Return to Zero Invertive (інверсне кодування без повернення до нуля) Цей метод є модифікованим методом Non Return to Zero (NRZ), де для представлення 1 і 0 використовуються потенціали двох рівнів. У коді NRZ I також використовується 2 потенціалу, але його поточне значення залежить від попереднього. Якщо поточне значення біта "1", то отриманий потенціал повинен бути інверсією від попереднього, якщо значення біта "0" - такий же.
 +
 +
[[Файл:Кук.png]]
 +
 +
 +
Оскільки код незахищений від довгих послідовностей "нулів" або "одиниць", то це може призвести до проблем синхронізації. Тому перед передачею, задану послідовність бітів рекомендується попередньо закодувати кодом передбачають скремблирование (скремблер призначений для додання властивостей випадковості переданої послідовності даних з метою полегшення виділення тактової частоти приймачем).
 +
 +
==Метод кодування MLT-3==
 +
 +
MLT-3 Multi Level Transmission - 3 (багаторівнева передача) - трохи схожий з кодом NRZ, але на відміну від останнього має три рівні сигналу.
 +
 +
Одиниці відповідає перехід з одного рівня сигналу на інший, причому зміна рівня сигналу відбувається послідовно з урахуванням попереднього переходу. При передачі "нуля" сигнал не змінюється.
 +
 +
[[Файл:yty.png]]
 +
 +
 +
Цей код, так само як і NRZ потребує попереднього кодування.
 +
 +
=='''''Обмеження мереж Fast Ethernet, побудованих на повторителях'''''==
 +
 +
Повторітелі Fast Ethernet діляться на два класи.
 +
 +
Повторітелі класу I підтримують всі типи систем кодування фізичного рівня: 100Base-TX/FX (4B/5B) і 100Base-T4 (8B/6T). Повторітелі класу II підтримують тільки один тип системи кодування фізичного рівня - 100Base-TX/FX або 100Base-T4.  Тобто повторители класу I дозволяють виконувати трансляцію логічних код з бітовою швидкістю 100 Мбіт/с, а повторителям класу II ця операція недоступна.
 +
 +
У одному домені колізій допускається наявність тільки одного повторителя класу I. Це пов'язано з тим, що такий повторитель вносить велику затримку при розповсюдженні сигналів із-за необхідності трансляції різних систем сигналізації – 70bt.
 +
 +
Максимальне число повторителей класу II в домені колізій - 2, причому вони повинні бути сполучені між собою кабелем не довше 5 метрів.
 +
 +
Невелика кількість повторителей Fast Ethernet не є серйозною перешкодою при побудові мереж. По-перше, наявність стекових повторителей знімає проблеми обмеженого числа портів - всі повторители, що каскадують, є одним повторитель з достатнім числом портів - до декількох сотень. По-друге, застосування комутаторів і маршрутизаторів ділить мережа на декілька доменів колізій, в кожному з яких зазвичай є не дуже велике число станцій.
 +
 +
У наступній таблиці зведені правила побудови мережі на основі повторителе класу I.
 +
[[Файл:img006.jpg]]
 +
 +
Ці обмеження проілюстровані типовими конфігураціями мереж, показаними на рис. 5.
 +
[[Файл:img007.jpg]]
 +
 +
Рис. 5 - Приклади побудови мережі за допомогою повторювачей класу I
 +
 +
Таким чином, правило 4-х хабов перетворилося для технології Fast Ethernet в правило одного або двох хабов, залежно від класу хаба.
 +
 +
При визначенні коректності конфігурації мережі можна не керуватися правилами одного або двох хабов, а розраховувати час подвійного обороту мережі, як це було показано раніше для мережі Ethernet 10 Мбіт/с.
 +
 +
=='''''БІГУН НА КОРОТКІ ДИСТАНЦІЇ'''''==
 +
 +
Хоча Fast Ethernet і є продовженням стандарту Ethernet, перехід від мережі 10BaseT до 100BaseT не можна розглядати як механічну заміну устаткування - для цього можуть потрібно зміни в топології мережі.
 +
 +
Теоретична межа діаметру сегменту мережі Fast Ethernet складає 250 метрів; це всього лише 10 відсотків теоретичної межі розміру мережі Ethernet (2500 метрів). Дане обмеження виникає з характеру протоколу CSMA/CD і швидкості передачі 100Мбит/с.
 +
Як вже наголошувалося раніше, передавальна дані робоча станція повинна прослуховувати мережу протягом часу, що дозволяє переконатися в тому, що дані досягли станції призначення. У мережі Ethernet з пропускною спроможністю 10 Мбіт/с (наприклад 10Base5) проміжок часу, необхідний робочій станції для прослуховування мережі на предмет конфлікту, визначається відстанню, яка 512-бітовий кадр (розмір кадру заданий в стандарті Ethernet) пройде за час обробки цього кадру на робочій станції. Для мережі Ethernet з пропускною спроможністю 10 Мбіт/с ця відстань рівно 2500 метрів (див. Мал. 1).
 +
 +
З іншого боку, той же самий 512-бітовий кадр (стандарт 802.3u задає кадр того ж розміру, що і 802.3, тобто в 512 біт), передаваний робочою станцією в мережі Fast Ethernet, пройде всього 250 м, перш ніж робоча станція завершить його обробку (див. Мал. 2). Якби приймаюча станція була віддалена від передавальної станції на відстань понад 250 м, то кадр міг би вступити в конфлікт з іншим кадром на лінії де-небудь далі, а передавальна станція, завершивши передачу, вже не сприйняла б цей конфлікт. Тому максимальний діаметр мережі 100BaseT складає 250 метрів (див. Рис.3).
 +
 +
Щоб використовувати допустиму дистанцію, буде потрібно два повторітеля для з'єднання всіх вузлів. Згідно стандарту, максимальна відстань між вузлом і повторітелем складає 100 метрів; у Fast Ethernet, як і в 10BaseT, відстань між концентратором і робочою станцією не повинна перевищувати 100метров. Оскільки сполучні пристрої (повторітелі) вносять додаткові затримки, реальна робоча відстань між вузлами може опинитися ще менше. Тому представляється розумним брати всі відстані з деяким запасом.
 +
Для роботи на великих відстанях доведеться придбати оптичний кабель. Наприклад, устаткування 100BaseFX в напівдуплексному режимі дозволяє з'єднати комутатор з іншим комутатором або кінцевою станцією, що знаходиться на відстані до 450 метрів один від одного. Встановивши повнодуплексний 100BaseFX, можна з'єднати два мережеві пристрої на відстані до двох кілометрів.
 +
 +
=='''''ВИСНОВКИ'''''==
 +
 +
Підсумовуючи все вищесказане, відмітимо, що, як нам здається, Fast Ethernet найбільш хороший для вирішення проблем високих пікових навантажень. Наприклад, якщо хтось з користувачів працює з САПР або програмами обробки зображень і потребує підвищення пропускної спроможності, то Fast Ethernet може виявитися хорошим виходом з положення. Проте якщо проблеми викликані надмірним числом користувачів в мережі, то 100BaseT починає гальмувати обмін інформацією при приблизно 50-процентному завантаженні сеті- іншими словами, на тому ж рівні, що і 10BaseT. Але врешті-решт, адже це не більше ніж розширення 10BaseT.
  
−
Перейти до [[]]
 
  
 
[[category:Комп'ютерні мережі]]
 
[[category:Комп'ютерні мережі]]

Поточна версія на 14:12, 3 січня 2013

Fast Ethernet - специфікація IEЕЕ 802.3 u офіційно прийнята 26 жовтня 1995 року визначає стандарт протоколу канального рівня для мереж працюють при використанні як мідного, так і волоконно-оптичного кабелю зі швидкістю 100Мб / с. Нова специфікація є спадкоємицею стандарту Ethernet IEЕЕ 802.3, використовуючи такий же формат кадру, механізм доступу до середовища CSMA / CD і топологію зірка. Еволюція торкнулася декількох елементів конфігурації засобів фізичного рівня, що дозволило збільшити пропускну спроможність, включаючи типи застосовуваного кабелю, довжину сегментів і кількість концентраторів.


Історія

Класичний 10-мегабитный Ethernet влаштовував більшість користувачів на протязі близько 15 років. Проте на початку 90-х років почала відчуватися його недостатня пропускна спроможність. Для комп'ютерів на процесорах Intel 80286 або 80386 з шинами ISA (8 Мбайт/с) або EISA (32 Мбайт/с) пропускна спроможність сегменту Ethernet складала 1/8 або 1/32 каналу «пам'ять-диск», і це добре узгоджувалося із співвідношенням об'ємів даних, що обробляються локально, і даних, передаваних по мережі. Для могутніших клієнтських станцій з шиною PCI (133 Мбайт/с) ця частка впала до 1/133, що було явно недостатньо. Тому багато сегментів 10-мегабитного Ethernet стали переобтяженими, реакція серверів в них значно впала, а частота виникнення колізій істотно зросла, ще більш знижуючи корисну пропускну спроможність.

Назріла необхідність в розробці «нового» Ethernet, тобто технології, яка була б такою ж ефективною по співвідношенню ціна/якість при продуктивності 100 Мбіт/с. В результаті пошуків і досліджень фахівці розділилися на два табори, що врешті-решт привело до появи двох нових технологій - Fast Ethernet і 100VG-AnyLAN. Вони відрізняються ступенем спадкоємності з класичним Ethernet.

У 1992 році група виробників мережевого устаткування, включаючи таких лідерів технології Ethernet, як SynOptics, 3Com і ряд інших, утворили некомерційне об'єднання Fast Ethernet Alliance для розробки стандарту нової технології, яка повинна була в максимально можливому ступені зберегти особливості технології Ethernet.

Другий табір очолили компанії Hewlett-Packard і AT&T, які запропонували скористатися слушною нагодою для усунення деяких відомих недоліків технології Ethernet. Через деякий час до цих компаній приєдналася компанія IBM, яка внесла свій внесок пропозицією забезпечити в новій технології деяку сумісність з мережами Token Ring.

У комітеті 802 інститути IEEE в цей же час була сформована дослідницька група для вивчення технічного потенціалу нових високошвидкісних технологій. За період з кінця 1992 року і по кінець 1993 року група IEEE вивчила 100-мегабитные рішення, запропоновані різними виробниками. Разом з пропозиціями Fast Ethernet Alliance група розглянула також і високошвидкісну технологію, запропоновану компаніями Hewlett-Packard і AT&T.

В центрі дискусій була проблема збереження випадкового методу доступу CSMA/CD. Пропозиція Fast Ethernet Alliance зберігала цей метод і тим самим забезпечувала спадкоємність і узгодженість мереж 10 Мбіт/с і 100 Мбіт/с. Коаліція HP і AT&T, яка мала підтримку значно меншого числа виробників в мережевій індустрії, чим Fast Ethernet Alliance, запропонувала абсолютно новий метод доступу, названий Demand Priority - пріоритетний доступ на вимогу. Він істотно міняв картину поведінки вузлів в мережі, тому не зміг вписатися в технологію Ethernet і стандарт 802.3, і для його стандартизації був організований новий комітет IEEE 802.12.

Осінню 1995 року обидві технології стали стандартами IEEE. Комітет IEEE 802.3 прийняв специфікацію Fast Ethernet як стандарт 802.3и, який не є самостійним стандартом, а є доповненням до існуючого стандарту 802.3 у вигляді розділів з 21 по 30. Комітет 802.12 прийняв технологію 100VG-AnyLAN, яка використовує новий метод доступу Demand Priority і підтримує кадрів двох форматів - Ethernet і Token Ring.

Загальні вимоги до проектування

Fast Ethernet є розширенням існуючого стандарту Ethernet. Вона (технологія) працює за допомогою UTP-кабеля для передачі даних або опто-волоконного кабеля і використовує CSMA / CD в топології шини типу "зірка", схожа на 10BASE-T, де всі кабелі кріпляться до концентратора. І це забезпечує сумісність з існуючими 10BASE-T системами і таким чином дозволяє plug-and-play ("підключити і грати") оновлення з 10BASE-T. Fast Ethernet іноді називають 100BASE-X, де X є прототипом для FX і TX варіантів.

"100" в позначенні типу носія відноситься до швидкості передачі 100 Мбіт/сек. "BASE" відноситься до концентратора (смуги) сигналів, що означає, що тільки сигнали Ethernet здійснюється в середовищі. TX, FX і Т4 відносяться до фізичного середовища, яке несе в собі сигнал.

Швидкий адаптер Ethernet може бути логічно розділений на Media Access Controller (MAC), який займається питаннями більш високого рівня можливостей середовища та інтерфейс фізичного рівня (PHY). MAC може бути пов'язано з PHY за допомогою 4-бітного 25-МГц-го синхронного паралельного інтерфейсу, відомого як Media Independent Interface (MII) або 2бітного 50-МГц зменшеного варіанту Зменшеного Media Independent Interface (RMII). Повторювачі (концентратори) також допустимі і підключаються до декількох PHY для їх різних інтерфейсів.

MII може (рідко) бути зовнішним зв'язком, але, як правило, є зв'язком між кількома ІС в мережевому адаптері або, навіть, в межах однієї мікросхеми. Специфікації, які написані, базуються на припущенні, що інтерфейс між MAC і PHY буде MII, але вони не вимагають цього.

MII фіксує теоретичну максимальну швидкість передачі даних для всіх версій швидкого Ethernet до 100 Мбіт/с. Швидкість передачі даних, яка дійсно спостерігається в реальних мережах, менше теоретичного максимуму, у зв'язку з необхідним "заголовком" та "причепом" (біти адресації і виявлення помилок) на кожний кадр, випадковими "втраченими кадрами" у зв'язку з "шумом", і часом очікування після кожного відправленого кадру для інших пристроїв в мережі, щоб закінчити передачу.

Net-Card.JPEG

Технология

В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель.

Причинами перехода на витую пару были:

возможность работы в дуплексном режиме; низкая стоимость кабеля «витой пары»; более высокая надёжность сетей при неисправности в кабеле; большая помехозащищенность при использовании дифференциального сигнала; возможность питания по кабелю маломощных узлов, например IP-телефонов (стандарт Power over Ethernet, POE); отсутствие гальванической связи (прохождения тока) между узлами сети. При использовании коаксиального кабеля в российских условиях, где, как правило, отсутствует заземление компьютеров, применение коаксиального кабеля часто сопровождалось пробоем сетевых карт, и иногда даже полным «выгоранием» системного блока. Причиной перехода на оптический кабель была необходимость увеличить длину сегмента без повторителей.

Метод управления доступом (для сети на коаксиальном кабеле) — множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт, описаны методы кодирования данных. Режим работы полудуплексный, то есть узел не может одновременно передавать и принимать информацию. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала — не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов, в основном по причине полудуплексного режима работы.

В 1995 году принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с и появилась возможность работы в режиме полный дуплекс. В 1997 году был принят стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с для передачи по оптоволокну и еще через два года для передачи по витой паре.


Відмінності Fast Ethernet від Ethernet

Всі відмінності технології Fast Ethernet від Ethernet зосереджені на фізичному рівні (мал. 1). Рівні MAC і LLC у Fast Ethernet залишилися абсолютно тими ж, і їх описують колишні глави стандартів 802.3 і 802.2. Тому розглядаючи технологію Fast Ethernet, покажемо тільки кілька варіантів її фізичного рівня.

11.JPG

Фізичний рівень технології Fast Ethernet

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.

Офіційний стандарт 802.3u встановив три різних специфікації для фізичного рівня Fast Ethernet і дав їм наступні назви :

Фізичний рівень 100Base-FX - багатомодове оптоволокно, два волокна ;

Фізичний рівень 100Base-TX - кручена пара UTP Cat 5 чи STP Type 1, дві пари ;

Фізичний рівень 100Base-T4 - кручена пара UTP Cat 3, чотири пари.

Для всіх трьох стандартів справедливі наступні твердження і характеристики. Формати кадрів технології Fast Ethernet не відрізняються від форматів кадрів технологій 10-мегабітного Ethernet. Міжкадровий інтервал (IPG) дорівнює 0,96 мкс, а бітовий інтервал дорівнює 10 нс. Усі тимчасові параметри алгоритму доступу (інтервал відстрочки, час передачі кадру мінімальної довжини і т.п.), вимірюються в бітових інтервалах, залишилися старими, тому зміни в розділи стандарту, що стосуються рівня MAC, не вносилися. Ознакою вільного стану середовища є передача по ньому символу Idle відповідного надлишкового коду (а не відсутність сигналів, як у стандартах Ethernet 10 Мбіт/с).

Хоча Fast Ethernet і є продовженням стандарту Ethernet, перехід від мережі 10BaseT до 100BaseT не можна розглядати як механічну заміну устаткування - для цього можуть бути потрібно зміни в топології мережі.

ТРИ ВИДИ FAST ETHERNET

Офіційний стандарт 802.3u встановив три різних специфікації для фізичного рівня Fast Ethernet і дав їм наступні назви (рис. 2):

Фізичний рівень 100Base-FX - багатомодове оптоволокно, два волокна

Фізичний рівень 100Base-TX - кручена пара UTP Cat 5 чи STP Type 1, дві пари

Фізичний рівень 100Base-T4 - кручена пара UTP Cat 3, чотири пари

Img002.jpg

Рис. 2 - Структура фізичного рівня Fast Ethernet

Для всіх трьох стандартів справедливі наступні твердження і характеристики.

- Формати кадрів технології Fast Ethernet не відрізняються від форматів кадрів технологій 10-мегабитного Ethernet.

- Міжкадровий інтервал (IPG) рівний 0,96 мкс, а бітовий інтервал рівний 10 нс. Всі тимчасові параметри алгоритму доступу (інтервал відстрочення, час передачі кадру мінімальної довжини і т. п.), зміряні в бітових інтервалах, залишилися колишніми, тому зміни в розділи стандарту, що стосуються рівня MAC, не вносилися.

- Ознакою вільного стану середовища є передача по ній символу Idle відповідної надмірної коди (а не відсутність сигналів, як в стандартах Ethernet 10 Мбіт/с).

Фізичний рівень включає три елементи:

- рівень узгодження (reconciliation sublayer);

- незалежний від середовища інтерфейс (Media Independent Interface, MII);

- 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 MII.

Пристрій фізичного рівня (PHY) полягає, у свою чергу, з декількох підрівнів (див. рис. 1):

- підрівня логічного кодування даних, такого, що перетворює що поступають від рівня MAC байти в символи коди 4В/5В або 8В/6Т (обидві коди використовуються в технології Fast Ethernet);

- підрівнів фізичного приєднання і підрівня залежності від фізичного середовища (PMD), які забезпечують формування сигналів відповідно до методу фізичного кодування, наприклад NRZI або MLT-3;

- підрівня автопереговорів, який дозволяє двом взаємодіючим портам автоматично вибрати найбільш ефективний режим роботи, наприклад, напівдуплексний або повнодуплексний (цей підрівень є факультативним).

Інтерфейс MII підтримує незалежний від фізичного середовища спосіб обміну даними між підрівнем MAC і підрівнем PHY. Цей інтерфейс аналогічний за призначенням 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 Мii розташовується між підрівнем MAC і підрівнями кодування сигналу, яких в стандарті Fast Ethernet три, - FX, ТХ і Т4.

Роз'їм Мii на відміну від роз'єму AUI має 40 контактів, максимальна довжина кабелю Мii складає один метр. Сигнали, передавані по інтерфейсу Мii, мають амплітуду 5 Ст.

Фізичний рівень 100Base-FX - багатомодове оптоволокно, два волокна

Ця специфікація визначає роботу протоколу Fast Ethernet по багатомодовому оптоволокну в напівдуплексному і повнодуплексному режимах. Як і в стандарті FDDI, кожен вузол з'єднується з мережею двома оптичними волокнами, що йдуть від приймача (Rx) і від передавача (Тх).

Між специфікаціями 100Base-FX і 100Base-TX є багато загального, тому загальні для двох специфікацій властивості даватимуться під узагальненою назвою 100Base-FX/TX.

Тоді як Ethernet із швидкістю передачі 10 Мбіт/с використовує манчестерське кодування для представлення даних при передачі по кабелю, в стандарті Fast Ethernet визначений інший метод кодування - 4В/5В. При цьому методі кожні 4 бита даних підрівня MAC (званих символами) представляються 5 бітами. Надмірний біт дозволяє застосувати потенційні коди при уявленні кожного з п'яти битий у вигляді електричних або оптичних імпульсів. Існування заборонених комбінацій символів дозволяє отбраковывать помилкові символи, що підвищує стійкість роботи мереж з 100Base-FX/TX. Img003.jpg

Рис. 3 - Структура кадру Fast Ethernet

Для відділення кадру Ethernet від символів Idle використовується комбінація символів Start Delimiter (пара символів J (11000) і До (10001) коди 4В/5В, а після завершення кадру перед першим символом Idle вставляється символ Т (рис. 3).

Після перетворення 4-бітових порцій код MAC в 5-бітові порції фізичного рівня їх необхідно представити у вигляді оптичних або електричних сигналів в кабелі, що сполучає вузли мережі. Специфікації 100Base-FX і 100Base-TX використовують для цього різні методи фізичного кодування - NRZI і MLT-3 відповідно (як і в технології FDDI при роботі через оптоволокно і виту пару).


Фізичний рівень 100Base-TX - вита пара UTP Cat 5 або STP Type 1, дві пари

Як середовище передачі даних специфікація 100Base-TX використовує кабель UTP категорії 5 або кабель STP Type 1. Максимальна довжина кабелю в обох випадках -100 м.

Основні відмінності від специфікації 100Base-FX - використання методу MLT-3 для передачі сигналів 5-бітових порцій коди 4В/5В по витій парі, а також наявність функції автопереговорів (Auto-negotiation) для вибору режиму роботи порту. Схема автопереговорів дозволяє двом сполученим фізично пристроям, які підтримують декілька стандартів фізичного рівня, що відрізняються бітовою швидкістю і кількістю витих пар, вибрати найбільш вигідний режим роботи. Зазвичай процедура автопереговорів відбувається при під'єднуванні мережевого адаптера, який може працювати на швидкостях 10 і 100 Мбіт/с, до концентратора або комутатора.

Описана нижче схема Auto-negotiation сьогодні є стандартом технології 100Base-T. До цього виробники застосовували різні власні схеми автоматичного визначення швидкості роботи взаємодіючих портів, які не були сумісні. Прийняту як стандарт схему Auto-negotiation запропонувала спочатку компанія National Semiconductor під назвою NWay.

Всього в даний час визначено 5 різних режимів роботи, які можуть підтримувати пристрої 100Base-TX або 100Base-T4 на витих парах:

- 10Base-T - 2 пари категорії 3;

- 10Base-T full-duplex - 2 пари категорії 3;

- 100Base-TX - 2 пари категорії 5 (або Type 1A STP);

- 100Base-T4 - 4 пари категорії 3;

- 100Base-TX full-duplex - 2 пари категорії 5 (або Type 1A STP).

Режим 10Base-T має найнижчий пріоритет при переговорному процесі, а повнодуплексний режим 100Base-TX - найвищий. Переговорний процес відбувається при включенні живлення пристрою, а також може бути ініційований у будь-який момент модулем управління пристрою

Пристрій, що почав процес auto-negotiation, посилає своєму партнерові пачку спеціальних імпульсів Fast Link Pulse burst (FLP), в якому міститься 8-бітове слово, що кодує пропонований режим взаємодії, починаючи з найпріоритетнішого, підтримуваного даним вузлом.

Якщо вузол-партнер підтримує функцію auto-negotuiation і також може підтримувати запропонований режим, він відповідає пачкою імпульсів FLP, в якій підтверджує даний режим, і на цьому переговори закінчуються. Якщо ж вузол-партнер може підтримувати менш пріоритетний режим, то він указує його відповідає, і цей режим вибирається як робочого. Таким чином, завжди вибирається найбільш пріоритетний загальний режим вузлів.

Вузол, який підтримує тільки технологію 10Base-T, кожні 16 мс посилає манчестерські імпульси для перевірки цілісності лінії, що пов'язує його з сусіднім вузлом. Такий вузол не розуміє запит FLP, який робить йому вузол з функцією Auto-negotiation, і продовжує посилати свої імпульси. Вузол, що отримав у відповідь на запит FLP тільки імпульси перевірки цілісності лінії, розуміє, що його партнер може працювати тільки за стандартом 10Base-T, і встановлює цей режим роботи і для себе.

8P8C Wiring (TIA/EIA-568-B T568B)
Pin Пара Дріт Колір
1 2 +/tip білий/помаранчевий
2 2 -/ring помаранчевий
3 3 +/tip білий/зелений
4 1 -/ring блакитний
5 1 +/tip білий/блакитний
6 3 -/ring зелений
7 4 +/tip білий/коричневий
8 4 -/ring коричневий

Фізичний рівень 100Base-T4 - вита пара UTP Cat 3, чотири пари

Специфікація 100Base-T4 була розроблена для того, щоб можна було використовувати для високошвидкісного Ethernet наявну проводку на витій парі категорії 3. Ця специфікація дозволяє підвищити загальну пропускну спроможність за рахунок одночасної передачі потоків битий по всіх 4 парам кабелю.

Специфікація 100Base-T4 з'явилася пізніше за інші специфікації фізичного рівня Fast Ethernet. Розробники цієї технології в першу чергу хотіли створити фізичні специфікації, найбільш близькі до специфікацій 10Base-T і 10Base-F, які працювали на двох лініях передачі даних: двох парах або двох волокнах. Для реалізації роботи по двох витих парах довелося перейти на якісніший кабель категорії 5.

В той же час розробники конкуруючої технології 100VG-AnyLAN спочатку зробили ставку на роботу по витій парі категорії 3; найголовніша перевага полягала не стільки у вартості, а в тому, що вона була вже прокладена в переважному числі будівель. Тому після випуску специфікацій 100Base-TX і 100Base-FX розробники технології Fast Ethernet реалізували свій варіант фізичного рівня для витої пари категорії 3.

Замість кодування 4В/5В в цьому методі використовується кодування 8В/6Т, яке володіє вужчим спектром сигналу і при швидкості 33 Мбіт/с укладається в смугу 16 Мгц витої пари категорії 3 (при кодуванні 4В/5В спектр сигналу в цю смугу не укладається). Кожні 8 біт інформації рівня MAC кодуються 6-у трійковими цифрами (ternary symbols), тобто цифрами, що мають три стани. Кожна трійкова цифра має тривалість 40 нс. Група з 6-ти трійкових цифр потім передається на одну з трьох передавальних витих пар, незалежно і послідовно.

Четверта пара завжди використовується для прослуховування частоти, що несе, в цілях виявлення колізії. Швидкість передачі даних по кожній з трьох передаю щих пару рівна 33,3 Мбіт/с, тому загальна швидкість протоколу 100Base-T4 складає 100 Мбіт/с. В той же час із-за прийнятого способу кодування швидкість зміни сигналу на кожній парі рівна всього 25 Мбод, що і дозволяє використовувати виту пару категорії 3.

На рис. 4 показано з'єднання порту MDI мережевого адаптера 100Base-T4 з портом MDI-X концентратора (приставка Х говорить про те, що у цього роз'єму приєднання приймача і передавача міняються парами кабелю в порівнянні з роз'ємом мережевого адаптера, що дозволяє простіше сполучати пари проводів в кабелі - без перехрещення). Пара 1-2 завжди потрібний для передачі даних від порту MDI до порту MDI-X, пара 3-6 -для прийому даних портом MDI від порту MDI-X, а пари 4-5 і 7-8 є двонаправленими і використовуються як для прийому, так і для передачі, залежно від потреби. Img004.jpg

Рис. 4 - З'єднання вузлів по специфікації 100Base-T4


Правила побудови сегментів Fast Ethernet при використанні повторювачей класу I і класу II

Технологія Fast Ethernet, як і всі некоаксіальні варіанти Ethernet розрахована на підключення кінцевих вузлів - комп'ютерів з відповідними мережевими адаптерами - до багатопортових концентраторів-повторителям або комутаторів.

Правила коректної побудови сегментів мереж Fast Ethernet включають:

- обмеження на максимальні довжини сегментів, сполучаючих DTE з DTE;

- обмеження на максимальні довжини сегментів, сполучаючих DTE з портом повторителя;

- обмеження на максимальний діаметр мережі;

- обмеження на максимальне число повторителей і максимальну довжину сегменту, що сполучає повторители.

Обмеження довжин сегментів DTE-DTE

Як DTE (Data Terminal Equipment) може виступати будь-яке джерело кадрів даних для мережі: мережевий адаптер, порт моста, порт маршрутизатора, модуль управління мережею і інші подібні пристрої. Порт повторителя немає DTE, оскільки він побитно повторює кадр, що вже з'явився в сегменті. У типовій конфігурації мережі Fast Ethernet декілька DTE підключається до портів повторителя, утворюючи мережу зіркоподібної топології.


Специфікація IEEE 802.3u визначає наступні максимальні значення сегментів DTE-DTE: Img005.jpg

Метод кодування NRZI

NRZI - Non Return to Zero Invertive (інверсне кодування без повернення до нуля) Цей метод є модифікованим методом Non Return to Zero (NRZ), де для представлення 1 і 0 використовуються потенціали двох рівнів. У коді NRZ I також використовується 2 потенціалу, але його поточне значення залежить від попереднього. Якщо поточне значення біта "1", то отриманий потенціал повинен бути інверсією від попереднього, якщо значення біта "0" - такий же.

Кук.png


Оскільки код незахищений від довгих послідовностей "нулів" або "одиниць", то це може призвести до проблем синхронізації. Тому перед передачею, задану послідовність бітів рекомендується попередньо закодувати кодом передбачають скремблирование (скремблер призначений для додання властивостей випадковості переданої послідовності даних з метою полегшення виділення тактової частоти приймачем).

Метод кодування MLT-3

MLT-3 Multi Level Transmission - 3 (багаторівнева передача) - трохи схожий з кодом NRZ, але на відміну від останнього має три рівні сигналу.

Одиниці відповідає перехід з одного рівня сигналу на інший, причому зміна рівня сигналу відбувається послідовно з урахуванням попереднього переходу. При передачі "нуля" сигнал не змінюється.

Yty.png


Цей код, так само як і NRZ потребує попереднього кодування.

Обмеження мереж Fast Ethernet, побудованих на повторителях

Повторітелі Fast Ethernet діляться на два класи.

Повторітелі класу I підтримують всі типи систем кодування фізичного рівня: 100Base-TX/FX (4B/5B) і 100Base-T4 (8B/6T). Повторітелі класу II підтримують тільки один тип системи кодування фізичного рівня - 100Base-TX/FX або 100Base-T4. Тобто повторители класу I дозволяють виконувати трансляцію логічних код з бітовою швидкістю 100 Мбіт/с, а повторителям класу II ця операція недоступна.

У одному домені колізій допускається наявність тільки одного повторителя класу I. Це пов'язано з тим, що такий повторитель вносить велику затримку при розповсюдженні сигналів із-за необхідності трансляції різних систем сигналізації – 70bt.

Максимальне число повторителей класу II в домені колізій - 2, причому вони повинні бути сполучені між собою кабелем не довше 5 метрів.

Невелика кількість повторителей Fast Ethernet не є серйозною перешкодою при побудові мереж. По-перше, наявність стекових повторителей знімає проблеми обмеженого числа портів - всі повторители, що каскадують, є одним повторитель з достатнім числом портів - до декількох сотень. По-друге, застосування комутаторів і маршрутизаторів ділить мережа на декілька доменів колізій, в кожному з яких зазвичай є не дуже велике число станцій.

У наступній таблиці зведені правила побудови мережі на основі повторителе класу I. Img006.jpg

Ці обмеження проілюстровані типовими конфігураціями мереж, показаними на рис. 5. Img007.jpg

Рис. 5 - Приклади побудови мережі за допомогою повторювачей класу I

Таким чином, правило 4-х хабов перетворилося для технології Fast Ethernet в правило одного або двох хабов, залежно від класу хаба.

При визначенні коректності конфігурації мережі можна не керуватися правилами одного або двох хабов, а розраховувати час подвійного обороту мережі, як це було показано раніше для мережі Ethernet 10 Мбіт/с.

БІГУН НА КОРОТКІ ДИСТАНЦІЇ

Хоча Fast Ethernet і є продовженням стандарту Ethernet, перехід від мережі 10BaseT до 100BaseT не можна розглядати як механічну заміну устаткування - для цього можуть потрібно зміни в топології мережі.

Теоретична межа діаметру сегменту мережі Fast Ethernet складає 250 метрів; це всього лише 10 відсотків теоретичної межі розміру мережі Ethernet (2500 метрів). Дане обмеження виникає з характеру протоколу CSMA/CD і швидкості передачі 100Мбит/с. Як вже наголошувалося раніше, передавальна дані робоча станція повинна прослуховувати мережу протягом часу, що дозволяє переконатися в тому, що дані досягли станції призначення. У мережі Ethernet з пропускною спроможністю 10 Мбіт/с (наприклад 10Base5) проміжок часу, необхідний робочій станції для прослуховування мережі на предмет конфлікту, визначається відстанню, яка 512-бітовий кадр (розмір кадру заданий в стандарті Ethernet) пройде за час обробки цього кадру на робочій станції. Для мережі Ethernet з пропускною спроможністю 10 Мбіт/с ця відстань рівно 2500 метрів (див. Мал. 1).

З іншого боку, той же самий 512-бітовий кадр (стандарт 802.3u задає кадр того ж розміру, що і 802.3, тобто в 512 біт), передаваний робочою станцією в мережі Fast Ethernet, пройде всього 250 м, перш ніж робоча станція завершить його обробку (див. Мал. 2). Якби приймаюча станція була віддалена від передавальної станції на відстань понад 250 м, то кадр міг би вступити в конфлікт з іншим кадром на лінії де-небудь далі, а передавальна станція, завершивши передачу, вже не сприйняла б цей конфлікт. Тому максимальний діаметр мережі 100BaseT складає 250 метрів (див. Рис.3).

Щоб використовувати допустиму дистанцію, буде потрібно два повторітеля для з'єднання всіх вузлів. Згідно стандарту, максимальна відстань між вузлом і повторітелем складає 100 метрів; у Fast Ethernet, як і в 10BaseT, відстань між концентратором і робочою станцією не повинна перевищувати 100метров. Оскільки сполучні пристрої (повторітелі) вносять додаткові затримки, реальна робоча відстань між вузлами може опинитися ще менше. Тому представляється розумним брати всі відстані з деяким запасом. Для роботи на великих відстанях доведеться придбати оптичний кабель. Наприклад, устаткування 100BaseFX в напівдуплексному режимі дозволяє з'єднати комутатор з іншим комутатором або кінцевою станцією, що знаходиться на відстані до 450 метрів один від одного. Встановивши повнодуплексний 100BaseFX, можна з'єднати два мережеві пристрої на відстані до двох кілометрів.

ВИСНОВКИ

Підсумовуючи все вищесказане, відмітимо, що, як нам здається, Fast Ethernet найбільш хороший для вирішення проблем високих пікових навантажень. Наприклад, якщо хтось з користувачів працює з САПР або програмами обробки зображень і потребує підвищення пропускної спроможності, то Fast Ethernet може виявитися хорошим виходом з положення. Проте якщо проблеми викликані надмірним числом користувачів в мережі, то 100BaseT починає гальмувати обмін інформацією при приблизно 50-процентному завантаженні сеті- іншими словами, на тому ж рівні, що і 10BaseT. Але врешті-решт, адже це не більше ніж розширення 10BaseT.

Отримано з https://wiki.cusu.edu.ua/index.php?title=Fast_Ethernet&oldid=81284