Физический уровень технологии Fast Ethernet

Все отличия технологии Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены на физическом I уровне (рис. 3.20). Уровни MAC и LLC в Fast Ethernet остались абсолютно теми же, и их описывают прежние главы стандартов 802.3 и 802.2. Поэтому, рассматривая технологию Fast Ethernet, мы будем изучать только несколько вариантов ее физического уровня.

Более сложная структура физического уровня технологии Fast Ethernet вызвана тем, что в ней используются три варианта кабельных систем:

• волоконно-оптический многомодовый кабель, используются два волокна;

• витая пара категории 5, используются две пары;

• витая пара категории 3, используются четыре пары.

Коаксиальный кабель, давший миру первую сеть Ethernet, в число разрешенных сред передачи данных новой технологии Fast Ethernet не попал. Это общая тенденция многих новых технологий, поскольку на небольших расстояниях витая пара категории 5 позволяет передавать данные с той же скоростью, что и коаксиальный кабель, но сеть получается более дешевой и удобной в эксплуатации. На больших расстояниях оптическое волокно обладает гораздо более широкой поло­сой пропускания, чем коаксиал, а стоимость сети получается ненамного выше, особенно если учесть высокие затраты на поиск и устранение неисправностей в круп­ной кабельной коаксиальной системе.

Рис. 3.20. Отличия технологии Fast Ethernet от технологии Ethernet

Отказ от коаксиального кабеля привел к тому, что сети Fast Ethernet всегда имеют иерархическую древовидную структуру, построенную на концентраторах, как и сети 10Base-T/10Base-F. Основным отличием конфигураций сетей Fast Ethernet является сокращение диаметра сети примерно до 200 м, что объясняется уменьше­нием времени передачи кадра минимальной длины в 10 раз за счет увеличения скорости передачи в 10 раз по сравнению с 10-мегабитным Ethernet.

Тем не менее это обстоятельство не очень препятствует построению крупных сетей на технологии Fast Ethernet. Дело в том, что середина 90-х годов отмечена не только широким распространением недорогих высокоскоростных технологий, но и бурным развитием локальных сетей на основе коммутаторов. При использовании коммутаторов протокол Fast Ethernet может работать в полнодуплексном режиме, в котором нет ограничений на общую длину сети, а остаются только ограничения на длину физических сегментов, соединяющих соседние устройства (адаптер - ком­мутатор или коммутатор - коммутатор). Поэтому при создании магистралей ло­кальных сетей большой протяженности технология Fast Ethernet также активно применяется, но только в полнодуплексном варианте, совместно с коммутаторами.

В данном разделе рассматривается полудуплексный вариант работы техноло­гии Fast Ethernet, который полностью соответствует определению метода доступа, описанному в стандарте 802.3. Особенности полнодуплексного режима Fast Ethernet описаны в главе 4.

По сравнению с вариантами физической реализации Ethernet (а их насчитыва­ется шесть), в Fast Ethernet отличия каждого варианта от других глубже — меняет­ся как количество проводников, так и методы кодирования. А так как физические варианты Fast Ethernet создавались одновременно, а не эволюционно, как для се­тей Ethernet, то имелась возможность детально определить те подуровни физичес­кого уровня, которые не изменяются от варианта к варианту, и те подуровни, которые специфичны для каждого варианта физической среды.

Официальный стандарт 802.3u установил три различных спецификации для физического уровня Fast Ethernet и дал им следующие названия (рис. 3.21):

• 100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP ка­тегории 5 или экранированной витой паре STP Type 1;

• 100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3,4 или 5;

•100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля, используются два во­локна.

Рис. 3.21. Структура физического уровня Fast Ethernet

 

Для всех трех стандартов справедливы следующие утверждения и характерис­тики.

• Форматы кадров технологии Fast Ethernet отличаются от форматов кадров технологий 10-мегабитного Ethernet.

• Межкадровый интервал (IPG) равен 0,96 мкс, а битовый интервал равен 10 не. Все временные параметры алгоритма доступа (интервал отсрочки, время пере­дачи кадра минимальной длины и т. п.), измеренные в битовых интервалах, остались прежними, поэтому изменения в разделы стандарта, касающиеся уровня MAC, не вносились.

• Признаком свободного состояния среды является передача по ней символа Idle соответствующего избыточного кода (а не отсутствие сигналов, как в стандар­тах Ethernet 10 Мбит/с). Физический уровень включает три элемента:

• уровень согласования (reconciliation sublayer);

• независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, МII);

• устройство физического уровня (Physical layer device, PHY).

Уровень согласования нужен для того, чтобы уровень MAC, рассчитанный на интерфейс AUI, смог работать с физическим уровнем через интерфейс МII.

Устройство физического уровня (PHY) состоит, в свою очередь, из нескольких подуровней (см. рис. 3.20):

• подуровня логического кодирование данных, преобразующего поступающие от уровня MAC байты в символы кода 4В/5В или 8В/6Т (оба кода используются в технологии Fast Ethernet);

• подуровней физического присоединения и подуровня зависимости от физичес­кой среды (PMD), которые обеспечивают формирование сигналов в соответ­ствии с методом физического кодирования, например NRZI или MLT-3;

• подуровня автопереговоров, который позволяет двум взаимодействующим пор­там автоматически выбрать наиболее эффективный режим работы, например, полудуплексный или полнодуплексный (этот подуровень является факульта­тивным).

Интерфейс MII поддерживает независимый от физической среды способ обме­на данными между подуровнем MAC и подуровнем PHY. Этот интерфейс аналоги­чен по назначению интерфейсу AUI классического Ethernet 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 МII располагается между подуровнем MAC и подуровнями кодирования сигнала, которых в стандарте Fast Ethernet три — FX, ТХ и Т4.

Разъем МII в отличие от разъема AUI имеет 40 контактов, максимальная длина кабеля МII составляет один метр. Сигналы, передаваемые по интерфейсу МII, име­ют амплитуду 5 В.