Спецификации физической среды стандарта 802.3z

В стандарте 802.3z определены следующие типы физической среды:

• одномодовый волоконно-оптический кабель;

• многомодовый волоконно-оптический кабель 62,5/125;

• многомодовый волоконно-оптический кабель 50/125;

• двойной коаксиал с волновым сопротивлением 75 Ом.

Многомодовый кабель

Для передачи данных по традиционному для компьютерных сетей многомодовому волоконно-оптическому кабелю стандарт определяет применение излучателей, ра­ботающих на двух длинах волн: 1300 и 850 нм. Применение светодиодов с длиной волны 850 нм объясняется тем, что они намного дешевле, чем светодиоды, работа­ющие на волне 1300 нм, хотя при этом максимальная длина кабеля уменьшается, так как затухание многомодового оптоволокна на волне 850 м более чем в два раза выше, чем на волне 1300 нм. Однако возможность удешевления чрезвычайно важ­на для такой в целом дорогой технологии, как Gigabit Ethernet.

Для многомодового оптоволокна стандарт 802.3z определил спецификации 1000Base-SX и 1000Base-LX.

В первом случае используется длина волны 850 нм (S означает Short Wavelength, короткая волна), а во втором — 1300 нм (L — от Long Wavelength, длинная волна).

Для спецификации 1000Base-SX предельная длина оптоволоконного сегмента для кабеля 62,5/125 оставляет 220 м, а для кабеля 50/125 — 500 м. Очевидно, что эти максимальные значения могут достигаться только для полнодуплексной пере­дачи данных, так как время двойного оборота сигнала на двух отрезках 220 м рав­но 4400 bt, что превосходит предел 4095 bt даже без учета повторителя и сетевых адаптеров. Для полудуплексной передачи максимальные значения сегментов опто­волоконного кабеля всегда должны быть меньше 100 м. Приведенные расстояния в 220 и 500 м рассчитаны для худшего по стандарту случая полосы пропускания многомодового кабеля, находящегося в пределах от 160 до 500 МГц/км. Реальные кабели обычно обладают значительно лучшими характеристиками, находящимися между 600 и 1000 МГц/км. В этом случае можно увеличить длину кабеля до при­мерно 800 м.

Одномодовый кабель

Для спецификации 1000Base-LX в качестве источника излучения всегда применя­ется полупроводниковый лазер с длиной волны 1300 нм.

Основная область применения стандарта 1000Base-LX — это одномодовое опто­волокно. Максимальная длина кабеля для одномодового волокна равна 5000 м.

Спецификация 1000Base-LX может работать и на многомодовом кабеле. В этом случае предельное расстояние получается небольшим — 550 м. Это связано с особенностями распространения когерентного света в широком канале многомодово­го кабеля. Для присоединения лазерного трансивера к многомодовому кабелю не­обходимо использовать специальный адаптер.

Твинаксиальный кабель

В качестве среды передачи данных используется высококачественный твинакси-альный кабель (Twinax) с волновым сопротивлением 150 Ом (2х75 Ом). Данные посылаются одновременно по паре проводников, каждый из которых окружен эк­ранирующей оплеткой. При этом получается режим полудуплексной передачи. Для обеспечения полнодуплексной передачи необходимы еще две пары коаксиальных проводников. Начал выпускаться специальный кабель, который содержит четыре; коаксиальных проводника — так называемый Quad-кабель. Он внешне напоминает кабель категории 5 и имеет близкий к нему внешний диаметр и гибкость. Максимальная длина твинаксиального сегмента составляет всего 25 метров, поэтому это решение подходит для оборудования, расположенного в одной комнате.

 

13.7.4. Gigabit Ethernet на витой паре категории 5

 

Как известно, каждая пара кабеля категории 5 имеет гарантированную полосу пропускания до 100 МГц. Для передачи по такому кабелю данных со скоростью 1000 Мбит/с. было решено организовать параллельную передачу одновременно по всем 4 парам кабеля (так же, как и в технологии 100VG-AnyLAN). Это сразу уменьшило скорость передачи данных по каждой паре до 250 Мбит/с. Ярднако и для такой скорости необходимо было придумать метод кодирования, который имел бы спектр не выше 100 МГц. Кроме того, одновременное использование четырех пар на первый взгляд лишает сеть возможность распознавать колизии.

На оба эти вопроса комитет 802.3аЬ нашел ответы.

Для кодирования данных был применен код РАМ5, использующий 5 уровней потенциала: -2, -1,0, +1, +2. Поэтому за один такт по одной паре передается 2,322 бит информации. Следовательно, тактовую частоту вместо 250 МГц можно снизить до 125 МГц. При этом если использовать не все коды, а передавать 8 бит за такт (по 4 парам), то выдерживается требуемая скорость передачи в 1000 Мбит/с и еще остаётся запас неиспользуемых кодов, так как код РАМ5 содержит 5⁴ = 625 комби­наций, а если передавать за один такт по всем четырем парам 8 бит данных, то для (Того требуется всего 2⁸ = 256 комбинаций. Оставшиеся комбинации приемник может использовать для контроля принимаемой информации и выделения пра­вильных комбинаций на фоне шума. Код РАМ5 на тактовой частоте 125 МГц укладывается в полосу 100 МГц кабеля категории 5.

Для распознавания коллизий и организации полнодуплексного режима разработчики спецификации 802-ЗаЬ применили технику, используемую при организа­ции дуплексного режима на одной паре проводов в современных модемах и аппаратуре передачи данных абонентских окончаний ISDN. Вместо передачи по разным парам проводов или разнесения сигналов двух одновременно работающих на встречу передатчиков, по диапазону частот, оба передатчика работают навстречу друг другу по каждой из 4-х пар в одном и том же диапазоне частот, так как используют один и тот же потенциальный код РАМ5 (рис. 3.26). Схема гибридной развязки Н позволяет приемнику и передатчику одного и того же узла использо­вать одновременно витую пару и для приема и для передачи (так же, как и в трансиверах коаксиального Ethernet).

Рис. 3.26. Двунаправленная передача по четырем парам UTP категории 5

 

Для отделения принимаемого сигнала от своего собственного приемник вычи­тает из результирующего сигнала известный ему свой сигнал. Естественно, что это не простая операция и для ее выполнения используются специальные цифровые сигнальные процессоры - DSP (Digital Signal Processor). Такая техника уже про­шла проверку практикой, но в модемах и сетях ISDN она применялась совсем на других скоростях.

При полудуплексном режиме работы получение встречного потока данных счи­тается коллизией, а для полнодуплексного режима работы — нормальной ситуацией.

Ввиду того, что работы по стандартизации спецификации Gigabit Ethernet на неэкранированной витой паре категории 5 подходят к концу, многие производите­ли и потребители надеются на положительный исход этой работы, так как в этом случае для поддержки технологии Gigabit Ethernet не нужно будет заменять уже установленную проводку категории 5 на оптоволокно или проводку категории 7.

Выводы

• Технология Gigabit Ethernet добавляет новую, 1000 Мбит/с., ступень в иерар­хии скоростей семейства Ethernet. Эта ступень позволяет эффективно строить крупные локальные сети, в которых мощные серверы и магистрали нижних уровней сети работают на скорости 100 Мбит/с, а магистраль Gigabit Ethernet объединяет их, обеспечивая достаточно большой запас пропускной способности.

• Разработчики технологии Gigabit Ethernet сохранили большую степень преем­ственности с технологиями Ethernet и Fast Ethernet. Gigabit Ethernet использует те же форматы кадров, что и предыдущие версии Ethernet, работает в полно­дуплексном и полудуплексном режимах, поддерживая на разделяемой среде тот же метод доступа CSMA/CD с минимальными изменениями.

• Для обеспечения приемлемого максимального диаметра сети в 200 м в полу­дуплексном режиме разработчики технологии пошли на увеличение минималь­ного размера кадра с 64 до 512 байт. Разрешается также передавать несколько кадров подряд, не освобождая среду, на интервале 8096 байт, тогда кадры не обязательно дополнять до 512 байт. Остальные параметры метода доступа и максимального размера кадра остались неизменными.

• Летом 1998 года был принят стандарт 802.3z, который определяет использование в качестве физической среды трех типов кабеля: многомодового оптоволоконного (расстояние до 500 м), одномодового оптоволоконного (расстояние до 5000 м) и двойного коаксиального (twinax), по которому данные передаются одновременно по двум медным экранированным проводникам на расстояние до 25 м.

• Для разработки варианта Gigabit Ethernet на UTP категории 5 была создана специальная группа 802.3ab, которая уже разработала проект стандарта для ра­боты по 4-м парам UTP категории 5. Принятие этого стандарта ожидается в ближайшее время.

Вопросы и упражнения

Поясните разницу между расширяемостью и масштабируемостью на примере технологии Ethernet.

2. Что такое коллизия:

• (А) ситуация, когда станция, желающая передать пакет, обнаруживает, что в данный момент другая станция уже заняла передающую среду;

• (В) ситуация, когда две рабочие станции одновременно передают данные в разделяемую передающую среду.

3. Что такое домен коллизий? Являются ли доменами коллизий фрагменты сети, показанные на рис. 3.27?

4. В чем состоят функции преамбулы и начального ограничителя кадра в стан­дарте Ethernet?

5. Какие сетевые средства осуществляют jabber control?

6. Чему равны значения следующих характеристик стандарта lOBase-5:

• номинальная пропускная способность (бит/с);

• эффективная пропускная способность (бит/с);

• пропускная способность (кадр/с);

• внутрипакетная скорость передачи (бит/с);

• межбитовый интервал (с).

7. Чем объясняется, что минимальный размер кадра в стандарте 10Base-5 был вы­бран равным 64 байт?

Рис. 3.27. Домены коллизий

8. Поясните смысл каждого поля кадра Ethernet.

9. Как известно, имеются 4 стандарта на формат кадров Ethernet. Выберите из ниже приведенного списка названия для каждого из этих стандартов. Учтите, что некоторые стандарты имеют несколько названий:

• Novell 802.2;

• Ethernet II;

• 802.3/802.2

• Novell 802.3;

• Raw 802.3;

• Ethernet DIX;

• 802.3/LLC;

• Ethernet SNAP.

10. Что может произойти в сети, в которой передаются кадры Ethernet разных форматов?

11. При каких типах ошибок в сети Ethernet концентратор обычно отключает порт?

12. Как величина MTU влияет на работу сети? Какие проблемы несут слишком длинные кадры? В чем состоит неэффективность коротких кадров?

13. Как коэффициент использования влияет на производительность сети Ethernet?

14. Если один вариант технологии Ethernet имеет более высокую скорость пере­дачи данных, чем другой (например, Fast Ethernet и Ethernet), то какая из них поддерживает большую максимальную длину сети?

15. Из каких соображений выбрана максимальная длина физического сегмента в стандартах Ethernet?

6. Проверьте корректность конфигурации сети Fast Ethernet, приведенной на рис. 3.28.

Рм. 3.28. Пример конфигурации сети

17. Укажите максимально допустимые значения MTU для:

• Ethernet;

• Token Ring;

• FDDI;

• АТМ.

18. Опишите алгоритм доступа к среде технологии Token Ring.

19. Из каких соображений выбирается максимальное время оборота маркера по кольцу?

20. Если бы вам пришлось выбирать, какую из технологий — Ethernet или Token Ring — использовать в сети вашего предприятия, какое решение вы бы приня­ли? Какие соображения привели бы в качестве обоснования этого решения?

21. В чем состоит сходство и различие технологий FDDI и Token Ring?

22. Какие элементы сети FDDI обеспечивают отказоустойчивость?

23. Технология FDDI является отказоустойчивой. Означает ли это, что при любом однократном обрыве кабеля сеть FDDI будет продолжать нормально работать?

24. К каким последствиям может привести двукратный обрыв кабеля в кольце FDDI?

25. Что общего в работе концентратора 100VG-AnyLAN и обычного моста?

26. Какие из ниже перечисленных пар сетевых технологий совместимы по форматам кадров и, следовательно, позволяют образовывать составную сеть без необходимости транслирования кадров:

• (А) FDDI - Ethernet;

• (В) Token Ring - Fast Ethernet;

• (С) Token Ring - 100VG-AnyLAN;

• (D) Ethernet - Fast Ethernet;

• (E) Ethernet - 100VG-AnyLAN;

• (F) Token Ring - FDDI.

27. Из-за увеличения пропускной способности минимальный размер кадра в Gigabit Ethernet пришлось увеличить до 512 байт. В тех случаях, когда передаваемые данные не могут полностью заполнить поле данных кадра, оно дополняется до необходимой длины неким «заполнителем», который не несет полезной ин­формации. Что предпринято в Gigabit Ethernet для сокращения накладных расходов, возникающих при передаче коротких данных?

28. С чем связано ограничение, известное как «правило 4-х хабов»?

 

 

 

Построение локальных сетей по стандартам физического и канального уровней

В данной главе рассматриваются вопросы, связанные с реализацией рассмотрен­ных выше протоколов физического и канального уровней в сетевом коммуникаци­онном оборудовании. Хотя на основе оборудования только этого уровня трудно построить достаточно крупную корпоративную сеть, именно кабельные системы, сетевые адаптеры, концентраторы, мосты и коммутаторы представляют наиболее массовый тип сетевых устройств.

За исключением кабельной системы, которая является протокольно независи­мой, устройство и функции коммуникационного оборудования остальных типов существенно зависят от того, какой конкретно протокол в них реализован. Концентратор Ethernet устроен не так, как концентратор Token Ring, а сетевой адаптер hfddi не сможет работать в сети Fast Ethernet. С другой стороны, даже в рамках одной технологии оборудование разных производителей может заметно отличаться друг от друга. В этой главе будут рассмотрены наиболее типичные варианты реализации основных и дополнительных устройств физического и канального уровней.