Стандартные сегменты Fast Ethernet

В этой лекции говорится о стандартных сегментах сети Fast Ethernet, их топологиях, аппаратуре, кабелях, разъемах, достоинствах и недостатках, а также о методе автоматического согласования скоростей передачи.

Аппаратура 100BASE–TX

Стандарт Fast Ethernet IEEE 802.3u появился значительно позже стандарта Ethernet – в 1995 году. Его разработка в первую очередь была связана с требованием повышения скорости передачи информации. Однако переход с Ethernet на Fast Ethernet позволяет не только повысить скорость передачи, но и существенно отодвинуть границу перегрузки сети (что обычно гораздо важнее). Поэтому популярность Fast Ethernet постоянно растет.

Вместе с тем надо учитывать, что стандартные сегменты Fast Ethernet имеют свои особенности и недостатки, которые далеко не очевидны, но которые обязательно надо учитывать. Создатели Fast Ethernet сделали все возможное для облегчения перехода на новую скорость, однако, в каком–то смысле Fast Ethernet – это уже другая, новая сеть.

Если сравнивать набор стандартных сегментов Ethernet и Fast Ethernet, то главное отличие – полный отказ в Fast Ethernet от шинных сегментов и коаксиального кабеля. Остаются только сегменты на витой паре и оптоволоконные сегменты.

Стандарт 100BASE–TX определяет сеть с топологией пассивная звезда и использованием сдвоенной витой пары.

Схема объединения компьютеров в сеть 100BASE–TX практически ничем не отличается от схемы по стандарту 10BASE–T (Рисунок 12.1). Однако, в этом случае необходимо применение кабелей с неэкранированными витыми парами (UTP) категории 5 или выше, что связано с требуемой пропускной способностью кабеля. В настоящее время это самый популярный тип сети Fast Ethernet.

Для присоединения кабелей так же, как и в случае 10BASE–T используются 8–контактные разъемы типа RJ–45. Длина кабеля так же не может превышать 100 метров (стандарт, правда, рекомендует ограничиваться длиной сегмента в 90 метров, чтобы иметь 10–процентный запас). Так же используется топология пассивная звезда с концентратором в центре. Только сетевые адаптеры должны быть Fast Ethernet, и концентратор должен быть рассчитан на подключение сегментов 100BASE–TX. Именно поэтому рекомендуется даже при установке сети 10BASE–T прокладывать кабель категории 5.

Рисунок 12.1 – Схема объединения компьютеров по стандарту 100BASE–TX

Из восьми контактов разъема RJ–45 используется только 4 контакта (таблица 12.1): два для передачи информации (TX+ и TX–) и два для приема информации (RX+ и RX–). Передача производится дифференциальными сигналами. Для передачи используется код 4В/5В, такой же, как в сети FDDI, что позволяет снизить частоту изменения сигналов по сравнению с манчестерским кодом. Это уже серьезный шаг в сторону от первоначального стандарта IEEE 802.3.

Стандарт предусматривает также возможность применения экранированного кабеля с двумя витыми парами проводов (волновое сопротивление – 150 Ом). В этом случае должен применяться 9–контактный экранированный разъем DB–9, он же разъем STP IBM типа 1 (Рисунок 12.2), такой же, как в сети Token–Ring. Назначение контактов этого разъема приведено в таблице 12.2.

Таблица 12.1 – Назначение контактов разъема типа RJ–45

Контакт	Назначение	Цвет провода
	TX+	Белый/оранжевый
	TX–	Оранжевый/белый
	RX+	Белый/зеленый
	Не используется
	Не используется
	RX–	Зеленый/белый
	Не используется
	Не используется

Рисунок 12.2 – Разъем DB–9

Таблица 12.2 – Назначение контактов разъема DB9

Контакт	Назначение	Цвет провода
	RX+	Оранжевый
	Не используется
	Не используется
	Не используется
	TX+	Красный
	RX–	Черный
	Не используется
	Не используется
	TX–	Зеленый

Как и в случае 10BASE–T, в сети 100BASE–TX могут использоваться два типа кабеля: прямой и перекрестный (Рисунок 12.3). Для соединения двух компьютеров без применения концентраторов используется стандартный перекрестный (crossover) кабель. А для связи компьютера с концентратором применяется прямой (direct) кабель с соединенными между собой одинаковыми контактами разъемов. Если перекрестное соединение предусмотрено внутри концентратора, то соответствующий порт его должен быть помечен буквой "X".Здесь все точно так же, как и в случае 10BASE–T.

Для контроля целостности сети в 100BASE–TX предусмотрена передача в интервалах между сетевыми пакетами специальных сигналов (FLP– Fast Link Pulse). Но в отличие от 10BASE–T эти сигналы выполняют также функцию автоматического согласования скорости передачи аппаратных средств (Auto–Negotiation). Об этом автоматическом согласовании будет рассказано в разделе "Автоматическое определение типа сети".

Рисунок 12.3 – Прямой и перекрестный кабели, применяемые в сегменте 100BASE–TX

Аппаратура 100BASE–T4

Основное отличие аппаратуры 100BASE–T4 от 100BASE–TX состоит в том, что передача производится не по двум, а по четырем неэкранированным витым парам (UTP). При этом кабель может быть менее качественным, чем в случае 100BASE–TX (категории 3, 4 или 5). Принятая в 100BASE–T4 система кодирования сигналов обеспечивает ту же самую скорость 100 Мбит/с на любом из этих кабелей, хотя стандарт рекомендует, если есть такая возможность, все–таки использовать кабель категории 5.

Схема объединения компьютеров в сеть ничем не отличается от 100BASE–TX (Рисунок 12.1). Компьютеры присоединяются к концентратору по схеме пассивной звезды. Длина кабелей точно так же не может превышать 100 метров (стандарт и в этом случае рекомендует ограничиваться 90 метрами для 10–процентного запаса).

Как и в случае 100BASE–TX, для подключения сетевого кабеля к адаптеру (трансиверу) и к концентратору используются 8–контактные разъемы типа RJ–45. Но в данном случае задействованы уже все 8 контактов разъема. Назначение контактов разъемов представлено в таблице 12.3.

Таблица 12.3 – Назначение контактов разъема типа RJ–45 для сегмента 100BASE–T4

Контакт	Назначение	Цвет провода
	TX_D1+	Белый / оранжевый
	TX_D1–	Оранжевый / белый
	RX_D2+	Белый / зеленый
	BI_D3+	Голубой / белый
	BI_D3–	Белый / голубой
	RX_D2–	Зеленый / белый
	BI_D4+	Белый / коричневый
	BI_D4–	Коричневый / белый

TX – передача данных, RX – прием данных, BI – двунаправленная передача

Обмен данными идет по одной передающей витой паре, по одной приемной витой паре и по двум двунаправленным витым парам с использованием трехуровневых дифференциальных сигналов.

Для связи двух компьютеров без применения концентраторов используется перекрестный кабель. В обычном же прямом кабеле, применяемом для связи компьютера с концентратором, соединены одноименные контакты обоих разъемов. Схемы кабелей приведены на рисунке 12.4. Если перекрестное соединение предусмотрено внутри концентратора, то соответствующий порт должен помечаться буквой "Х". Здесь все точно так же, как в случае 100BASE–TX и 10BASE–T.

Рисунок 12.4 – Прямой и перекрестный кабель сети 100BASE–T4

Для реализации передачи информации со скоростью 100 Мбит/с по кабелю с малой полосой пропускания (категории 3) в сегменте 100BASE–T4 используется оригинальный принцип кодирования информации, называющийся 8В/6Т. Его идея состоит в том, что 8 бит, которые надо передать, преобразуются в 6 тернарных (трехуровневых с уровнями –3,5 В, +3,5 В и 0 В) сигналов, которые затем передаются за два такта по трем витым парам. При шестиразрядном трехзначном коде общее число возможных состояний равно 3⁶ = 729, что больше, чем 2⁸ = 256, то есть никаких проблем из–за уменьшения количества разрядов не возникает. В результате по каждой витой паре передается информация со скоростью 25 Мбит/с, то есть требуется полоса пропускания всего 12,5 МГц (Рисунок 12.5). Дополнительно сигналы, передаваемые в кабель, кодируются по методу MLT–3.

Рисунок 12.5 – Кодирование информации 8В/6Т в сегменте 100BASE–T4

Для передачи информации одновременно используются две двунаправленные витые пары (BI_D3 и BI_D4) и одна однонаправленная (TX_D1 или RX_D2). Четвертая витая пара, не участвующая в передаче информации (TX_D1 или RX_D2) применяется для обнаружения коллизий (Рисунок 12.6).

Рисунок 12.6 – Использование линий связи при передаче и приеме

Для контроля целостности сети в 100BASE–T4 также предусмотрена передача специального сигнала FLP между сетевыми пакетами. Наличие связи индицируется светодиодами "Link". Сигналы FLP также используются для автоматического согласования скоростей передачи (см. раздел "Автоматическое определение типа сети").

Аппаратура 100BASE–FX

Применение оптоволоконного кабеля в сегменте 100BASE–FX позволяет существенно увеличить протяженность сети, а также избавиться от электрических наводок и повысить секретность передаваемой информации.

Аппаратура 100BASE–FX очень близка к аппаратуре 10BASE–FL. Точно так же здесь используется топология пассивная звезда с подключением компьютеров к концентратору с помощью двух разнонаправленных оптоволоконных кабелей (Рисунок 12.7).

Рисунок 12.7 – Подключение компьютеров к сети 100BASE–FX

Между сетевыми адаптерами и кабелями возможно включение выносных трансиверов. Как и в случае сегмента 10BASE–FL, оптоволоконные кабели подключаются к адаптеру (трансиверу) и к концентратору с помощью разъемов типа SC, ST или FDDI. Для присоединения разъемов SC и FDDI достаточно просто вставить их в гнездо, а разъемы ST имеют байонетный механизм.

Максимальная длина кабеля между компьютером и концентратором составляет 412 метров, причем это ограничение определяется не качеством кабеля, а установленными временными соотношениями. Согласно стандарту, применяется мультимодовый или одномодовый кабель с длиной волны света 1,35 мкм. В последнем случае потери мощности сигнала в сегменте (в кабеле и разъемах) не должны превышать 11 дБ. При этом надо учитывать, что потери в кабеле составляют 1—2 дБ на километр длины, а потери в разъеме – от 0,5 до 2 дБ (при условии, что разъем установлен качественно).

Как и в других сегментах Fast Ethernet, в 100BASE–FX предусмотрен контроль целостности сети, для чего в промежутках между сетевыми пакетами по кабелю передается специальный сигнал. Целостность сети индицируется светодиодами "Link".

Используемый метод кодирования – 4В/5В (как и в сегменте 100BASE–TX), что позволяет довольно просто осуществлять сопряжение этих двух сегментов (иногда они даже объединяются в единый стандарт 100BASE–X). Дополнительное кодирование – NRZI.