Автоматическое определение типа сети (Auto–Negotiation)

Функция автоматического определения типа сети (или скорости передачи), предусмотренная стандартом Ethernet, не является обязательной. Однако ее реализация в сетевых адаптерах и концентраторах позволяет существенно облегчить жизнь пользователям сети. Особенно это важно на современном этапе, когда широко применяются как ранняя версия Ethernet со скоростью обмена 10 Мбит/с, так и более поздняя версия Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с.

Функция автодиалога или автосогласования (так можно перевести Auto–Negotiation) позволяет адаптерам, в которых предусмотрено переключение скорости передачи, автоматически подстраиваться под скорость обмена в сети, а концентраторам, в которых предусмотрен автодиалог, самим определять скорость передачи адаптеров, подключенных к их портам. При этом пользователь сети не должен следить за тем, на какую скорость обмена настроена его аппаратура: система сама выберет максимально возможную скорость.

Сразу следует отметить, что режим автодиалога применяется только в сетях на основе сегментов, использующих витые пары: 10BASE–T, 100BASE–TX и 100BASE–T4. Для сегментов на базе коаксиального кабеля и оптоволоконного кабеля, автодиалог не предусмотрен. Шинные сегменты на коаксиальном кабеле не дают возможности двухточечной связи, поэтому в них невозможно попарное согласование абонентов. А в оптоволоконных сегментах применяется другая система служебных сигналов, передаваемых между пакетами.

Автодиалог основан на использовании сигналов, передаваемых в Fast Ethernet, которые называются FLP (Fast Link Pulse) по аналогии с сигналами NLP (Normal Link Pulse), применяемыми в сегментах 10BASE–T. Так же, как и NLP, сигналы FLP начинают вырабатываться с включением питания соответствующей аппаратуры (адаптера или концентратора) и формируются в паузах между передаваемыми сетевыми пакетами, поэтому они никак не влияют на загрузку сети. Именно сигналы FLP и передают информацию о возможностях подключенной к данному сегменту аппаратуры.

Так как аппаратура 10BASE–T разрабатывалась до создания механизма автодиалога, для автоматического определения типа сети необходимо обрабатывать не только сигналы FLP, но и NLP. Это также предусмотрено в аппаратуре, поддерживающей автодиалог. Естественно, в такой аппаратуре, как правило, заложена возможность отключения режима автодиалога, чтобы пользователь сам мог задать режим работы своей сети.

Помимо уже упоминавшихся сегментов 10BASE–T, 100BASE–TX и 100BASE–T4 автодиалог обеспечивает обслуживание так называемых полнодуплексных (full duplex) сегментов сети Ethernet (10BASE–T Full Duplex) и сети Fast Ethernet (100BASE–TX Full Duplex).

Рассмотрим особенности полнодуплексного режима передачи.

Как уже упоминалось, связь между абонентами бывает трех основных видов:

· симплексная (всегда только в одну сторону),

· полудуплексная (по очереди то в одну сторону, то в другую),

· полнодуплексная (одновременно в две стороны).

Классический Ethernet использует полудуплексную связь: по его единственному кабелю в разное время может проходить разнонаправленная информация. Это позволяет легко реализовать обмен между большим количеством абонентов, но требует сложных методов доступа к сети (CSMA/CD).

Полнодуплексная версия Ethernet гораздо проще. Она предназначена для обмена только между двумя абонентами по двум разнонаправленным кабелям, причем передавать могут оба абонента сразу, одновременно. Два преимущества такого подхода понятны сразу:

· не требуется никакого механизма доступа к сети,

· в идеале пропускная способность полнодуплексной линии связи оказывается вдвое выше, чем при полудуплексной передаче.

Режим полного дуплекса гораздо сложнее реализовать технически, поэтому полнодуплексные версии Ethernet и Fast Ethernet находятся все еще на стадии стандартизации, единых правил обмена пока не выработано, и аппаратура разных производителей может основываться на разных принципах обмена. Тем не менее, автодиалог уже ориентирован на их распознавание и использование.

При проведении автодиалога применяется таблица приоритетов (таблица 12.4), в которой полнодуплексные версии имеют более высокие приоритеты, чем классические полудуплексные, так как они более быстрые. Выбирается версия с максимально возможным для обоих абонентов приоритетом.

Таблица 12.4. Приоритеты автодиалога

Приоритет	Тип сети
	100BASE–TX Full Duplex
	100BASE–T4
	100BASE–TX
	10BASE–T Full Duplex
	10BASE–T

1 – высший приоритет, 5 – низший приоритет

Из таблицы следует, что если, например, аппаратура на обоих концах сегмента поддерживает обмен с двумя скоростями, например, в режимах 10BASE–T и 100BASE–TX, то в результате автодиалога будет выбран режим 100BASE–TX, как имеющий больший приоритет (обеспечивающий большую скорость).

Автодиалог предусматривает также разрешение ситуаций, когда на одном конце кабеля подключена двухскоростная аппаратура, а на другом– односкоростная. Например, если двухскоростной адаптер присоединен к концентратору 10BASE–T, в котором не предусмотрена возможность автодиалога, то он не будет получать сигналы FLP, а только NLP. В результате действия механизма автодиалога адаптер будет переключен в режим концентратора 10BASE–T. Точно так же, если двухскоростной концентратор присоединен к односкоростному адаптеру 100BASE–TX, не рассчитанному на автодиалог, то концентратор перейдет в режим адаптера 100BASE–TX. Этот механизм одностороннего определения типа сети называется параллельным детектированием (Parallel Detection).

В любом случае, автодиалог не может обеспечить большей скорости, чем самый медленный из компонентов сети. Таким образом, если к репитерному концентратору, в котором имеется функция автодиалога, подключены два адаптера: односкоростной 10BASE–T и двухскоростной (10BASE–T и 100BASE–TX), то вся сеть будет настроена на работу по стандарту 10BASE–T, так как никакого накопления информации и никакой ее обработки в репитерном концентраторе не предусмотрено. Присоединение к такому концентратору двух неперестраиваемых (односкоростных) адаптеров с разными скоростями делает сеть неработоспособной. Иногда в конструкции репитеров предусматривается автоматическое отключение портов, к которым присоединены неперестраиваемые низкоскоростные (10BASE–T) адаптеры. Некоторые концентраторы (самые сложные) могут автоматически перекоммутировать порты таким образом, чтобы сегменты со скоростью 10 Мбит/с обменивались информацией только между собой, а сегменты со скоростью 100 Мбит/с –между собой.

Помимо собственно определения типа сети и выбора максимально возможной скорости обмена автодиалог обеспечивает и некоторые дополнительные возможности. В частности, он позволяет определять, почему нарушилась связь в процессе работы, а также обмениваться информацией об ошибках. Для передачи этой дополнительной информации используется тот же самый механизм, что и для основного автодиалога, но только после того, как установлен тип сети и скорость передачи. Данная функция называется "функцией следующей страницы" (Next Page function).

Обмен информацией при автодиалоге производится посылками (пакетами) FLP–импульсов, которыми кодируется 16–битное слово. Каждая посылка содержит от 17 до 33 импульсов, идентичных импульсам NLP, которые используются в 10BASE–T. Посылки имеют длительность около 2 мс и передаются с периодом 16,8 мс (рисунок 12.8).

Рисунок 12.8 – Временная диаграмма автодиалога и 10BASE–T

Для кодирования битов в FLP применяется следующий код. В начале каждого битового интервала передается импульс. В середине бита, соответствующего логической единице, передается еще один импульс. В середине бита, соответствующего логическому нулю импульса нет. Этот код иллюстрируется рисунок 12.9. В начале посылки передается стартовый нулевой бит, именно поэтому общее количество импульсов в посылке FLP может изменяться в пределах от 17 до 33.

Обмен информацией при автодиалоге осуществляется 16–битными словами, называемыми LCW (Link Code Word), с форматом, представленным на рисунке 12.10.

Рисунок 12.9 – Код, применяемый при автодиалоге

Рисунок 12.10 – Формат слова LCW, применяемого в автодиалоге

Пятиразрядное поле селектора (Selector Field) определяет один из 32 возможных типов стандарта сети. В настоящее время для него используется только два кода: код 00001 соответствует стандарту IEEE 802.3, а код 00010 – IEEE 802.9.

Восьмиразрядное поле технологических особенностей (Technology Ability Field) определяет тип сети в пределах стандарта, заданного битами поля селектора. Для стандарта IEEE 802.3 пока что определены пять типов, которые представлены в таблице 12.4.

Бит удаленной ошибки RF (Remote Fault) позволяет передавать информацию о наличии ошибок. Бит подтверждения Ack (Acknowledge) используется для подтверждения получения посылки. Наконец, бит следующей страницы NP (Next Page) говорит о поддержке функции следующей страницы, о том, что абонент собирается передавать еще и дополнительную информацию в следующем слове.

В автодиалоге используется специально разработанный протокол с многократным подтверждением принятия посылок. В случае если автодиалог происходит между абонентами 1 и 2, последовательность действий абонентов будет такой.

1. Абонент 1 передает свою посылку (LCW) с неустановленным (равным нулю) битом Ack.

2. Абонент 2 в ответ начинает передавать последовательные ответные посылки (LCW).

3. Когда абонент 1 получает три последовательные посылки от абонента 2 (бит Ack при этом игнорируется), он передает посылку с установленным (равным единице) битом Ack (подтверждает правильный прием LCW от абонента 2).

4. Абонент 2 продолжает передавать свои LCW с установленным битом Ack.

5. Когда абонент 1 получает три последовательные посылки от абонента 2 с установленным битом Ack, он понимает, что абонент 2 правильно принял его LCW.

6. Абонент 1 передает свое LCW с установленным битом Ack 6—8 раз для гарантии, что диалог завершен полностью.

7. В результате оба абонента получают информацию о своем партнере и могут выбрать тот режим работы, который обеспечит наилучшие характеристики обмена.

В соответствии с этим алгоритмом действуют оба абонента, участвующие в автодиалоге. Как видно, здесь реализуется механизм многократного взаимного подтверждения, что существенно повышает надежность передачи данных об аппаратуре абонентов. При этом также легко детектируются ошибочные ситуации, например, неисправности аппаратуры абонентов, нарушения целостности кабеля, несовместимость аппаратуры абонентов и т.д.

Для реализации функции следующей страницы используется бит NP (см. рисунок 12.10). Если оба абонента устанавливают его в своих LCW, то есть оба они поддерживают эту функцию, то между ними может быть произведен дополнительный обмен информацией такими же 16–разрядными словами, но с другим форматом. В этих словах 11 битов отводится на информацию, а пять битов используются как служебные. В частности, это позволяет производить более полную диагностику аппаратуры, а также выявлять повышенный уровень помех в линии связи. Вероятно, в дальнейшем принцип автодиалога будет совершенствоваться, включая в себя другие стандарты и типы сети, давая возможность разрешения все новых задач. Но его реализация в принципе невозможна при стандартной топологии шина, поэтому, скорее всего, доля шинных сегментов (10BASE2 и 10BASE5) будет все больше сокращаться. И в новых сетях (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet) шинные сегменты вряд ли появятся.