Метод физического и логического кодирования сигналов, используемые в современных сетях Gigabit Ethernet

Многомодовый  кабель

      Для передачи данных по многомодовому волоконно – оптическому кабелю стандарт определяет применение излучателей, работающих на двух длинах волн: 1300нм и 850нм. Применение светодиодов с длиной волны 850нм объясняется тем, что они намного дешевле, чем светодиоды с длиной 1300нм, хотя при этом максимальная длина кабеля максимальная длина кабеля уменьшается, так как затухание многомодового оптоволокна  на волне 850нм более чем в два раза, чем на волне 130 нм.  Для многомодового оптоволокна стандарта 802.3z. определил спецификации 1000 Base – SX и  1000 Base – LX .

Рис 4.  Предельные значения сегментов волоконно - оптического кабеля разного типа для стандарта 1000 Base – SX.

Твинаксиальный  кабель

        В качестве среды передачи  используется высококачественный  твинаксиальный 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 4 коаксиальных проводника – Quad – кабель. Он внешне напоминает кабель категории 5 и имеет близкие к нему внешний диаметр и гибкость. Максимальная длина твинаксиального сегмента составляет всего 25м, поэтому это решение подходит для оборудования, расположенного в одном помещений.  

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 l00VG-AnyLAN).

Это сразу  уменьшило скорость передачи данных по каждой паре до 250 Мбит/с. Однако 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 коллизии.

На оба  эти вопроса комитет 802.ЗаЬ нашел  ответы.

Для кодирования  данных был применен код РАМ5, использующий 5 уровней потенциала. 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 остается 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 этого 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 802.3аЬ 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 навстречу 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 DTP 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. 

6. Применение Gigabit Ethernet

Переход от Fast Ethernet к более высокоскоростным сетям (Gigabit Ethernet) происходит либо заменой (дополнительной закупкой) оборудования (коммутаторов, репитеров), либо благодаря использованию агрегации каналов (возможность параллельной пересылки данных между коммутаторами по нескольким витым парам одновременно).

Использование GE в качестве остовной сети (backbone)

         Выводы: Технология Gigabit Ethernet добавляет новую ступень в иерархии скоростей семейства Ethernet величиной в 1000Мбит/с. 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. 
 

Список  литературы: 

• Олифер  В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для  вузов. 2-е изд. - СПб.: Питер, 2004 – 864 с.
• Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 3-е изд. - СПб.: Питер, 2006 – 958 с.
• Таненбаум Э. Компьютерные сети: Учебник. 4-е изд. – СПб.: Питер, 2003 – 992 с.
• http://kunegin.narod.ru/ref1/giga2/1.htm
• http://kunegin.narod.ru/ref1/giga1/ge6.htm