Стандартні сегменти Ethernet і Fast Ethernet

Основна відмінність  апаратури 100ВА5Е-Т4от 100BASE - TX полягає  в тому, що передача проводиться  не по двох, а по чотирьох неекранованих  витих парах. При цьому кабель може бути менш якісним, чим у разі 100BASE - TX (категорії 3,4 або 5). Прийнята в 100BASE - T4 система кодування сигналів забезпечує ту ж саму швидкість 100 Мбіт/з  на будь-якому з цих кабелів, хоча стандарт рекомендує, якщо є така можливість, використовувати кабель категорії 5.

Схема об'єднання  комп'ютерів в мережу нічим не відрізняється  від 100BASETX (мал. 8.15). Комп'ютери приєднуються до концентратора за схемою пасивної зірки. Довжина кабелів так само не може перевищувати 100 м (стандарт і  в цьому випадку рекомендує обмежуватися 90 м для 10-процентного запасу). Між  адаптерами і кабелями у разі потреби  можуть включатися виносні трансивери.

Як і у разі 100BASE - TX, для підключення мережевого кабелю до адаптера (трансиверу) і до концентратора використовуються 8-контактні  роз'єми типу RJ - 45. Але в даному випадку задіяно усі 8 контактів  роз'єму. Призначення контактів роз'ємів представлене в таблиці 8.5.

Обмін даними йде  по одній передавальній витій  парі, по одній приймальній витій  парі і по двох двонаправлених витих  парах з використанням трирівневих  диференціальних сигналів.

Таблиця. 8.5. Розподіл контактів роз'єму типу RJ - 45 для  сегменту 10OBASE - T4 (ТХ - передача даних, RX - прийом даних, BI - двонаправлена передача)

Для зв'язку двох комп'ютерів без застосування концентраторів використовується перехресний кабель. У звичайному ж прямому кабелі, вживаному для з'єднання комп'ютера  з концентратором, сполучені однойменні контакти обох роз'ємів. Схеми кабелів  приведені на рис 8.18. Якщо перехресне з'єднання передбачене усередині  концентратора, то відповідний порт повинен позначатися буквою "X". Як бачимо, і тут усе точно так, як і у разі 100BASE - TX і 10BASE - T.

Для реалізації передачі інформації із швидкістю 100 Мбіт/з  по кабелю з малою смугою пропускання (категорії 3) в сегменті 100BASE - T4 використовується оригінальний принцип кодування  інформації, що називається 8В/6Т. Його ідея полягає в тому, що 8 біт, які  потрібно передати, перетворяться в 6 тернарных (трирівневих з рівнями - 3,5 В, +3,5 В і Про В) сигналів, які  потім передаються за два такти  по трьох витих парах. При шестирозрядному  тризначному коді загальне число  можливих станів рівне З6 = 729, що більше, ніж 28 = 256, тобто жодних проблем із-за зменшення кількості розрядів не виникає. В результаті по кожній витій  парі передається інформація із швидкістю 25 Мбіт/з, тобто вимагається смуга  пропускання всього 12,5 Мгц (мал. 8.19). Для передачі інформації одночасно  використовуються дві двонаправлені  виті пари (BI_D3 і BI_D4) і одні однонапрямлені (TX_D1 або RX_D2). Четверта вита пара, що не бере участь в передачі інформації (TX_D1 або RX_D2), використовується для виявлення  колізій.

Мал. 8.18. Прямий і перехресний кабель мережі 10OBASE - T4

Мал. 8.19. Кодування  інформації 8В/6Т в сегменті 10OBASE - T4

Для контролю цілісності мережі в 100BASE - T4 також передбачена  передача спеціального сигналу FLP між  мережевими пакетами. Наявність зв'язку відображається світлодіодами "Link".

Застосування  оптоволоконного кабелю в сегменті 100BASE - FX дозволяє істотно збільшити  протяжність мережі, а також позбавитися  від електричних наведень і підвищити  секретність передаваної інформації.

Апаратура 100BASE - FX дуже близька до апаратури 10BASE - FL. Так само тут використовується топологія "пасивна зірка" з підключенням комп'ютерів до концентратора за допомогою  двох різноспрямованих оптоволоконних кабелів (мал. 8.20). Між мережевими адаптерами і кабелями можливе включення  виносних трансиверів. Як і у разі сегменту 10BASE - FL, оптоволоконні кабелі підключаються до адаптера (трансиверу) і до концентратора за допомогою  роз'ємів типу SC, ST або FDDI. Для приєднання роз'ємів SC і FDDI досить просто вставити їх в гніздо, а роз'єми ST мають  байонетный механізм.

Мал. 8.20. Підключення  комп'ютерів до мережі 10OBASE - FX

Максимальна довжина  кабелю між комп'ютером і концентратором складає 412м, причому це обмеження  визначається не якістю кабелю, а встановленими  тимчасовими співвідношеннями. Згідно із стандартом,

застосовується  мультимодовый або одномодовий  кабель з довжиною хвилі світла 1,35 мкм. У останньому випадку втрати потужності сигналу в сегменті (у  кабелі і роз'ємах) не повинні перевищувати 11 дБ. При цьому потрібно враховувати, що втрати в кабелі складають 1-5 дБ на кілометр довжини, а втрати в роз'ємі - від 0,5 до 2 дБ (за умови, що роз'єм встановлений якісно).

Як і в інших  сегментах Fast Ethernet, в 100BASE - FX передбачений контроль за цілісністю мережі, для  чого в проміжках між мережевими пакетами по кабелю передається спеціальний  сигнал. Цілісність мережі відображається світлодіодами "Link".

Функція автоматичного  визначення типу мережі, передбачена  стандартом Ethernet, не є обов'язковою. Проте її реалізація в мережевих  адаптерах і концентраторах дозволяє істотно полегшити життя користувачам мережі. Особливо це важливо на сучасному  етапі, коли широко застосовуються як більш рання версія Ethernet із швидкістю  обміну 10 Мбіт/з, так і пізніша  версія Fast Ethernet із швидкістю 100 Мбіт/с.

Функція автодіалогу  або автоузгодження (так можна  перевести Auto - Negotiation) дозволяє адаптерам, в яких передбачено перемикання  швидкості передачі, автоматично  підлаштовуватися під швидкість  обміну в мережі, а концентраторам, в яких передбачений авто діалог, самим  визначати швидкість передачі адаптерів, підключених до їх портів. При цьому  користувач мережі не повинен стежити  за тим, на яку швидкість обміну налаштована  його апаратура: система сама вибере максимально можливу швидкість.

Відразу відмітимо, що режим автодіалогу застосовується тільки в мережах на основі сегментів, що використовують виті пари, : 10BASE - T, 100BASE - TX і 100BASE - T4. Для сегментів на базі коаксіального кабелю і оптоволоконного  кабелю автодіалог не передбачений. Шинні  сегменти на коаксіальному кабелі не дають можливості двоточкового зв'язку, а в оптоволоконних сегментах  застосовується інша система службових  сигналів.

Автодіалог заснований на використанні сигналів, що передаються  в Fast Ethernet, які називаються FLP (Fast Link Pulse) по аналогії з сигналами NLP (Normal Link Pulse), вживаними в сегментах 10BASE, - T. Так само, як і NLP, сигнали FLP починають  вироблятися з включенням живлення відповідної апаратури (адаптера або  концентратора) і формуються в паузах між передаваними мережевими пакетами, тому вони ніяк не впливають на завантаження мережі. Саме сигнали FLP і передають  інформацію про можливості підключеної  до цього сегменту апаратури.

Оскільки апаратура 10BASE - T розроблялася до створення механізму  автодіалогу, для автоматичного  визначення типу мережі необхідно обробляти  не лише сигнали FLP, але і сигнали NLP. Це також передбачено в апаратурі, підтримувальній автодіалог. Природно, в такій апаратурі, як правило, передбачається і можливість відключення режиму автодіалогу, щоб користувач сам  міг задати режим роботи своєї  мережі.

Окрім вже згадуваних сегментів 10BASE - T, 100BASE - TX і 100BASE - T4, автодіалог передбачає обслуговування так званих повнодуплексних (full duplex) сегментів  мережі Ethernet (10BASE - T Full Duplex) і мережі Fast Ethernet (100BASE - TX Full Duplex).

Як відомо з  теорії зв'язку, зв'язок буває симплексна (завжди тільки в один бік), напівдуплексна (по черзі то в один бік, то в інший) і повнодуплексна (одночасно в  дві сторони). Класичний Ethernet використовує напівдуплексний зв'язок: по його кабелю в різний час може проходити різноспрямована  інформація. Це дозволяє легко реалізувати  обмін між великою кількістю  абонентів, але вимагає складних методів доступу до мережі (CSMA/CD). Повнодуплексна версія Ethernet набагато простіша. Вона призначена для обміну тільки між двома абонентами по двох різноспрямованих кабелях, причому  передавати можуть обидва абоненти відразу. Дві переваги такого підходу зрозумілі  відразу: по-перше, не вимагається ніякого  механізму доступу до мережі, а  по-друге, в ідеалі пропускна спроможність такої лінії зв'язку виявляється  удвічі вище, ніж при напівдуплексній  передачі. Повнодуплексні версії Ethernet і Fast Ethernet знаходяться ще на стадії стандартизації, тому єдиних правил обміну доки не вироблено, і апаратура різних виробників може грунтуватися на різних принципах обміну. Проте, автодіалог вже орієнтований на їх розпізнавання  і використання.

При проведенні автодіалогу застосовується таблиця  пріоритетів (таблиця. 8.6), в якій повнодуплексні версії мають вищі пріоритети, ніж  класичні напівдуплексні, оскільки вони швидші.

З таблиці виходить, що якщо апаратура на обох кінцях сегменту підтримує обмін з двома швидкостями, наприклад, в режимах 10BASE - T і 100B ASE - TX, то в результаті автодіалогу буде вибраний режим 100BASETX, як більший пріоритет (що забезпечує велику швидкість), що має.

Таблиця. 8.6. Пріоритети автодіалогу (1 - вищий пріоритет, 5 - нижчий пріоритет)

Автодіалог передбачає також дозвіл ситуацій, коли на одному кінці кабелю підключена двошвидкісна апаратура, а на іншому -односкоростная. Наприклад, якщо двошвидкісний адаптер  приєднаний до концентратора 10BASE - T, в  якому не передбачена можливість автодіалогу, то він не отримуватиме сигналів FLP, а отримуватиме тільки сигнали NLP. В результаті дії механізму  автодіалогу адаптер буде перемкнутий  в режим концентратора 10BASE - T. Так  само, якщо двошвидкісний концентратор приєднаний до одиншвидкісного адаптера 100BASE - TX, не розрахованому на автодіалог, то концентратор перейде в режим  адаптера 100BASE - TX. Цей механізм одностороннього  визначення типу мережі називається  паралельним детектуванням (Parallel Detection).

Природно, у будь-якому  випадку автодіалог не може забезпечити  більшої швидкості, чим найповільніший з компонентів мережі. Тобто якщо до ре-питерному концентратора, в  якому передбачена функція автодіалогу, підключено два адаптери: одиншвидкісний 10BASE - T і двошвидкісний (10BASE - T і 100BASE - TX), то уся мережа буде налаштована  на роботу як 10BASE - T, оскільки ніякого  накопичення інформації і ніякий її обробки в репитерном концентраторі  не передбачено. Приєднання до такого концентратора двох неперебудовуваних (одиншвидкісних) адаптерів з різними  швидкостями робить мережу непрацездатною. Іноді в конструкції репітерів  передбачається автоматичне відключення  портів, до яких приєднані неперебудовувані низькошвидкісні (10BASE - T) адаптери. Деякі  концентратори (найскладніші) можуть автоматично  перекоммутировать порти так, щоб  сегменти із швидкістю 10 Мбіт/з обмінювалися інформацією тільки між собою, а  сегменти із швидкістю 100 Мбіт/з - між  собою.

Відмітимо також, що окрім власне визначення типу мережі і вибору максимально можливої швидкості  обміну автодіалог забезпечує і деякі  додаткові можливості. Зокрема, він  дозволяє визначати, чому порушився  зв'язок в процесі роботи, а також обмінюватися інформацією про помилки. Для передачі цієї додаткової інформації використовується той же самий механізм, що і для основного автодіалогу, але тільки після того, як встановлений тип мережі і швидкість передачі. Ця функція називається "Функцією наступної сторінки" (Next Page function).

А тепер розглянемо автодіалог дещо детальніше.

Обмін інформацією  при автодіалозі проводиться  посилками (пакетами) FLP -импульсов, якими  кодується 16-бітове слово. Кожна посилка  містить від 17 до 33 імпульсів, ідентичних імпульсам NLP, які використовуються в 10BASE, - T. Посилки мають тривалість близько 2 мс і передаються з періодом 16,8 мс (мал. 8.21).

Для кодування  бітів в FLP застосовується наступний  код. На початку кожного бітового інтервалу передається імпульс. В середині біта, відповідного логічній одиниці, передається ще один імпульс. В середині біта, відповідного логічному  нулю імпульсу немає. Цей код ілюструється мал. 8.22. На початку посилки передається  стартовий нульовий біт, саме тому загальна кількість імпульсів в посилці FLP може змінюватися в межах від 17 до 33.

Мал. 8.21. Тимчасова  діаграма автодіалогу і 10BASE - T

Мал. 8.22. Код, вживаний при автодіалозі 

Обмін інформацією  при автодіалозі здійснюється 16-бітовими словами, званими LCW (Link Code Word), з форматом, представленим на мал. 8.23.

П'ятирозрядне  поле селектора (Selector Field) визначає один з 32 можливих типів стандарту мережі. Нині для нього використовується тільки два коди: код 00001 відповідає стандарту IEEE 802.3, а код 00010 відповідає стандарту IEEE 802.9.

Мал. 8.23. формат слова LCW, вживаного в автодіалозі 

Восьмирозрядне  поле технологічних особливостей (Technology Ability Field) визначає тип мережі в межах  стандарту, заданого бітами поля селектора. Для стандарту IEEE 802.3 поки що визначено  п'ять типів, представлені в таблиці 8.6.

Біт видаленої  помилки RF (Remote Fault) дозволяє передавати інформацію про наявність помилок. Біт підтвердження Ack (Acknowledge) використовується для підтвердження отримання  посилки. Нарешті, біт наступної сторінки NP (Next Page) говорить про підтримку функції наступної сторінки, про те, що абонент збирається передавати ще і додаткову інформацію.

У автодіалозі  використовується спеціально розроблений  протокол з багатократним підтвердженням прийняття посилок. У разі, якщо автодіалог відбувається між абонентами 1 і 2, послідовність  дій абонентів буде такою.

1. Абонент 1 передає  свою посилку (LCW) з невстановленим (рівним нулю) бітом Ack.

2. Абонент 2 у  відповідь починає передавати  послідовні посилки (LCW) у відповідь. 

3. Коли абонент  1 отримує три послідовні посилки  від абонента 2 (біт Ack при цьому  ігнорується), він передає посилку  зі встановленим (рівним одиниці)  бітом Ack (підтверджує правильний  прийом LCW від абонента 2).

4. Абонент 2 продовжує  передавати свої LCW зі встановленим  бітом Ack.

5. Коли абонент  1 отримує три послідовні посилки  від абонента 2 зі встановленим  бітом Ack, він розуміє, що абонент  2 правильно прийняв його LCW.

6. Абонент 1 передає  своє LCW зі встановленим бітом  Ack 6-8 разів для гарантії, що діалог  завершений повністю.

7. В результаті  обидва абоненти отримують інформацію  про свого партнера і можуть  вибрати той режим роботи, який  забезпечить найкращі характеристики  обміну.

Відмітимо, що відповідно до цього алгоритму діють обидва абоненти, що беруть участь в авто діалозі. Як бачимо, тут реалізується механізм багатократного взаємного підтвердження, що істотно гювышает надійність передачі даних про апаратуру абонентів. При цьому також легко детектуються різні помилкові ситуації, наприклад, несправності апаратури абонентів, порушення цілісності кабелю, несумісність апаратури абонентів і так  далі

Для реалізації функції наступної сторінки використовується біт NP (см. рис. 8.23). Якщо обидва абоненти встановлюють його у своїх LCW, тобто  обоє вони підтримують цю функцію, то між ними може бути проведений додатковий обмін інформацією такими ж 16-розрядними словами, але з іншим форматом. У цих словах 11 бітів відводиться  на інформацію, а п'ять бітів використовуються як службові. Зокрема, це дозволяє проводити  повнішу діагностику апаратури, а також виявляти підвищений рівень перешкод в лінії зв'язку.

Ймовірно, надалі принцип автодіалогу удосконалюватиметься і розвиватиметься, включаючи інші стандарти і типи мережі, даючи  можливість рішення усе нових  завдань. Але його реалізація в принципі неможлива при стандартній топології "шина", тому, швидше за все, доля шинних сегментів (10BASE2 і 10BASE5) все більше скорочуватиметься. У нових мережах (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet) шинні сегменти навряд чи з'являться.