Fast Ethernet Networks

Сети Fast Ethernet

Отметим главные особенности эволюционного развития от сетей Ethernet к сетям Fast Ethernet, стандарт IEEE 802.3u:

десятикратное увеличение пропускной способности сегментов сети;
сохранение метода случайного доступа CSMA/CD, принятого в Ethernet;
сохранение формата кадра, принятого в Ethernet;
поддержка традиционных сред передачи данных - витой пары и волоконно-оптического кабеля.

Указанные свойства, а также, являющаяся следствием, не менее важная функция поддержки двух скоростей и автоопределения 10/100 Мбит/с, встраиваемая в сетевые карты и коммутаторы Fast Ethernet, позволяют осуществлять плавный переход от сетей Ethernet к более скоростным сетям Fast Ethernet, обеспечивая выгодную преемственность по сравнению с другими технологиями. Еще один дополнительный фактор успешного завоевания рынка - низкая стоимость оборудования Fast Ethernet.

1. Архитектура
стандарта
Fast Ethernet

начало

На рис.1 показана структура уровней Fast Ethernet. Еще на стадии разработки стандарта 100Base-T комитет IEEE 802.3u определил, что не существует универсальной схемы кодирования сигнала, которая была бы идеальной для всех трех физических интерфейсов (TX, FX, T4). Если сравнивать со стандартом Ethernet, то там функцию кодирования (манчестерский код) выполняет уровень физической сигнализации PLS (рис.1), который находится выше среданезависимого интерфейса AUI. В стандарт Fast Ethernet функции кодирования выполняет подуровень кодирования PCS, размещенный ниже среданезависимого интерфейса MII. В результате этого, каждый трансивер должен использовать свой собственный набор схем кодирования, наилучшим образом подходящий для соответствующего физического интерфейса, например набор 4B/5B и NRZI для интерфейса 100Base-FX.

Рис.1

Структура уровней стандарта Fast Ethernet, MII интерфейс и трансивер Fast Ethernet

2. MII
интерфейс
и трансиверы
Fast Ethernet

начало

Интерфейс MII (medium independent interface) в стандарте Fast Ethernet является аналогом интерфейса AUI в стандарте Ethernet. MII интерфейс обеспечивает связь между подуровнями согласования и физического кодирования. Основное его назначение - упростить использование разных типов среды. MII интерфейс предполагает дальнейшее подключение трансивера Fast Ethernet. Для связи используется 40 контактный разъем. Максимальное расстояние по MII интерфейсному кабелю не должно превышать 0,5 м.

Если устройство имеет стандартные физические интерфейсы (например, RJ-45), то структура подуровней физического уровня может быть скрыта внутри микросхемы с большой интеграцией логики. Кроме того допустимы отклонения в протоколах промежуточных подуровней в едином устройстве, ставящие главной целью рост быстродействия.

3. Физические
интерфейсы
Fast Ethernet

начало

Стандартом Fast Ethernet IEEE 802.3u установлены три типа физического интерфейса (рис.2, табл.1): 100Base-FX, 100Base-TX и 100Base-T4.

Рис.2

Физические интерфейсы стандарта Fast Ethernet

Таблица 1

Физические интерфейсы стандарта Fast Ethernet IEEE 802.3u и их основные характеристики

Физический интерфейс	100Base-FX	100Base-TX	100Base-T4
Порт устройства	Duplex SC	RJ-45	RJ-45
Среда передачи	Оптическое волокно	Витая пара UTP Cat. 5	Витая пара UTP Cat. 3,4,5
Сигнальная схема	4B/5B	4B/5B	8B/6T
Битовое Кодирование	NRZI	MLT-3	NRZI
Число витых пар/ волокон	2 волокна	2 витых пары	4 витых пары
Протяженность сегмента	до 412 м(mm) до 2 км (mm)* до 100 км (sm)*	до 100 м	до 100 м
Обозначения: mm - многомодовое волокно, sm – одномодовое волокно, * - указанные расстояния могут быть достигнуты только при дуплексном режиме связи.

100Base-FX
Стандарт этого волоконно-оптического интерфейса полностью идентичен стандарту FDDI PMD, который подробно рассмотрен в главе 6. Основным оптическим разъемом стандарта 100Base-FX является Duplex SC. Интерфейс допускает дуплексный канал связи.

100Base-TX
Стандарт этого физического интерфейса предполагает использование неэкранированной витой пары категории не ниже 5. Он полностью идентичен стандарту FDDI UTP PMD, который также подробно рассмотрен в главе 6. Физический порт RJ-45 как и в стандарте 10Base-T может быть двух типов: MDI (сетевые карты, рабочие станции) и MDI-X (повторителе Fast Ethernet, коммутаторы). Порт MDI в единичном количестве может иметься на повторителе Fast Ethernet. Для передачи по медному кабелю используются пары 1 и 3. Пары 2 и 4 - свободны. Порт RJ-45 на сетевой карте и на коммутаторе может поддерживать на ряду с режимом 100Base-TX и режим 10Base-T или функцию автоопределения скорости. Большинство современных сетевых карт и коммутаторов поддерживают эту функцию по портам RJ-45 и кроме этого могут работать в дуплексном режиме.

100Base-T4
Этот тип интерфейса позволяет обеспечить полудуплексный канал связи по витой паре UTP Cat.3 и выше. Именно возможность перехода предприятия со стандарта Ethernet на стандарт Fast Ethernet без радикальной замены существующей кабельной системы на основе UTP Cat.3 следует считать главным преимуществом этого стандарта.

В отличи от стандарта 100Base-TX, где для передачи используется только две витых пары кабеля, в стандарте 100Base-T4 используются все четыре пары (рис.3а). Причем при связи рабочей станции и повторителя посредством прямого кабеля, данные от рабочей станции к повторителю идут по витым парам 1, 3 и 4, а в обратном направлении - по парам 2, 3 и 4. Пары 1 и 2 используются для обнаружения коллизий подобно стандарту Ethernet. Другие две пары 3 и 4 попеременно в зависимости от команд могут пропускать сигнал либо в одном, либо в другом направлении. Битовая скорость в расчете на один канал составляет 33,33 Мбит/с.

Символьное кодирование 8B/6T. Если использовалось бы манчестерское кодирование, то битовая скорость в расчете на одну витую пару была бы 33.33 Мбит/с, что превышало установленный предел 30 МГц для таких кабелей. Эффективное уменьшить частоты модуляции достигается, если вместо прямого (2-х уровневого) бинарного кода использовать 3-х уровневый (ternary) код. Этот код известен как 8B6T; это означает, что прежде, чем происходит передача, каждый набор из 8 бинарных битов (символ) сначала преобразуется в соответствии с определенными правилами в 6 тройных (3-х уровневых) символов. На примере, показанном на рис.3б, можно определить скорость 3-х уровневого символьного сигнала:

МГц

значение которой не превышает установленный предел.

Рис.3

Физические интерфейсы 100Base-T4:
а) Использование витых пар;
б) Кодирование 6B/8T

Интерфейс 100Base-T4 имеет один существенный недостаток - принципиальную невозможность поддержки дуплексного режима передачи. И если при строительстве небольших сетей Fast Ethernet с использованием повторителей, 100Base-TX не имеет преимуществ перед 100Base-T4 (существует коллизионный домен, полоса пропускания которого не больше 100 Мбит/с), то при строительстве сетей с использованием коммутаторов недостаток интерфейса 100Base-T4 становится очевидным и очень серьезным. Поэтому данный интерфейс не получи столь большого распространения, как 100Base-TX и 100Base-FX.

3. Типы
устройств
Fast Ethernet

начало

Основные категории устройств, применяемых в Fast Ethernet, такие же как и в Ethernet: трансиверы; конвертеры; сетевые карты (для установки на рабочие станции/файл серверы); повторители; коммутаторы.

Трансивер - это (по аналогии с трансивером Ethernet) двухпортовое устройство, охватывающее подуровни PCS, PMA, PMD и AUTONEG, и имеющее с одной стороны MII интерфейс, с другой - один из средазависимых физических интерфейсов (100Base-FX, 100Base-TX или 100Base-T4). Трансиверы используются сравнительно редко, как и редко используются сетевые карты, повторители, коммутаторы с интерфейсом MII.

Сетевая карта. Наиболее широкое распространение получили сегодня получили сетевые карты с интерфейсом 100Base-TX на шину PCI. Необязательными но крайне желательными функциями порта RJ-45 является автоконфигурирования 100/10 Мбит/с, и поддержка дуплексного режима. Большинство современных выпускаемых карт поддерживают эти функции. Выпускаются также сетевые карты с оптическим интерфейсом 100Base-FX (производителя IMC, Adaptec, Transition Networks и др.) - основным стандартным оптическим является разъем SC (допускается ST) на многомодовое волокно.

Конвертер (media converter) - это двухпортовое устройство, оба порта которого представляют средазависимые интерфейсы. Конвертеры в отличии от повторителей могут работать в дуплексном режиме, за исключение случая, когда имеется порт 100Base-T4. Распространены конвертеры 100Base-TX/100Base-FX. В силу общих тенденций роста широкополосных протяженных сетей с использованием одномодовых ВОК, потребление оптических приемо-передатчиков на одномодовое волокно резко возросло в последние один-два года. Конвертерные шасси, объединяющие несколько отдельных модулей 100Base-TX/100Base-FX позволяют подключать множество сходящих в центральном узле волоконно-оптических сегментов к коммутатору оснащенному дуплексными портами RJ-45 (100Base-TX).

Повторитель. По параметру максимальных временных задержек при ретрансляции кадров, повторители Fast Ethernet подразделяются на два класса:

Класс I. Задержка на двойном пробеге RTD не должна превышать 130 BT. В силу менее жестких требований, повторители этого класса могут иметь порты T4 и TX/FX, а также объединяться в стек.
Класс II. К повторителям этого класса предъявляются более жесткие требования по задержке на двойном пробеге: RTD < 92 BT, если порты типа TX/FX; и RTD < 67 BT, если все порты типа T4.(В силу значительных отличий в организации физических уровней, возникает большая задержка кадра при ретрансляции между портами интерфейсов T4 и TX/FX. Поэтому повторители, совмещающие в пределах одного устройства порты T4 с портами TX/FX, отнесены по стандарту к классу I.)

Коммутатор - одно из наиболее важных устройств при построении корпоративных сетей. Большинство современных коммутаторов Fast Ethernet, поддерживает автоконфигурирование 100/10 Мбит/с по портам RJ-45, и могут обеспечивать дуплексный канал связи по всем портам (за исключением 100Base-T4). Коммутаторы могут иметь специальные дополнительные слоты для установления uplink-модуля. В качестве интерфейсов у таких модулей могут выступать оптический порты типа Fast Ethernet 100Base-FX, FDDI , ATM (155 Мбит/с), Gigabit Ethernet и др.