Сети Ethernet

16.3. Fast Ethernet

100-мегагерцную сеть Ethernet ( FE ) дешевле создать на базе скрученных пар. Существует несколько версий 100-мегагерцного Ethernet ( 100BASE-T4, 100BASE-TX, 100BASE-FX, стандарт 100VG-AnyLAN — IEEE 802.12).

Сегменты TX (100BASE-TX, стандарт ANSI TP-PMD) состоят из двух скрученных пар проводов информационного качества (волновое сопротивление 100-150 Ом, экранированные и неэкранированные скрученные пары проводов категории 5, длина до 100 м).

FX -сегменты (100BASE-FX) представляют собой оптоволоконные кабели, отвечающие требованиям стандарта ANSI. Мультимодовое волокно 62,5/125 (см. выше) работает в инфракрасном диапазоне 1350 нм. Максимальная длина сегмента (в случае использования повторителей) составляет 412 метров, ограничение определяется соображениями допустимых задержек. Предельное ослабление сигнала в волокне не должно превышать 11 дБ, стандартный кабель имеет 1-5 дБ/км. Оптические разъемы должны отвечать требованиям MIC (Media Interface Connector).

Для того чтобы выявить, к какой модификации относится тот или иной сегмент, разработан специальный протокол распознавания, позволяющий строить сети, которые содержат оборудование и кабельные сегменты, отвечающие разным требованиям.

Физическая среда служит для передачи сигналов Ethernet от одной ЭВМ к другой. Выше были перечислены виды физических сред, используемых 100-мегагерцным Ethernet (T4, TX и FX). Здесь используется 8-контактный разъем (RJ-45) для скрученных пар или специальный оптоволоконный соединитель. Блок PHY (физический уровень) выполняет ту же функцию, что и трансивер в 10-мегагерцном Ethernet. Он может представлять собой набор интегральных схем в сетевом порту или иметь вид небольшой коробочки на MII-кабеле. Интерфейс MII является опционным, он может поддерживать работу с 10- и 100-мегагерцным Ethernet. Задачей MII является преобразование сигналов, поступающих от PHY, в форму, приемлемую для стандартного набора ИС Ethernet. Соединительный кабель не должен быть длиннее 0,5 м. PHY и MII могут быть объединены на одной интерфейсной плате, вставляемой в ЭВМ.

В сетях 100-мегагерцного Ethernet могут использоваться повторители двух классов ( I и II ). Задержки сигналов в повторителях класса I больше (~140 нс = 14 бит-тактов), зато они преобразуют входные сигналы в соответствии с регламентациями, применяемыми при работе с цифровыми кодами. Такие повторители могут соединять каналы, отвечающие разным требованиям, например, 100BASE-TX и 100BASE-T4 или 100BASE-FX. Преобразование сигнала может занимать время, соответствующее передаче нескольких бит, поэтому в пределах одного логического сегмента может быть применен только один повторитель класса I, если кабельные сегменты имеют предельную длину. Повторители часто имеют встроенные возможности управления с использованием протокола SNMP.

Повторители класса II имеют небольшие задержки, но никакого преобразования сигналов здесь не производится. Логический сегмент может содержать не более двух повторителей класса II, если кабели имеют предельную длину. Повторители класса II не могут объединять сегменты разных типов, например, 100BASE-TX и 100BASE-T4. Согласно требованиям комитета IEEE, время задержки сигнала JAM в повторителе Fast Ethernet (TX и FX) не должно превышать 460 нс, а для 100BASE-T4 – 670 нс. Для повторителей класса I эта задержка не должна быть больше 1400 нс. Значения предельных длин сегментов для различных конфигураций сети приведены в таблице 16.1.

Типовые задержки для различных устройств Fast Ethernet представлены в табл. 16.2.

Вариант построения 100-мегагерцной сети Ethernet показан на рис. 16.23.

Рис. 16.23. Возможная схема 100-мегагерцной сети Ethernet

Из рисунка видно, что максимальная длина логического сегмента не может превышать А + Б + В = 205 метров (см. табл. 16.2.). Предельно допустимые длины кабелей А и В приведены в табл. 16.3.

При работе со скрученными парами (стандарт TX) используется 8-контактный разъем RJ-45 со следующим назначением контактов ( таблица 16.4.):

Если используются экранированные пары и 9-контактный разъем "D"-типа, то назначение контактов следующее ( таблица 16.5.):

Пары 2 и 3, так же, как и в ТХ, предназначены для приема и передачи данных. Пары 1 и 4 задействованы в двух направлениях, преобразуя канал между узлом и повторителем в полудуплексный. В процессе передачи узел использует пары 1, 2 и 4, а повторитель – пары 1, 3 и 4.

В сетях Fast Ethernet максимальное значение окна коллизий равно 5,12 мкс и называется временем канала (slot time). Это время в точности соответствует минимальной длине пакета в 64 байта. Для более короткого пакета коллизия может быть не зафиксирована. Окно коллизий представляет собой время от начала передачи первого бита кадра до потери возможности регистрации коллизии с любым узлом сегмента; это время равно удвоенной задержке распространения сигнала между узлами (RTT). Конфигурация сети Fast Ethernet, для которой значение окна коллизий превышает время канала, не может быть признана корректной. Для пояснения разных взаимозависимостей рассмотрим сеть, показанную на рис. 16.24.

Рис. 16.24.

Задержка повторителя складывается из задержек физического уровня обоих портов и собственно задержки повторителя. Задержка на физическом уровне сетевого интерфейса считается равной 250 нс. Рассмотрим задержки сигнала для всех пар узлов (A, B и C) изображенных на рисунке сети ( таблица 16.6.):

Таблица 16.6.

	250 + 110 + 700 + 11 + 250	= 1321 нс
	250 + 110 + 700 + 495 + 250	= 1805 нс
	250 + 11 + 700 + 495 + 250	= 1706 нс

Когда А передает кадр, узлы В и С отслеживают наличие несущей. Это продолжается до тех пор, пока А не завершит процедуру. Как только узлы В и С фиксируют окончание передачи кадра узлом А, они запускают свои таймеры IPG. Запускает свой таймер IPG и узел А, причем его таймер стартует первым. На рис. 16.25 показана временная диаграмма развития событий в сетевом сегменте. Таймер В стартует следующим через 1321 нс после А. Таймер узла С стартует спустя 1805 нс после А.

Рис. 16.25. Временная диаграмма, поясняющая возникновение коллизий (все времена — в наносекундах)

Узел В начинает передачу сразу после срабатывания его IPG-таймера, а через 484 наносекунды передачу начнет и узел С, так как канал с его точки зрения свободен. Но коллизии еще не происходит, так как их кадры еще не "столкнулись". Для того чтобы первый бит от узла В достиг узла С, требуется 1706 наносекунд. Узел С зарегистрирует столкновение первым, это произойдет в момент 3987 нс. После этого С будет продолжать передачу еще в течение 320 нс (сигнал JAM). Сигнал JAM гарантирует регистрацию коллизии повторителем. Только спустя 484 нс коллизию обнаружит узел В, и начнет передачу своего сигнала JAM, после чего прекратит передачу. При этом предполагается, что JAM не является контрольной суммой передаваемого пакета.

Стандарт IEEE предусматривает возможность полнодуплексной связи при использовании скрученных пар или оптоволокна.

Реализуется это путем выделения для каждого из направлений передачи независимого канала. Такая схема осуществляет связь "точка-точка" и при определенных условиях позволяет удвоить пропускную способность сети. Здесь нет нужды в стандартном механизме доступа к сетевой среде, невозможны здесь и столкновения. Дуплексную схему могут поддерживать все три модификации 100-мегагерцного Ethernet (100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-FX). Для оптоволоконной версии дуплексной связи предельная длина сегмента может достигать 2 км (для полудуплексного варианта предельная длина сегмента может быть 412 м). Следует иметь в виду, что для локальных сетей целесообразнее применение мультимодового оптоволокна (дешевле и больше коэффициент захвата света, но больше удельное поглощение).