Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Раздел 4 Уровень передачи данных (Канальный уровень) Тема 17_(19). Технология Fast Ethernet- 100Mb/s. - презентация

1 Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Раздел 4 Уровень передачи данных (Канальный уровень) Тема 17_(19). Технология Fast Ethernet- 100Mb/s.

2 Fast Ethernet -100Base-x Осенью 1995 года комитет IEEE принял спецификацию Fast Ethernet в качестве стандарта 802.3u, который не является самостоятельным стандартом, а представляет собой дополнение к существующему стандарту в виде глав с 21 по 30. Разработчики Fast Ethernet стремились максимально обеспечить преемственность и совместимость со старой технологии Ethernet 10Base-X. Структура кадра Fast Ethernet индитична структуре кадра Ethernet 10Base-X, метод случайного доступа CSMA/CD также был оставлен.

3 Fast Ethernet -100Base-x Все отличия технологий Fast Ethernet и Ethernet сосредоточены на физическом уровне (рис ). Уровни MAC и LLC в Fast Ethernet остались абсолютно теми же, и их описывают прежние соответствующие главы стандартов IEEE и

4 Fast Ethernet -100Base-x Сети Fast Ethernet на разделяемой среде подобно сетям 10Base-T/10Base-F имеют иерархическую древовидную структуру, построенную на концентраторах. Основным отличием конфигураций сетей Fast Ethernet является сокращение диаметра сети примерно до 200 м, что объясняется сокращением времени передачи кадра минимальной длины в 10 раз за счет увеличения скорости передачи в 10 раз по сравнению с 10-мегабитной сетью Ethernet.

5 Fast Ethernet -100Base-x Тем не менее это обстоятельство не очень препятствует построению крупных сетей на технологии Fast Ethernet. При использовании коммутаторов протокол Fast Ethernet может работать в дуплексном режиме, в котором нет ограничений на общую длину сети, а остаются только ограничения на длину физических сегментов, соединяющих соседние устройства (адаптер-коммутатор и коммутатор-коммутатор) по затуханию сигнала.

6 Рис. 4-17_1 Отличия технологии Fast Ethernet от технологии Ethernet

7 Физический уровень технологии Fast Ethernet Официальный стандарт установил три различных спецификации для физического уровня Fast Ethernet и дал им следующие названия (рис ). 100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 5, или экранированной витой паре STP Type 1, код 4B/5B; 100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля, используется два волокна, код 4B/5B; 100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3, 4 или 5, код 8B/6T; Коаксиальный кабель, не используется;

8 Стандарт Fast Ethernet

9 Физический уровень технологии Fast Ethernet Для всех трех стандартов справедливы перечисленные ниже утверждения и характеристики. Форматы кадров технологии Fast Ethernet не отличаются от форматов кадров технологий 10-мегабитной сети Ethernet. Межкадровый интервал равен 0,96 мкс, а битовый интервал 10нc. Все временные параметры алгоритма доступа (интервал отсрочки, время передачи кадра минимальной длины и т. п.), измеренные в битовых интервалах, остались прежними. Признаком свободного состояния среды является передача по ней символа простоя источника соответствующего избыточного кода, а не отсутствие сигналов, как в стандартах Ethernet 10 Мбит/с.

10 Рис Подуровни и интерфейсы физического уровня OSI Fast Ethernet и Ethernet Физический Уровень OSI PHY Физический уровень технологии Fast Ethernet

11 Для всех трех стандартов на физическом уровни OSI можно выделить следующие подуровни и интерфейсы: Подуровень согласования (Reconciliation) нужен для того, чтобы уровень MAC, рассчитанный на интерфейс AUI, мог работать с физическим уровнем через интерфейс MII - согласования. Другими словами для перевода команд МАС- уровня в соответствующие электрические сигналы физического уровня; МII Независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, МII). Обеспечивает стандартный интерфейс между МАС- уровнем и физическим уровнем; Устройство физического уровня (Physical Layer Device, PHY). Физический уровень технологии Fast Ethernet

12 Само Устройство физического уровня (Physical Layer Device, PHY) состоит - (см. рис ): PCS- (Physical Coding Sublayer), подуровень физического кодирования. Выполняет логическое кодирование и декодирование последовательностей данных, преобразуя поступающие от уровня MAC байты в символы кода 4В/5В или 8В/6Т (оба кода используются в технологии Fast Ethernet); PMA- (Physical Medium Attachment), подуровень подсоединения к физической среде. Преобразует данные в битовый поток последовательных электрических сигналов, и обратно. Кроме того, обеспечивает синхронизацию приема/передачи. Физический уровень технологии Fast Ethernet

13 Устройство физического уровня (Physical Layer Device, PHY) (продолжение - см. рис ): PMD- Physical Medium Dependent, подуровень физического присоединения и зависимости от физической среды, обеспечивают физическое (линейное) кодирование сигнала, кодами NRZI или MLT-3. Отвечает за передачу сигналов в физической среде (усиление сигнала, модуляция, формирование сигнала). Физический уровень технологии Fast Ethernet

14 Устройство физического уровня (Physical Layer Device, PHY) (см. рис ): AN-Auto-negotiation, Подуровень авто переговоров (согласования), позволяет двум взаимодей- ствующим портам автоматически выбрать наиболее эффективный режим работы: скорость передачи, полудуплексный или дуплексный режим… Medium Dependent Interface, зависимый от среды интерфейс. Определяет различные виды коннекторов для разных физических сред и PMD- устройств. Физический уровень технологии Fast Ethernet

15 Интерфейс MII (Media Independent Interface). Интерфейс MII поддерживает независимый от физической среды способ обмена данными между подуровнем MAC и подуровнем PHY, а именно MAC и подуровнями кодирования сигнала, которых в стандарте Fast Ethernet три FX, ТХ и Т4. По назначению он аналогичен интерфейсу AUI классического стандарта Ethernet. Существует два варианта реализации интерфейса MII: внутренний и внешний. При внутреннем варианте микросхема, MAC и согласования, с помощью интереса MII соединяется с микросхемой трансивера внутри одного и того же конструктива, например, платы сетевого адаптера или модуля маршрутизатора (рис ). Устройство физического уровня (PHY)

16 Физический уровень технологии Fast Ethernet PHY -> Рис Сетевой адаптер с внутренним интерфейсом MII

17 Интерфейс MII (Media Independent Interface). Внешний вариант соответствует случаю, когда трансивер вынесен в отдельное устройство и соединен кабелем MII через разъем MII с микросхемой MAC-подуровня (рис ). Разъем MII в отличие от разъема AUI имеет 40 контактов, максимальная длина кабеля MII составляет 1 метр. Сигналы, передаваемые по интерфейсу MII, имеют амплитуду 5 В. Физический уровень технологии Fast Ethernet

18 Рис Использование внешнего трансивера с интерфейсом MII

19 Интерфейс MII (Media Independent Interface). Интерфейс MII может использоваться не только для связи PHY с MAC, но и для соединения устройств PHY с микросхемой повторения сигналов в многопортовом повторителе-концентраторе). Физический уровень технологии Fast Ethernet

20 Рис Повторитель со встроенными устройствами PHY

21 Физический уровень технологии Fast Ethernet Передача и приём данных через MII MII использует 4-битные порции данных и имеет 4- битную шину данных, для передачи и 4-битную шину данных для приема, между MAC-уровнем и PHY. В MII определена двухпроводная шина для обмена между MAC и PHY управляющей информацией. MAC-подуровень использует эту шину для конфигурации, а также о состоянии порта и линии. Эти данные хранятся соответственно в двух регистрах: регистре управления (Control Register) и регистре статуса (Status Register).

22 Физический уровень технологии Fast Ethernet Передача данных через MII Регистр управления используется для установки скорости работы порта, для указания, будет ли порт принимать участие в процессе авто-переговоров о скорости линии, для задания режима работы порта - полудуплексный или полнодуплексный, и т.п. Функция авто-переговоров (Auto-negotiation) позволяет двум устройствам, соединенным одной линией связи, автоматически, без вмешательства оператора, выбрать наиболее высокоскоростной режим работы, который будет поддерживается обоими устройствами.

23 Физический уровень технологии Fast Ethernet Передача данных через MII Регистр статуса содержит информацию о действительном текущем режиме работы порта, и в том случае, когда режим выбран в результате проведения автопереговоров. Регистр статуса может содержать данные об одном из следующих режимов:

24 Физический уровень технологии Fast Ethernet Передача данных через MII Режимы обмена данными в регистре статуса : 1.100Base-T4; 2.100Base-TX full-duplex; 3.100Base-TX half-duplex; 4.10 Mb/s full-duplex; 5.10Mb/s half-duplex; 6.ошибка на дальнем конце линии.

25 Узел сети Fast Ethernet Узел сети Fast Ethernet состоит из физической сетевой платы - аппаратное обеспечение и программного обеспечения, а именно: драйвера ОС (для Windows NDIS), модулей сетевых и транспортных протоколов, модулей высших уровней OSI: сеансовый, представления, прикладной. Сетевая интерфейсная плата (NIC), в свою очередь содержит: микросхемы MAC уровня, MII-интерфейс и микросхему трансивера: подуровень согласования, устройство физического уровня PHY (PCS- подуровень физического кодирования, PMA- подуровень подсоединения к физической среде, PMD- подуровней физического присоединения и зависимости от физической среды). подуровень согласованияустройство физического уровня PHYPCSPMAPMD

26 Узел сети Fast Ethernet Рис Детальная схема узла

27 Физический уровень 100Base-FX - многомодовое оптоволокно Все три спецификации стандарта Fast Ethernet (4- 17_2) различаются только на физический уровне PHY Спецификация 100Base-FX определяет работу протокола Fast Ethernet по многомодовому оптоволокну в полудуплексном и полнодуплексном режимах на основе схемы кодирования и передачи оптических сигналов, использующейся в стандарте: для логического кодирования используется 4B/5B для физического кодирования используется код NRZI. (Взят принцип кодирования FDDI). Рассмотрим Структуру физического уровня 100Base-FX.

28 Физический уровень 100Base-FX - многомодовое оптоволокно Рис Физический уровень PHY FX

29 Физический уровень 100Base-FX - многомодовое оптоволокно Структура физического уровня 100Base-FX. Подуровень согласования (Reconciliation) и МII (Независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface) как уже упоминалось выше нужен для того, чтобы согласовать уровень MAC с физическим уровнем PHY. PCS - Physical Coding Sublayer, подуровень предварительного кодирования. Выполняет кодирование и декодирование 4-х бит-х символов MAC в 5-ти битные, т.е. преобразовывает байты от уровня MAC в символы избыточного кода 4В/5В. PMA- (Physical Medium Attachment), подуровень подсоединения к физической среде. Преобразует данные в битовый поток последовательных электрических сигналов, и обратно.

30 Физический уровень 100Base-FX - многомодовое оптоволокно Структура физического уровня 100Base-FX. PMD- Physical Medium Dependent, осуществляет линейное кодирование, используя код NRZI, а также усиливает, формирует сигнал и преобразует его в оптический. Далее сигнал поступает на оптический интерфейс MDI (разъём- коннектор) и далее в оптический многомодовый кабель. Применение избыточного кода 4B/5B в сочетании с потенциальным кодом NRZI (Non Return to Zero with ones Inverted) с двумя состояниями, оптимально для оптического кабеля. NRZI также обладают по сравнению с манчестерскими кодами более узкой полосой спектра сигнала, а, следовательно, предъявляют меньшие требования к полосе пропускания кабеля.

31 Структура физического уровня 100Base-FX Метод кодирования 4B/5B Так как исходные биты MAC-подуровня должны передаваться со скоростью 100Мб/c, то наличие одного избыточного бита вынуждает передавать биты результирующего кода 4B/5B со скоростью 125 Мб/c, то есть межбитовое расстояние в устройстве PHY составляет не 10нсек, а 8 наносекунд. Из 32 возможных комбинаций 5-битовых символов для исходных данных нужно только 16, а остальные 16 комбинаций в коде 4В/5B используются в служебных целях. Так, например: для обозначения незанятого состояния среды используется служебный символ Idle (11111), который постоянно циркулирует между передатчиком и приемником, поддерживая их синхронизм и в периодах между передачами информации, а также позволяя контролировать физическое состояние линии (рис ).

32 Структура физического уровня 100Base-FX Рис Обмен символами Idle при незанятом состоянии среды

33 Структура физического уровня 100Base-FX Для отделения кадра Ethernet от символов Idle используется комбинация символов Start Delimiter (J (11000) и К (10001) кода 4В/5В), а после завершения кадра перед первым символом Idle вставляется символ T (рис ). Символы, не вошедшие для кодирования данных и служебных, считаются ошибочными и отбраковываются, что повышает устойчивость работы сетей Рис Непрерывный поток данных спецификаций PHY FX/TX

34 Структура физического уровня 100Base-FX Среда 100BASE-F Стандарт 100Base-FX содержит подстандарты реализации сети Fast Ethernet в зависимости от типа кабеля и оптических устройств - приемо-передающих узлов (светодиоды, лазеры, разъёмов и т.п.). Многомодовый кабель В волоконно-оптическом кабеле (ВОК) этого типа используется волокно с сердцевиной диаметром 50, либо 62,5 микрометра и внешней оболочкой толщиной 125 микрометров. Типы ВОК 50/125, (62,5/125). Для передачи светового сигнала по многомодовому кабелю применяется светодиодный приемопередатчик с длиной волны 850 (820) нанометров. Если многомодовый кабель соединяет два порта узлов сети, работающих в полнодуплексном режиме, то он может иметь длину до 2000 метров.

35 Структура физического уровня 100Base-FX Среда 100BASE-F Одномодовый кабель Одномодовый волоконно-оптический кабель имеет меньший, чем у многомодового, диаметр сердцевины ~ 10 микрометра, и для передачи по одномодовому кабелю используется лазерный приемопередатчик, что в совокупности обеспечивает эффективную передачу на большие дистанции. Длина волны передаваемого светового сигнала соизмерима с диаметром сердцевины, и равна 1300 нанометрам. Это число известно как длина волны нулевой дисперсии. В одномодовом кабеле дисперсия и потери сигнала очень незначительны, что позволяет передавать световые сигналы на большие расстояния, нежели в случае применения многомодового волокна.

36 Структура физического уровня 100Base-FX Среда 100BASE-F 100Base-FX – Основной стандарт, определяет, что в кабеле имеются две жилы многомодового волокна одна для передачи, а другая для приема данных. Длина сегмента сети может составлять 412 метров. Если NIC рабочей станции функционирует в полнодуплексном режиме, то длина кабеля может достигать 2000 метров. Вариант 100Base-FX не совместим с 10Base-FL, 10 Мбит/с. вариантом по волокну. 100Base-BX вариант Fast Ethernet по одножильному волокну. Используется одномодовое волокно, наряду со специальным мультиплексором, который разбивает сигнал на передающие и принимающие волны.

37 Структура физического уровня 100Base-FX Среда 100BASE-F 100Base-SX удешевленная альтернатива 100Base-FX с использованием многомодового волокна, так как использует недорогую коротковолновую оптику. 100Base- SX может работать на расстояниях до 300 метров (980 футов). 100Base-SX использует ту же самую длину волны как и 10Base-FL. В отличие от 100Base -FX, 100Base-SX может быть обратно- совместимым с 10Base-FL. Благодаря использованию более коротких волн (850нм) и небольшой дистанции, на которой он может работать, 100 Base-SX использует менее дорогие оптические компоненты (светодиоды (LED) вместо лазеров). Все это делает данный стандарт привлекательным для тех, кто модернизирует сеть 10Base-FL и тех, а также, если не нужна работа на больших расстояниях.

38 Структура физического уровня 100Base-FX Среда 100BASE-F 100Base-LX 100 Мбит/с Fast Ethernet работает по паре одномодовых оптических волокон. Максимальная длина сегмента 15 километров в полнодуплексном режиме. 100Base-LX WDM 100 Мбит/с Fast Ethernet работает в полнодуплексном режиме по одному одномодовому оптическому волокну на длине волны 1310 нм и 1550 нм. Максимальная длина сегмента 15 км.. Интерфейсы бывают двух видов, отличаются длиной волны передатчика и маркируются либо цифрами (длина волны), либо одной латинской буквой A(1310) или B(1550). В паре могут работать только парные интерфейсы: с одной стороны передатчик на 1310 нм, а с другой на 1550 нм.

39 Структура физического уровня 100Base-FX Среда 100BASE-F Разъем MDI Для подключения волоконно-оптического кабеля может быть использован один из трех специальных разъемов. Популярный разъем MIC (Media Interface Connector разъем интерфейса со средой) используется в сетях FDDI. Для того чтобы обеспечить правильное подключение кабелей FDDI, разъемы помечаются буквами А, В, М и S. Буква обозначает, куда подключать штекер: к узлу или к определенному порту концентратора FDDI.

40 Структура физического уровня 100Base-FX Рис Разъемы MIC, SC и ST для волоконно-оптического кабеля

41 Структура физического уровня 100Base-FX Разъем MDI Если в качестве разъема MDI 100Base-FX используется MIC FDDI, то спецификация IEEE требует, чтобы этот разъем был маркирован буквой М. Штекер MIC FDDI вставляется в гнездо и автоматически обеспечивает соединение. Разъем ST также применяется для подключения волоконно-оптического кабеля. Чтобы обеспечить соединение, необходимо расположить штекер разъема горизонтально и втолкнуть его в пружинный механизм, пока он не войдет в гнездо, а затем повернуть внешнюю оболочку для закрепления штекера на месте. Третьим типом разъема для волоконно-оптического кабеля является дуплексный разъем SC, и только он официально рекомендован комитетом IEEE для употребления в сети 100Base-FX Fast Ethernet.

42 Физический уровень 100Base-TХ - двухпарная витая пара UTP 5 кат. Спецификация физического уровня Fast Ethernet для двухпарной витой пары UTP 5 кат PHY-TX во многом совпадают со спецификацией PHY-FX для оптоволокна. Подуровни «Согласования», физического кодирования PCS, подсоединения к физической среде PMA, совпадают полностью с аналогичными для 100Base-FX и выполняют теже функции: Подуровень PCS кодирует (логически) 4-х битные символы в 5-ти битные. Подуровень PMA добавляет служебные импульсы типа Idle, соединяет 5-ти битные символы в один 10-битный, т.е. подготавливает сигнал к передаче в физическую среду.

43 Физический уровень 100Base-TХ - двухпарная витая пара UTP 5 кат. Подуровень «зависимости от физической среды» - PMD обеспечивает передачу закодированных сигналов от PCS и PMA по витой паре медного кабеля UTP-5cat., при этом сигнал «4B/5B» прежде чем поступить в физическую среду, кодируется трех уровневым методом MLT-3. Структура физического уровня спецификации PHY TX представлена на рисунке Метод MLT-3 для представления 5-битовых порций информации использует потенциальные сигналы трех уровней кодирования «-1», «0», «+1» (рис ).

44 Физический уровень 100Base-TХ - двухпарная витая пара UTP 5 кат. Рис Структура физического уровня PHY TX

45 Физический уровень 100Base-TХ - двухпарная витая пара UTP 5 кат. Рис а). Метод кодирования MLT-3 Рис б)Структура сигнала кода MLT-3 с учетом трапецеидальной формы импульсов

46 Физический уровень 100Base-TХ - двухпарная витая пара UTP 5 кат. MLT-3 (Multi Level Transmission-3) MLT-3 (многоуровневая передача) метод кодирования, использующий три уровня сигнала. Метод основывается на циклическом переключении уровней -U, 0, +U. Изменение уровня сигнала происходит последовательно, с учетом предыдущего перехода; при передаче информационных нулей MLT- сигнал не меняется;

47 Физический уровень 100Base-TХ - MLT-3 (Multi Level Transmission-3) Таким образом, при использовании двойного кодирования: на уровне «логического» кодирования 4B/5B (PCS) (до передачи в физическую среду) избавляемся от длинных чередующихся сигналов «0» в информационном сигналов- на выходе имеем не более трех повторяющихся сигналов «0». На уровне физической передачи сигнал 4B/5B подвергается линейному кодированию методом MLT-3 и в физическую среду поступают трех уровневые сигналы. Метод MLT-3 за счет кодирования 3-мя уровнями позволяет снизить максимальную частоту основной гармоники сигнала в физической линии.

48 Физический уровень 100Base-TХ - двухпарная витая пара UTP 5 кат. Автопереговорный процесс Спецификации PHY-TX и PHY-T4 поддерживают функцию Auto- negotiation, с помощью которой два взаимодействующих устройства PHY могут автоматически выбрать наиболее эффективный режим работы.

49 Физический уровень 100Base-TХ - двухпарная витая пара UTP 5 кат. Автопереговорный процесс Всего в настоящее время определено 5 различных режимов работы, которые могут поддерживать устройства PHY TX или PHY T4 на витых парах: 10Base-T - 2 пары категории 3; 10Base-T full-duplex - 2 пары категории 3; 100Base-TX - 2 пары категории 5 (или Type 1A STP); 100Base-TX full-duplex - 2 пары категории 5 (или Type 1A STP); 100Base-T4 - 4 пары категории 3.

50 Физический уровень 100Base-TХ - Автопереговорный процесс Режим 10Base-T имеет самый низкий приоритет, а режим 100Base-T4 - самый высокий. Переговорный процесс происходит при включении питания устройства, а или инициирован и модулем управления. Узлы, поддерживающие функцию Auto- negotiation, посылают пачки импульсов, инкапсулирующие информацию переговорного процесса Auto- negotiation. Такие пачки носят название Fast Link Pulse burst (FLP). Если узел не поддерживает FLP, то используются служебные сигналы проверки целостности линии технологии 10Base-T - link test pulses.

51 Физический уровень 100Base-TХ - Автопереговорный процесс Устройство, начавшее процесс auto- negotiation, посылает своему партнеру пачку импульсов FLP, в котором содержится 8-битное слово, кодирующее предлагаемый режим взаимодействия, начиная с самого приоритетного, поддерживаемого данным узлом. Если узел-партнер поддерживает функцию Auto- negotiation и также может поддерживать предложенный режим, то он отвечает пачкой импульсов FLP, в которой подтверждает данный режим и на этом переговоры заканчиваются. Если же узел-партнер может поддерживать менее приоритетный режим, то он указывает его в ответе и этот режим выбирается в качестве рабочего. Таким образом, всегда выбирается наиболее приоритетный общий режим узлов.

52 Физический уровень 100Base-TХ - Полнодуплексный режим работы Узлы, поддерживающие спецификации PHY-FX и PHY- TX, могут работать в полнодуплексном режиме (full- duplex mode). В этом режиме не используется метод доступа к среде CSMA/CD и отсутствует понятие коллизий - каждый узел одновременно передает и принимает кадры данных по каналам Tx и Rx. Полнодуплексная работа возможна только при соединения сетевого адаптера с коммутатором или же при непосредственном соединении коммутаторов

53 Физический уровень 100Base-TХ Полнодуплексный режим работы Полнодуплексный режим работы для сетей 100Base-T пока не принят комитетом IEEE в качестве стандарта. Тем не менее, многие производители выпускают как сетевые адаптеры, так и коммутаторы для этого режима. Из-за отсутствия стандарта эти продукты не всегда корректно работают друг с другом. В полнодуплексном режиме необходимо определить процедуры управления потоком кадров, так как при переполнении буфера коммутатора, он начнет терять кадры. Восстановление информации будет осуществляться более медленными протоколами транспортного или прикладного уровней.

54 Физический уровень 100Base-TХ - Полнодуплексный режим работы Полнодуплексный режим работы Ввиду отсутствия стандартов на полнодуплексные варианты Ethernet каждый производитель сам определяет способы управления потоком кадров в коммутаторах и сетевых адаптерах. Обычно, при заполнении буфера устройства до определенного предела, это устройство посылает передающему устройству сообщение о временном прекращении передачи (XOFF). При освобождении буфера посылается сообщение о возможности возобновить передачу (XON).

55 Физический уровень 100Base-T4 - четырехпарная витая пара Спецификация PHY-T4 была разработана для того, чтобы можно было использовать Fast Ethernet по проложенному ранее кабелю UTP-3cat сети 10Mb/s 10Base-T Ethernet, т.е. перехода с 10Mb/s на 100Mb/s сеть с наименьшими затратами. Эта спецификация использует все 4 пары кабеля для того, чтобы можно было повысить общую пропускную способность за счет одновременной передачи потоков бит по нескольким витым парам.

56 Согласование (Reconciliation) PCS 8B/6T Подуровень физического кодирования PMA Подуровень подсоединения к физической среде MDI-RJ45 Кабель UTP- 3, 4 (4-ре пары) Подуровень авто- переговоров Auto-Negotiation Рис Структура физического уровня PHY T 4 Трансивер TX- PHY Разъем RJ45

57 Физический уровень 100Base-T4 - четырехпарная витая пара PCS - Physical Coding Sub layer PCS 100Base-T4 связывает МII (Media Independent Interface интерфейс, не зависящий от среды) с подуровнем РМА (Physical Medium Attachment). PCS принимает полубайты данных от МII, декодирует их с использованием схемы кодирования 8В/6Т и передает полученные тернарные символы РМА. В обратном направлении РМА пересылает тернарные символы подуровню PCS, где они декодируются в октеты. Эти октеты затем передаются интерфейсу МII по одному полубайту за раз.

58 Физический уровень 100Base-T4 - четырехпарная витая пара Схема кодирования 8В/6Т Вместо кодирования 4B/5В в этом методе используется кодирование 8B/6T. Алгоритм кодирования 8В6Т эффективно преобразует каждый восьмибитовый октет данных в шести битовый тернарный символ (ternary symbols), то есть цифрами, имеющими три состояния., который называется кодовой группой 6Т (отсюда и произошло название алгоритма 8В/6Т). Каждая троичная цифра имеет длительность 40 наносекунд. Кодовые группы 6Т передаются параллельно по трем витым парам кабеля, поэтому эффективная скорость передачи данных по каждой витой паре составляет одну треть от 100 Мбит/с, т.е. 33,33 Мбит/с.

59 Физический уровень 100Base-T4 - четырехпарная витая пара Схема кодирования 8В/6Т Скорость передачи тернарных символов по каждой витой паре составляет 6/8 от 33,3 Мбит/с, что соответствует тактовой частоте 25 МГц. В отличие от бинарных сигналов, которые имеют два уровня, тернарные сигналы, передаваемые по каждой паре, могут иметь три уровня. Его идея состоит в том, что 8 бит, которые надо передать, преобразуются в 6 тернарных (трехуровневых с уровнями -3,5 В, +3,5 В и 0 В) сигналов, которые затем передаются за два такта по трем витым парам.

60 Физический уровень 100Base-T4 - четырехпарная витая пара Схема кодирования 8В/6Т При шестиразрядном трехзначном коде общее число возможных состояний равно 3 6 = 729, что больше, чем 2 8 = 256, то есть никаких проблем из-за уменьшения количества разрядов не возникает. Именно с такой частотой работает таймер интерфейса МII. В результате по каждой витой паре передается информация со скоростью 25 Мбит/с, то есть требуется полоса пропускания всего 12,5 МГц Дополнительно сигналы, передаваемые в кабель, кодируются по методу MLT-3.

61 Физический уровень 100Base-T4 - четырехпарная витая пара Схема кодирования 8В/6Т При шестиразрядном трехзначном коде общее число возможных состояний равно 3 6 = 729, что больше, чем 2 8 = 256, то есть никаких проблем из-за уменьшения количества разрядов не возникает. Именно с такой частотой работает таймер интерфейса МII. В результате по каждой витой паре передается информация со скоростью 25 Мбит/с, то есть требуется полоса пропускания всего 12,5 МГц, т.е укладывается в полосу 16 МГц витой пары категории 3. Дополнительно сигналы, передаваемые в кабель, кодируются по методу MLT-3.

62 Физический уровень 100Base-T4 - четырехпарная витая пара Каждые 8 бит информации уровня MAC кодируются 6-ю троичными цифрами, то есть цифрами, имеющими три состояния. Каждая троичная цифра имеет длительность 40нс. Группа из 6-ти троичных цифр затем передается на одну из трех передающих витых пар независимо и последовательно.

63 Физический уровень 100Base-T4 - четырехпарная витая пара Рис Кодирование информации 8B/6T в сегменте 100Base-T4.

64 Физический уровень 100Base-T4 Четвертая пара всегда используется для прослушивания несущей частоты в целях обнаружения коллизий. На рис показано соединение порта MDI (Media Dependant Interface) сетевого адаптера l00Base-T4 с портом MDI-X концентратора (приставка X говорит о том, что у этого разъема присоединения приемника и передатчика меняются парами кабели по сравнению с разъемом сетевого адаптера, что позволяет проще соединять пары проводов в кабеле без перекрещивания). Пара 1-2 всегда требуется для передачи данных от порта MDI к порту MDI-X, пара 3-6 для приема данных портом MDI от порта MDI-X, а пары 4-5 и 7-8 являются двунаправленными и используются как для приема, так и для передачи, в зависимости от потребности.

65 Рис 2.05_14. Соединение узлов по спецификации 100Base-T4

66 Рис Непрерывный поток данных спецификаций 100Base-FX/TX

67 Правила построения сегментов Fast Ethernet при наличии повторителей Правила корректного построения сегментов сетей Fast Ethernet включают: ограничения на максимальную длину сегментов между устройствами источниками новых кадров; ограничения на максимальную длину сегментов, соединяющих устройство источник новых кадров с портом повторителя; ограничения на максимальный диаметр сети; ограничения на максимальное число повторителей и максимальную длину сегмента, соединяющего повторители.

68 Правила построения сегментов Fast Ethernet при наличии повторителей Ограничения длины сегментов между устройствами источниками новых кадров В качестве таких устройств могут выступать сетевой адаптер, порт моста, порт маршрутизатора, модуль управления сетью и другие подобные устройства. Можно возразить, что мост или коммутатор передает через выходной порт существовавшие ранее кадры, выработанные в свое время сетевым адаптером, но для сегмента сети, к которому подключен выходной порт устройства, этот кадр является новым. А вот порт повторителя не является источником новых кадров, так как он побитно повторяет уже появившийся в сегменте кадр.

69 Правила построения сегментов Fast Ethernet при наличии повторителей Ограничения длины сегментов между устройствами источниками новых кадров Рассматриваемое ограничение касается случаев, когда сетевой адаптер непосредственно соединяется с портом моста/коммутатора или маршрутизатора, а также когда порты мостов, коммутаторов и маршрутизаторов соединяются между собой. IEEE 802.3u приведены в табл

70 Ограничения длины сегментов между устройствами источниками новых кадров Таблица Максимальные значения длины сегментов между устройствами источниками новых кадров в соответствие со спецификацией IEEE 802.3u СтандартТип кабеляМаксимальная длина сегмента 100Base- TX Категория 5 UTP100 м 100Base- FX Многомодовое оптоволокно 62.5/125 мкм 412м (полудуплекс). 2 км (дуплекс) 100Base- T4 Категория 3, 4 или 5 UTP 100 м

71 Правила построения сегментов Fast Ethernet при наличии повторителей Ограничения сетей Fast Ethernet на повторителях. Повторители Fast Ethernet делят на два класса. Повторители класса I поддерживают оба типа кодирования данных: как 4В/5В, так и 8В/6Т. Они способны выполнять трансляцию логических кодов с битовой скоростью 100 Мбит/с. Поэтому повторители класса I могут иметь порты всех трех типов физического уровня: 100Base-TX, 100Base-FX и 100Base-T4. Повторители класса II поддерживают только какой-либо один тип кодирования либо 4В/5В, либо 8В/6Т. Поэтому они имеют либо все порты l00Base-T4, либо порты 100Base-TX и 100Base-FX, так как последние используют один логический код 4В/5В.

72 Правила построения сегментов Fast Ethernet при наличии повторителей Ограничения сетей Fast Ethernet на повторителях. В одном домене коллизий допускается наличие только одного повторителя класса I. Это связано с тем, что такой повторитель вносит большую задержку 70 битовых интервалов из-за необходимости трансляции различных систем кодирования. Повторители класса II вносят меньшую задержку при передаче сигналов: 46 битовых интервалов для портов TX/FX и 33,5 битовых интервала для портов Т4. Поэтому максимальное число повторителей класса II в домене коллизий 2.

73 Правила построения сегментов Fast Ethernet при наличии повторителей Ограничения сетей Fast Ethernet на повторителях. Небольшое количество повторителей Fast Ethernet не является серьезным препятствием при построении больших сетей, так как применение коммутаторов и маршрутизаторов делит сеть на несколько доменов коллизий, каждый из которых может строиться на одном или двух повторителях. В этом случае никаких ограничений на общую длину сети нет.

74 Правила построения сегментов Fast Ethernet при наличии повторителей Ограничения сетей Fast Ethernet на повторителях. В табл приведены правила построения сети на основе повторителей класса I. Тип кабелей Максимальный диаметр сети, м Максимальная длина сегмента, м Только витая пара (ТХ) Только оптоволокно (FX) Несколько сегментов на витой паре и один на оптоволокне (ТХ) 160 (FX) Несколько сегментов на витой паре и несколько сегментов на оптоволокне (ТХ) 136 (FX)

75 Рис. 2.05_15. Примеры построения сети Fast Ethernet с помощью повторителей класса I

76 Правила построения сегментов Fast Ethernet при наличии повторителей Ограничения сетей Fast Ethernet на повторителях. Таким образом, правило 4-х хабов превратилось для технологии Fast Ethernet в правило одного или двух хабов, в зависимости от класса хаба. При определении корректности конфигурации сети можно не руководствоваться правилами одного или двух хабов, а рассчитывать время оборота сети, как это было показано для сети Ethernet 10 Мбит/с. Как и для технологии Ethernet 10 Мбит/с, стандарт дает исходные данные для расчета времени оборота сигнала

77 Рис Работа сети Ethernet при передаче файла