Спецификации физической среды Fast Ethernet (100 Мбит/с)

Fast Ethernet - общий термин, описывающий спецификации Ethernet для передачи данных на скорости до 100 Мбит/с. Технология Fast Ethernet является развитием технологии Ethernet.

Общее с технологией Ethernet:

● форматы кадров;

● временные параметры (межкадровый интервал (IPG), битовый интервал, интервал отсрочки, время передачи кадра минимальной длины и т. п);

● полудуплексный режим работы с методом доступа CSMA/CD и полнодуплексный режим для работы с коммутаторами;

● поддержка всех основных видов кабеля.

Отличием является то, что признаком свободного состояния среды в Fast Ethernet является передача по ней символа Idle соответствующего избыточного кода, а не отсутствие сигналов, как в спецификациях Ethernet 10Мбит/с.

Стандарт IEEE 802.3-2012 определяет следующие спецификации физического уровня технологии Fast Ethernet со скоростью передачи 100 Мбит/с:

● 100BASE-T4: используются четыре пары проводников кабеля на основе неэкранированной витой пары (UTP) категорий 3, 4, 5 (одна пара используется для обнаружения коллизий, три остальных пары - для передачи данных); разъем 8P8C (RJ-45); используется кодирование 8В6T. Поддерживает работу только в полудуплексном (метод CSMA/CD). Максимальная длина сегмента - не более 100 м. Для совместимости со спецификацией 10BASE-T поддерживает функцию автосогласования (Auto-Negotiation), которая обеспечивает механизм обмена информацией между двумя устройствами, подключенными к одному каналу связи с целью выбора наилучшего общего режима работы.

● 100BASE-TX: используются две пары проводников кабеля на основе неэкранированной витой пары (UTP) категории 5 или экранированной (STP) витой пары; разъем 8P8C (RJ-45); алгоритм логического кодирования данных 4В/5В и метод физического кодирования MLT-3; сигнальная скорость составляет 125 Мбод. Поддерживает работу в полудуплексном (метод CSMA/CD) и полнодуплексном режимах. Максимальная длина сегмента - не более 100 м. Для совместимости со спецификацией 10BASE-T поддерживает функцию автосогласования. Также поддерживается функция автоматического определения полярности кабеля на основе витой пары, режим уменьшенного потребления электроэнергии в то время, когда канал связи не используется (технология энергоэффективный Ethernet (Energy-Efficient Ethernet, EEE)).

● 100BASE-FX: используется два волокна многомодового волоконно-оптического кабеля 50/125 мкм и 62.5/125 мкм; интерфейс MDI поддерживает разъемы SC, MIC, SТ; алгоритм логического кодирования данных 4В/5В, метод физического кодирования NRZI; сигнальная скорость составляет 125 Мбод. Поддерживает работу в полудуплексном (метод CSMA/CD) и полнодуплексном режимах. Максимальная длина сегмента - не более 400 м (полудуплекс) и 2000 м (полный дуплекс).

Спецификации 100BASE-TX и 100BASE-FX известны также как 100BASE-X. Следующие спецификации используются для создания каналов связи «точка-точка» с расстоянием до 10 000 м.

● 100BASE-LX10: используется два волокна одномодового волоконно-оптического кабеля; передача и прием ведутся на длине волны 1310 нм; алгоритм логического кодирования данных 4В/5В, метод физического кодирования NRZI; сигнальная скорость составляет 125 Мбод. Длина сегмента - до 10 000 м.

● 100BASE-BX10: используется одно волокно одномодового волоконно-оптического кабеля для одновременной передачи и приема сигналов на разных длинах волн (интерфейс для сетей WDM); передача ведется на длине волны 1310 нм (восходящий поток), прием - на длине волны 1550 нм (нисходящий поток); алгоритм логического кодирования данных 4В/5В, метод физического кодирования NRZI; сигнальная скорость составляет 125 Мбод. Длина сегмента - до 10 000 м.

Автосогласование

Автосогласование (Auto-Negotiation) – это функция Ethernet (IEEE 802.3-2012 Clause 28, Clause 37, Clause 73), позволяющая двум устройствам, подключенным к одному каналу связи выбрать общие параметры передачи, такие как скорость, режим работы (полнодуплексный/полудуплексный, энергосберегающий/обычный).

Автосогласование выполняется полностью на физическом уровне во время инициализации связи без дополнительного привлечения протоколов канального уровня или высших уровней. Автосогласование позволяет устройствам выполнить следующие операции:

● сообщить партнеру по связи о своей версии Ethernet и дополнительных возможностях;

● подтвердить прием и определить общие режимы работы;

● отказаться от режимов работы, не поддерживаемых вторым партнером;

● настроить каждое устройство на режим наивысшего уровня, поддерживаемый обоими партнерами по связи.

Автосогласование впервые появилось как дополнительная функция в спецификациях 100BASE-TX и 100BASE-T4 (в настоящее время описано в IEEE 802.3-2012 Clause 28). Целью его разработки было обеспечение обратной совместимости со спецификацией 10BASE-T. Другими спецификациями Fast Ethernet оно не поддерживается.

Процедура автосогласования выполняется следующим образом. Устройство, начавшее процесс автосогласования, посылает своему партнеру пачку специальных импульсов Fast Link Pulse burst (FLP), в которой содержится 8-битное слово, кодирующее предлагаемый режим взаимодействия, начиная с самого приоритетного, поддерживаемого данным узлом. Например, скорость 100 Мбит/с и полнодуплексный режим работы.

Если узел-партнер поддерживает функцию автосогласования, а также может поддерживать предложенный режим, 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.

Узел, который поддерживает только технологию 10BASE-T, периодически посылает импульсы проверки целостности линии (Normal Link Pulse, NLP), связывающей его с соседним узлом. Такой узел не понимает запросов FLP, который отправляет ему узел с функцией автосогласования, и продолжает посылать свои импульсы. Узел, получивший в ответ на запрос FLP только импульсы NLP, понимает, что его партнер может работать только по стандарту 10BASE-T, и устанавливает этот режим работы и для себя.

В спецификациях 1000BASE-X, 1000BASE-T и 10GBASE-T автосогласование является обязательной процедурой. Базовый механизм автосогласования в спецификации 1000BASE-X был дополнен функцией управления, которая обеспечивает дополнительный контроль над процедурой автосогласования (IEEE 802.3-2012 Clause 37). Спецификации 1000BASE-T и 10GBASE-T выполняют процессе автосогласования, описанный в IEEE 802.3-2012 Clause 28, но дополнительно требуют разделение устройств на ведущее (master) и ведомое (slave) с целью синхронизации при передаче данных. Ведущим обычно является многопортовое устройство, ведомым – однопортовое.

Автосогласование для спецификаций 1000BASE-KX, 1000BASE-KX, 10GBASE-KX4, 10GBASE-KR, 40GBASE-KR4, 40GBASE-CR4 и 100GBASE-CR10 описано в разделе IEEE 802.3-2012 Clause 73. Эти спецификации определяют разные скорости передачи через медный кабель длиной не более 1 м и используются в объединительных платах (Backplane) модульных коммутаторов/маршрутизаторов. Процедура автосогласования этих спецификаций отличается от механизма обмена импульсами FLP и основана на дифференциальном манчестерском кодировании (Differential Manchester encoding, DME).