Сети ethernet/fast ethernet/gigabit ethernet

Рис. 10

Вместо генерации холостых кадров при отработке механизма обратного давления в коммутаторах может использоваться генерация сигнала затянувшейся передачи, причем последний метод считается более эффективным средством от потери кадров. Отметим, что механизм обратного давления можно реализовать исключительно в коммутаторах Ethernet, поскольку этот механизм напрямую использует возможности протокола CSMA/CD.

Порты RJ-45 коммутаторов обычно делают типа MDI-X.

Современные коммутаторы имеют множество дополнительных возможностей, среди которых: фильтрация по МАС-адресам, построение виртуальных сетей, функция контроля потока, автоконфигурирование порта 10Base-T/100Base-TX, поддержка дуплексного режима передачи.



3. Проектирование сети в пределах коллизионного домена Ethernet

При проектировании коллизионного домена сети Ethernet, особенно при большой протяженности (диаметр > 2,5 км), а также при большом числе последовательно установленных повторителей (> 2), необходимо проводить анализ параметров сети на соответствие стандарту. Отправной точкой может служить модель 1 - наиболее часто используемая при проектировании. Если параметры сети удовлетворяют этой модели, то сеть спроектирована правильно. В некоторых более сложных случаях сеть может не удовлетворять критериям модели 1, но это еще не значит, что сеть спроектирована неверно. Тогда следует проводить более тщательный анализ параметров коллизионного домена, руководствуясь моделью 2,

Расчет параметров коллизионного домена Ethernet (Модель 1)

Модель 1 дает возможность в простых случаях быстро определить, соответствует ли планируемая сеть основным требованиям стандарта Ethernet. Эта модель устанавливает следующий набор правил, каждое из которых должно быть удовлетворено [4, 17].

1. Повторители требуются для объединения всех сегментов сети. (Используемые повторители должны удовлетворять требованиям спецификаций стандарта IEEE 802.3 и поддерживать такие функции, как восстановление формы сигнала и временных характеристик, регенерация преамбулы и др.)

2. Трансиверы, подключенные к повторителям по AUI интерфейсу (рис. 6 б), учитываются только в том случае, когда они являются частью анализируемого пути между удаленными узлами (DTE) инужны для подключение сегментов - толстого коаксиального кабеля Ethernet и волоконно-оптического кабеля.

3. Путь передачи данных между любыми двумя DTE может включать в себя до 5 сегментов, 4 повторителей (с необязательными AUI портами), 2 трансивера (отдельными MAU устройствами) и 2 трансиверных интерфейсных кабелей.

4. Длина трансиверного интерфейсного кабеля не должна превышать 25 м (суммарная длина трансиверного кабеля не превосходит 50 м на один сегмент, поскольку на сегмент - оптический или на основе толстого коаксиального кабеля - требуется два трансивера).

5. Если путь передачи между DTE состоит из четырех повторителей и пяти сегментов, то смешанных сегментов (на основе 10Base2 и/или 10Base5) может быть не больше трех - оставшиеся два сегмента должны быть чисто связными сегментами ("точка-точка", т. е на основе 10Base-T и/или 10Base-FL). Для сегментов 10Base-FL расстояние не должно превосходить 500 м.

Если путь передачи между DTE состоит из трех повторителей и четырех сегментов, используются следующие ограничения:

- максимальная длина по оптическому сегменту (10Base-FL) между повторителями не должна превосходить 1000 м;

- максимальная длина по оптическому сегменту (10Base-FL) между DTE и повторителем не должна превосходить 400 м;

- снимается ограничение на число смешанных сегментов (все четыре сегмента могут быть смешанными, т. е. строиться на основе толстого и/или тонкого коаксиальных кабелей).

Проведем анализ допустимой конфигурации сети Ethernet, показанной на рис. 11.

Рис. 11

Рассмотрим путь между узлами 1 и 2: число повторителей - 4, сегментов - 5, трансиверов - 2, трансиверных интерфейсных кабелей (AUI кабели) - 2, суммарная длина кабелей не превосходит 50 м, число смешанных коаксиальных сегментов 2, т.е. не превосходит 3 (остальные три сегмента - "точка-точка". Таким образом, путь между узлами 1 и 2 удовлетворяет требованиям модели 1.

Однако путь между узлами 1 и 3 не удовлетворяет этим требованиям, поскольку число трансиверов на этом пути равно 4. Сами трансиверы не вносят дополнительную задержку. В этом смысле оптический порт трансивера, прикрепленного к повторителю 3 был бы такой же быстрый, как и встроенные оптические порты, если бы длина интерфейсного кабеля AUI 3 равнялась нулю). Но задержку могут вносить трансиверные интерфейсные кабели. Поэтому правильней для анализа пути между узлами 1 и 3 использовать модель 2.

Расчет параметров коллизионного домена Ethernet (Модель 2)

Нет смысла прибегать к использованию модели 2, если выполняется модель 1, поскольку сеть, удовлетворяющая требованиям модели 1, всегда будет удовлетворять требованиям модели 2. Поэтому при исследовании сложного коллизионного домену отдельные простые пути между узлами можно анализировать при помощи модели 1. Модель 2 позволяет проводить анализ более сложных конфигураций путей между удаленными узлами (DTE) коллизионного домена Ethernet [4, 18]. Два параметра вычисляются в этой модели: во-первых, задержка на двойном пробеге RTD для каждого пути в пределах коллизионного домена - она должна быть меньше 575 ВТ; во-вторых, проверяется допустимое уменьшение межкадрового интервала IFG - это уменьшение должно находиться в пределах 49 ВТ.

Расчет RTD. Путь между двумя DTE в общем случае состоит из одного начального, нескольких средних, и одного конечного сегментов. Для каждого пути на основе табл. 4 (Значения RTD (ВТ) [18]) суммируются задержки на промежуточных сегментах. Если между DTE1 и DTE2 только один повторитель, то промежуточных сегментов не будет, и RTD определяется только суммой задержек от начального и конечного сегментов. Если интерфейсы DTE1 и DTE2 разные, то задержка RTD будет несколько отличаться в зависимости от того, с какой стороны выбран начальный сегмент. Сравнивать с 575 ВТ следует наибольшее из подсчитанных значений. Задержка на сегменте длины L считается по формуле RTD = Base + RTDML

Ниже приводится расчет RTD по модели 2 для всех путей сети, показанной на рис. 11:

RTD(1, 2) = 30,73+89,8+4,88+233,5+(500+500) 0,1 + 176,3 =

= 468,71 ВТ;

RTD(2, 1) = 26,55+89,8+4,88+233,5+(500+500) 0,1 + 188,48 =

= 476,71 ВТ;

RTD(1, 3) = 30,73+89,8+4,88+(12-2)0,1026+2ЗЗ,5+(500+500) 0,1 +

+ 156,5 = 449,936 ВТ;

RTD(3, 1) = 12,25+89,8+4,88+(12-2) 0,1026+233,5+(500+500)0,1 +

+ 188,48 = 463,436 ВТ;

RTD(2, 3) = 26,55+233,5+(500+500)0,1+(12-2)0,1026+156,5 =

= 351,076 ВТ;

RTD(3, 2) = 12,25+2ЗЗ,5+(500+500) 0,1+(12-2) 0,1026+176,3 =

= 356,576 ВТ.

Запасом надежности SF (safety margin) называется величина 575-max (RTD). При проектировании сетей Ethernet SF берут в пределах от 0 до 5 ВТ. Для сети (рис. 11) SF = 575 - 477 = 98 ВТ. Запас в 5 ВТ соответствует длине 50 м и позволяет в непредвиденных ситуациях после инсталляции нарастить тот или иной сегмент, или добавить оконечное устройство.



Таблица 4.

Тип сегмента	Длина max.м	Нач.сегмент	Сред.сегмент	Конеч.сегмент	RTDM (ВТ/м)
		Base	Max	Base	Max	Base	Max
10Base5	500	11,75	55,05	46,5	89,8	169,5	212,8	0,0866
10Base2	185	11,75	30,731	46,5	65,48	169,5	188,48	0,1026
10Base-T	100	15,25	26,55	42	53,3	165	176,3	0,113
10Base-FL	2000	12,25	212,25	33,5	233,5	156,5	356,5	0,1
Излишек AUI	48	0	4,88	0	4,88	0	4,88	0,1026

- RTDM - вносимая задержка на кабельном сегменте с учетом двойного прохождения длины 1 м.

- Base - максимально допустимая стандартом задержка , связанная с конечной скоростью обработки сигнала сетевым устройством (DTE и повторителем), соответствующая нулевой длине сегмента.

- Max - задержка на сегменте при максимальной длине.

- Излишек кабеля AUI считается по отношению к длине 2 м. Задержка на этой длине учтена в других параметрах. Если длина трансиверного кабеля меньше 2 м, то его вклад в RTD учитывается.

Пример 1 (рис. 12 а). Строится сеть Ethernet, основанная на двух повторителях, связанных между собой волоконно-оптическим сегментом. Узлы сети подключаются к повторителям по витой паре. Оценить максимальное допустимое расстояние сегмента между повторителями.

Решение. Пусть максимальная допустимая длина L. Тогда с учетом SF = 5 ВТ имеем:

RTD + SF = 26,55 + 33,5 + L0,1 + 176,3 + 5 = 575

ВТ. Отсюда L = 3336 м. Если оптический сегмент строится на основе многомодового ОВ, максимальная длина будет 2000 м, которая установлена стандартом, причем ограничение вызвано характеристиками оптических приемопередатчиков. Возможна большая длина, если использовать нестандартное оптические приемо-передатчики с более высоким динамическим диапазоном. Нет ограничений на длину 2000 м, если сегмент строить на основе одномодового ОВ и использовать одномодовые лазерные передатчики - тогда ответ L = 3336 м.

Пример 2 (рис. 12 6). Условие то же, что и в примере 7.1, только в сети три последовательных повторителя, два оптических сегмента. Оценить максимальную допустимую суммарную длину оптических сегментов.

Решение. Пусть длины сегментов L₁ и L₂. Тогда с учетом SF = 5 ВТ имеем: RTD+SF = 26,5 + 33,5 + 33,5 + (L_l + L₂)0,1 + 176,3+5 = 575 ВТ. Отсюда L₁ + L₂ = 3001 м.

Пример 3 (рис. 12 в). Оценить максимальное допустимое расстояние L оптического сегмента в сети, состоящей из двух узлов (канал считать полудуплексным).

Решение. Полудуплексный канал создает коллизионный домен. Поэтому необходимо рассчитать задержку на двойном пробеге. Рассчитаем сначала задержку между узлом 1 и 2 для случаев с двумя и одним повторителями:

(2 повторителя): RTD = 12,25 + 156,5 + 33,5 + L0,1;

(1 повторитель): RTD = 12,25 + 156,5 + L0,1.

Сразу видно, что каждый дополнительный повторитель создает дополнительную задержку 33,5 ВТ. Тогда задержка при отсутствии повторителей будет на 33,5 ВТ меньше, чем при одном повторителе, т.е.: (0 повторителей) RTD + SF = 12,25 + 156,5 - 33,5 + L0,1 + 5 = 575 ВТ. Отсюда L = 4347 м.

Расчет допустимого уменьшения межкадрового интервала. Межкадровый интервал IFG в 96 ВТ выдерживается любой станцией, которая ведет последовательную передачу кадров, или станцией, которая только собирается приступить к передаче. Благодаря наличию интервала между кадрами приемные узлы способны обрабатывать каждый приходящий кадр. Конечный межкадровый интервал также нужен для правильной работы протокола CSMA/CD. Однако интервал в 96 ВТ, поддерживающийся передающей станцией, не означает, что и на приемную станцию кадры будут поступать с таким же интервалом. При движении кадров по сети могут возникать меняющиеся временные задержки, связанные с ретрансляцией кадров сетевыми компонентами. Кроме того, вариации задержки могут возникать из-за процессов реконструкции сигнала на повторителях - повторитель, восстанавливая преамбулу, добавляет в нее утерянные ранее биты.

Эти задержки, аккумулируясь, способны значительно уменьшать межкадровый интервал SVV (segment variability value), что, в свою очередь, может приводить к неправильной идентификации принимаемого кадра и, в итоге, к потери кадра. Стандартом установлена величина максимального допустимого уменьшения межкадрового интервала, составляющая 49 ВТ.

А

Б

В

Рис. 12

Поскольку уменьшение IFG происходит только на промежуточных сетевых устройствах, то последний сегмент, к которому подключен приемный узел сети, сам по себе не приводит к уменьшению TFG. Поэтому для расчета величины SVV суммируют величины допустимых уменьшений по всем предыдущим сегментам, каждый из которых замыкается повторителем, ели в сети приемный и передающий узлы подключены к разным сегментам, то следует в качестве передающего сегмента выбирать сегмент с большей величиной допустимого уменьшения IFG (см. таблицу 5).

Приведем расчет SVV для сети, показанной на рис. 11:

SVV (узел 1, узел 2) = 16 + 11 + 8 + 8 = 43 ВТ,

SVV (узел 2, узел 1) = 10,5 + 8 + 8 + 11 = 37,5 ВТ,

SVV (узел 1, узел 3) = 16 + 11 + 8 = 35 ВТ,

SVV (узел 3, узел 1) = 10,5 + 8 + 11 = 29,5 ВТ,

SVV (узел 2, узел 3) = 10,5 + 8 = 18,5 ВТ,

SVV (узел 3, узел 2) = 10,5 + 8 = 18,5 ВТ.

Как видно, максимальная величина SVV не превосходит 49 ВТ, значит сеть удовлетворяет требованиям модели 2.

Таблица 5

Тип сегмента	Начальный сегмент	Средний сегмент
Коаксиальный кабель (10Base2, 10Base5)	16	11
ВОК (10Base-FL)? витая пара (10Base - T)	10,5	8

В модели 1 наибольшая задержка, равная предельной допустимой, возникает в сети, в которой имеется 5 последовательных коаксиальных сегментов: SVV = 16 + 11 + 11 + 11 = 49 ВТ.

Пример 4. Оценить максимальное допустимое число сегментов N на пути между двумя удаленными узлами коллизионного домена сети, если считать, что сегменты строятся на основе витой пары и/или оптического волокна. Оценить в этом случае допустимую длину L этого пути.

Решение. Так как средних сегментов всего N - 2, то SVV = 10,5 + (N - 2)8. Отсюда находим при N = 6, SVV = 42,5 и не превосходит 49 (при N = 7, SVV = 50,5 > 49). Ответ N = 6 последовательных сегментов (5 повторителей). Следует подчеркнуть, что такое число последовательных сегментов не удовлетворяет модели 1. Для оценки L заметим, что все параметры по RTD (включая задержку на распространении сигнала по кабелю) для витой пары больше, чем для оптического волокна (строки 10Base-T и 10Base-FL табл. 4). Поэтому оценку можно сделать для витой пары, допуская замену витой пары на волокно в любом сегменте (суммарная длина по сегментам пути может только возрасти)

RTD + SF= 15,25 + (N - 2)42 + 165 + L0,113 + 5 = 575 ВТ.

Отсюда при N = 6 находим L = 1962 м.

Хотя число последовательных повторителей в сети Ethernet, как видно из примера 4, не превосходит 5, полное число повторителей в коллизионном домене может быть значительно больше, например, не запрещено к центральному повторителю по витым парам подключить 10 удаленных повторителей и т.п. Однако следует всегда учитывать то, что при большом числе рабочих станций (n > 20) в коллизионном домене, эффективность сети начинает падать: полоса пропускания ведет себя как 1/n от 10 Мбит/с, а средняя полоса в расчете на одну станцию становится 1/n². Поэтому в сетях с большим числом рабочих станций следует устанавливать коммутаторы в центральные узлы, создавая множество доменов.

4. Сети Fast Ethernet

Отметим главные особенности развития сетей Ethernet и переход к сетям Fast Ethernet (стандарт IEEE 802.3u [19, 20]):

- десятикратное увеличение пропускной способности;

- сохранение метода случайного доступа CSMA/CD;

- сохранение формата кадра;

- поддержка традиционных сред передачи данных.

Указанные свойства, а также, поддержка 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.

Архитектура стандарта Fast Ethernet

Структура уровней Fast Ethernet (включая MII интерфейс и трансивер Fast Ethernet) изображена на рис. 13. 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 (ТХ, FX, T4). Если сравнивать со стандартом Ethernet, то там функцию кодирования (манчестерский код) выполняет уровень физической сигнализации PLS (рис. 5), который находится выше средонезависимого интерфейса AUI. В стандарте Fast Ethernet функции кодирования выполняет подуровень кодирования PCS, размещенный ниже средонезависимого интерфейса МII. В результате этого, каждый трансивер должен использовать свой собственный набор схем кодирования, наилучшим образом подходящий для соответствующего физического интерфейса, например набор 4В/5В и NRZI для интерфейса 100Base-FX.

МII интерфейс и трансиверы Fast Ethernet. 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. МII интерфейс предполагает дальнейшее подключение трансивера Fast Ethernet. Для связи используется 40-контактный разъем. Максимальное расстояние по МII 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.

Рис. 13

Физические интерфейсы Fast Ethernet

Стандартом Fast Ethernet IEEE 802.3u установлены три типа физического интерфейса (рис. 14, табл. 6 Основные характеристики физических интерфейсов стандарта Fast Ethernet IEEE 802.3u [19]): 100Base-FX, 100Base-TX и 100Base-T4.

Рис. 14

100Base-FX. Стандарт этого волоконно-оптического интерфейса полностью идентичен стандарту FDDI PMD. Основным оптическим разъемом стандарта 100Base-FX является Duplex SC. Интерфейс допускает дуплексный канал связи.



Таблица

Характеристика	100Base-FX	100Base-TX	100Base-T4
Порт устройства	Duplex SC	RJ-45	RJ-45
Среда передачи	ОВ	Витая пара UTP cat.5	Витая пара UTP cat.3, 4, 5
Сигнальная схема	4В/5В	4В/5В	8В/6Т
Битовое кодирование	NRZI	MLT-3	NRZI
Число витых пар/ОВ	2 ОВ	2 витых пары	4 витых пары
Протяженность сегмента	412 м (mm) 2 км (mm)* 100 км (sm)*	100 м	100 м

* - расстояние достигается лишь в при дуплексном режиме связи.

100Base-TX. Стандарт этого физического интерфейса предполагает использование неэкранированной витой пары категории не ниже 5. Он полностью идентичен стандарту FDDI UTP PMD. Физический порт RJ-45, как и в стандарте 10Base-T, может быть двух типов: MDI (сетевые карты, рабочие станции) и MDI-X (повторители 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, наряду 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 сat. 3 и выше. Именно возможность перехода предприятия со стандарта Ethernet на стандарт Fast Ethernet без радикальной замены существующей кабельной системы на основе UTP сat.3 следует считать главным преимуществом этого стандарта.

В отличие от стандарта 100Base-TX, где для передачи используется только две витых пары кабеля, в стандарте 100Base-T4 используются все четыре пары. 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. Передача сигнала параллельно по трем витым парам эквивалентна инверсному мультиплексированию, рассмотренному в главе 5. Битовая скорость в расчете на один канал составляет 33,33 Мбит/с.

Символьное кодирование 8В/6Т. Если бы использовалось манчестерское кодирование, то битовая скорость в расчете на одну витую пару была бы 33,33 Мбит/с, что превышало бы установленный предел 30 МГц для таких кабелей. Эффективное уменьшение частоты модуляции достигается, если вместо прямого (двухуровневого) бинарного кода использовать трехуровневый (ternary) код. Этот код известен как 8В/6Т [16]; это означает, что прежде, чем происходит передача, каждый набор из 8 бинарных битов (символ) сначала преобразуется в соответствии с определенными правилами в 6 тройных (трехуровневых) символов.

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 100Вазе-Т4 становится очевидным и очень серьезным. Поэтому данный интерфейс не получил столь большого распространения, как 100Base-TX и 100Base-FX.

Типы устройств Fast Ethernet

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 - двухпортовое устройство, охватывающее подуровни PCS, РМА, PMD и AUTONEG, и имеющее, с одной стороны, МII интерфейс, с другой - один из средозависимых физических интерфейсов (100Base-FX, 100Base-TX или 100Base-T4). Трансиверы используются сравнительно редко, как и редко используются сетевые карты, повторители, коммутаторы с интерфейсом МII.

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

Конвертер (media converter) - двухпортовое устройство, оба порта которого представляют средозависимые интерфейсы. Конвертеры, в отличие 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 приемопередатчиков на одномодовое ОВ резко возросло в последние десятилетие. Конвертерные шасси, объединяющие несколько отдельных модулей 100Base-TX/100Base-FX, позволяют подключать множество сходящихся 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 ВТ. В силу менее жестких требований, повторители этого класса могут иметь порты Т4 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 ВТ, если порты типа TX/FX; и RTD < 67 ВТ, если все порты типа Т4. (В силу значительных отличий в организации физических уровней возникает большая задержка кадра при ретрансляции между портами интерфейсов Т4 и TX/FX. Поэтому повторители, совмещающие в пределах одного устройства порты Т4 с портами TX/FX, отнесены по стандарту к классу I.)

Коммутатор - важное устройство корпоративных сетей. Большинство современных коммутаторов Fast Ethernet поддерживают 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 up-link модуля. В качестве интерфейсов у таких модулей могут выступать оптические порты типа Fast Ethernet 100Base-FX, FDDI, ATM (155 Мбит/с), Gigabit Ethernet и др.

Крупными производителями коммутаторов Fast Ethernet являются компании: 3Com, Bay Networks, Cabletron, DEC, Intel, NBase, Cisco и др.

5. Проектирование сети в пределах коллизионного домена Fast Ethernet

Для анализа коллизионного домена в стандарте Fast Ethernet приняты две модели (схожие назначению со стандартом Ethernet).

Модель 1

Основные допустимые конфигурации модели 1 (1А, 1В, 1C, 1D) показаны на рис. 15 [21].

Рис. 15

Расстояния сегментов на витой паре указаны максимальные - в рамках модели 1 их нельзя превышать. Например, расстояние между двумя повторителями (модель 1D) не должно превышать 5 м. Исходя из этих условий, даются максимальные значения волоконно-оптических сегментов, гарантированные для этой модели (табл. 7 - длины оптических сегментов [22]).

Простейшая топология (1А) определяет только один сегмент "точка-точка", между двумя узлами. В качестве устройства на каждом узле может выступать как оконечное оборудование данных (рабочая станция, файл-сервер), так и коммутатор. Если узлы не поддерживают дуплексный режим передачи, то максимальное расстояние межу ними 412 м, а если поддерживают, то ввиду отсутствия коллизионного домена, единственными факторами, ограничивающими расстояние, становятся дисперсионные характеристики ОВ, а также технические характеристики приемопередатчиков (мощность, спектральное уширение передатчика, чувствительность приемника).

Таблица 7

Топология	Характеристики	Максимальная длина Оптического сегмента
Модель 1А	100Base-FX	412 м
	100Base-FX, дуплекс, mm	2000 м
	100Base-FX, дуплекс, sm	110 км*
Модель 1В	Только 100Base-TX/100Base-FX	160 м
	Для UTP сегментов - только Т4	131 м
Модель 1С	Только 100Base-TX/100Base-FX	208 м
Модель 1D	Только 100Base-TX/100Base-FX	111 м

*Оборудование Nbase

Остальные модели отражают конфигурации с повторителями: модель 1В - один повторитель класса I (больше одного повторителя класса I по модели 1 подключать нельзя), модели 1C и 1D - повторители класса II. Подключение коммутатора вместо оконечного оборудования не меняет параметров, поскольку остается коллизионный домен.

Модель 2

Модель основывается на строгом расчете величины RTD для различных пар удаленных устройств. В стандарте Fast Ethernet время RTD не должно превосходить 512 ВТ, что отличается от аналогичного параметра в стандарте Ethernet (575 ВТ), но отличие здесь формальное, поскольку уменьшение максимальной задержки на преамбулу в Fast Ethernet сопровождается пересчетом параметров задержки на DTE, которые тоже уменьшены на время передачи преамбулы.

В силу синхронности режима передачи кадров, а также из-за небольшого числа повторителей в пределах коллизионного домена в Fast-Ethernet отсутствует проблема, связанная с уменьшением величины межкадрового интервала (свойственная сетям Ethernet).

Полное время RTD пути между двумя удаленными узлами вычисляется на основе суммы задержек RTD на промежуточных устройствах, на оконечных устройствах и на кабельных сегментах. В табл. 8 приведены принятые стандартом Fast Ethernet допустимые задержки для разных типов устройств [21]. Если используется подключение трансивера, то вплоть до максимальной длины интерфейсного МII кабеля 0,5 м вносимая задержка от него не учитывается и включена в параметры задержки DTE.

Таблица 8

Устройство/кабельный сегмент	Максимальная задержка на двойном пробеге RTD, (BT)*
DTE/ коммутатор (любая комбинация TX и/или FX)	100**
DTE/ коммутатор (оба устройства T4)	138**
DTE/ коммутатор (комбинация T4 с ТX или FX)	127**
Повторитель класа I	140
Повторитель класса II (с портами TX/FX)	92
Повторитель класса II (с портами T4)	67
Конвертер класса I (TX/FX порты)	130
Конвертер класса II (TX/Fx порты)	92
Витая пара UTP cat.3***, 1 м	1,14
Витая пара UTP cat.4***, 1 м	1,14
Витая пара UTP cat.5, 1 м	1,112
Оптическое волокно, 1 м	1,0

* Это максимальное допустимое по стандарту значение задержки a UTP сat.5. Производители могут выпускать витую пару с меньшим значением этого параметра.

** Учитываются сразу оба оконечных устройства.

*** Может использоваться только с интерфейсами 100Base-T4.

С учетом длин сегментов (табл. 7) и максимальных допустимых задержек (табл. 8) проверим на соответствие модели 2 конфигураций А, В, С и D модели 1 (рис. 16).

1А: RTD = 100 + 4121,0 = 512 ВТ FX, полудуплексный режим связи.

1В: RTD = 100 + 1001,112 + 140 + 1601,0 = 511,2 ВТ Только TX/FX.

1В: RTD = 127 + 1001,112 + 140 + 1311,0 509,2 ВТ UTP сегменты только на основе Т4.

1C: RTD = 100 + 1001,112 + 92 + 2081,0 = 511,2 ВТ Только TX/FX.

1D: RTD = 100 + 2051,112 + 292 = 511,96 ВТ Только TX/FX (между 1 и 2).

1D: RTD = 100 + 1051,112 + 292 + 1111,0 = 511,76 ВТ Только TX/FX (между 2 и 3).

Во всех случаях RTD не превосходит 512 ВТ, таким образом конфигурации удовлетворяют модели 2.

Приведем несколько примеров расчета коллизионных доменов Fast Ethernet по модели 2 (рис. 17). В примерах 5 - 7 предполагается, что длина всех подключений по витой паре не превосходит 10 м. В примере 8 в одном коллизионном домене совмещены два различных типа физического интерфейса: 100Base-TX и 100Base-T4.

А

б

В

Г

Рис. 17

Пример 5. Оценить максимальную длину оптического сегмента между повторителями класса I (TX/FX), если длины всех сегментов по витой паре не превосходят 10 м, (рис. 17 а).

Решение. На основании табл. 8 находим:

RTD = 100 + 201,112 + 2140 + L1,0 = 512 ВТ. Отсюда L = 109,76 м.

Пример Оценить максимальную длину оптического сегмента между повторителями класса II (TX/FX), если длины всех сегментов по витой паре не превосходят 10 м (рис. 17 6).

Решение.

RTD = 100 + 201,112 + 292 + L1,0 = 512 ВТ. Отсюда L = 205,76 м.

Пример 7. Оценить максимальную длину оптического сегмента между повторителем класса II (TX/FX) и коммутатором, если длины всех сегментов по витой паре не превосходят 10 м, (рис. 17 в).

Решение.

RTD = 100 + 101,112 + 92 + L1,0 = 512 ВТ. Отсюда L = 308,88 м.

Пример 8. Оценить максимальную суммарную длину сегментов по витой паре между устройствами 1 и 2 в конфигурации, показанной на рис. 17 г.

Решение.

RTD = 127 + (L₁ + L₂+ L₃+ L₄)1,112 + 67 + 140 + 92 = 512 ВТ. Отсюда L = 77,33 м.

Приведенные оценки выполнены без запаса. Однако желательно, рассчитывая конфигурации коллизионных доменов Fast Ethernet, делать запас SM = 5 ВТ, что соответствует длине 5 м, т.е. в 10 раз меньше, чем в стандарте Ethernet - 50 м.

6. Дуплексный Ethernet

Дуплексный канал связи (или полнодуплексный) в отличие от полудуплексного позволяет вести передачу в двух направлениях одновременно, что требует соответствующей поддержки на физическом уровне. Два основных типа среды - оптическое ОВ и витая пара (кроме интерфейса 100Base-T4) - поддерживают дуплексную связь при логической топологии "точка-точка". Но наличие дуплексной среды не является достаточным условием для создания дуплексного канала. Повторитель Ethernet (имеющий внутри себя логическую топологию "шина"), в принципе не может поддерживать дуплексный режим, даже если рабочие станции подключены по витой паре. В такой ситуации одновременная передача двух сигналов по одному сегменту приведет к коллизии, обнаруженной на уровне MAC.

Дуплексная связь может устанавливаться между оконечным устройством (рабочей станцией/сервером) и коммутатором или между двумя коммутаторами. В редких случаях используется соединение двух оконечных устройств с дуплексной передачей. Порты соответствующих устройств и коммутаторов должны поддерживать дуплексный режим. Фактически на уровне MAC параллельно функционируют два устройства - приемный и передающий модули, которые также в дуплексном режиме взаимодействуют с более высокими уровнями. При дуплексной передаче отпадает необходимость в поддержке механизма CSMA/CD, что делает алгоритм передачи значительно проще (рис. 18, уровень MAC), а приемный модуль работает без изменений (рис. 3 б).

Рис. 18

Отсутствие специальных дополнительных требований к дуплексной передаче и упрощение уровня MAC, привело к тому, что многие фирмы начали поставлять (с 1995 года) коммутаторы и сетевые карты, поддерживающие дуплексный режим передачи, которые показывали хорошую совместимость при работе друг с другом. Стандартизация дуплексного Ethernet произошла в 1997 году, формально, как часть спецификаций стандарта IEEE 802.Зх - контроль потока, основанный на кадрах [23]. Главными преимуществами дуплексного канала, кроме отсутствия коллизий, являются:

- При дуплексном режиме работы станция (коммутатор) не ждет прекращения принимаемого сигнала, а только выдерживает IFG, равный 96 ВТ, между последовательными передачами кадров, таким образом сокращаются задержки при передаче.

- Эффективная полоса пропускания удваивается и составляет 20 Мбит/с для Ethernet.

- Из-за отсутствия коллизий остается очень высокой производительность сети при большой загрузке (до 98%) по каждому из каналов.

- Снимаются ограничения на длину сегментов между узлами сети, например, оптический сегмент на одномодовом ОВ между двумя коммутаторами может иметь длину до 100 км, а при введении оптических усилителей расстояния могут быть неограниченными.

- Дуплексная связь обеспечивает лучшую работу приложений, критичных к задержкам (мультимедийная связь, видеоконференции, и т.д.).

Большинство современных коммутаторов и сетевых карт Ethernet/Fast Ethernet с дуплексными интерфейсами 10Base-T и 10Base-FL, а также 100Base-TX и 100Вазе-РХ поддерживают дуплексный режим связи. Интерфейсы AUI и МII сетевых устройств (коммутаторов, сетевых карт) дуплексные, но дуплексная передача по ним возможна при поддержка на уровне MAC

7. Сети Gigabit Ethernet (стандарты IEEE 802.3z и 802.Sab)

В 1996 году комитет IEEE 802.3, одобрил проект стандартизации Gigabit Ethernet 802.3z и 11 компаний (3Com, Bay Networks, Cisco, Compaq, Granite, Intel, LSI Logic, Packet Engines, Sun, UB Networks и VLSI Technology) организовали альянс Gigabit Ethernet Alliance - GEA [24] ведущих производителей сетевого оборудования для выработки единого стандарта и выпуска взаимосовместимых продуктов Gigabit Ethernet.

В настоящее время альянс GEA (более 100 компаний) обеспечивает связь между техническим комитетом по стандартизации IEEE 802.3 и производителями сетевого оборудования [25].

Архитектура стандарта Gigabit Ethernet

Структура уровней стандарта Gigabit Etherne, GMII интерфейс и трансивер Gigabit Ethernet приведены на рис. 19. Здесь, как и в стандарте Fast Ethernet не существует универсальной схемы кодирования сигнала, которая была бы идеальной для всех физических интерфейсов (с одной стороны, для стандартов 1000Base-LX/SX/CX используется кодирование 8В/10В [26], а, с другой стороны, для стандарта 1000Base-T используется специальный расширенный линейный код ТХ/T2 [27]). Функцию кодирования выполняет подуровень кодирования PCS, размещенный ниже средонезависимого интерфейса GMII (gigabit media independent interface).

Рис. 19.

GМII интерфейс обеспечивает взаимодействие между уровнем MAC и физическим уровнем и расширяет возможности интерфейса МII (поддерживает скорость 10, 100 и 1000 Мбит/с). Он имеет отдельные 8-разрядные приемник и передатчик и поддерживает как полудуплексный, так и дуплексный режимы. Кроме этого, GM1I интерфейс несет один сигнал, обеспечивающий синхронизацию, два сигнала состояния линии (первый указывает наличие несущей, а второй - отсутствие коллизий), ряд других сигнальных линий и питание. Трансиверный модуль, охватывающий физический уровень и обеспечивающий один из физических средозависимых интерфейсов, может подключаться, например, к коммутатору Gigabit Ethernet посредством GMII интерфейса.

Подуровень физического кодирования PCS. При подключении интерфейсов группы 1000Base-X подуровень PCS использует блочное избыточное кодирование 8В/10В (стандарта ANSI X3T11 Fibre Channel). Аналогично стандарту FDDI (только на основе более сложной кодовой таблицы), каждые 8 входных битов, предназначенных для передачи на удаленный узел, преобразовываются в 10-битные символы. Кроме этого, в выходном последовательном потоке присутствуют специальные контрольные 10-битные символы, например, используемые для расширения носителя (дополняют кадр Gigabit Ethernet до его минимально размера 512 байт).

При подключении интерфейса 1000Base-T подуровень PCS осуществляет специальное помехоустойчивое кодирование для обеспечения передачи по витой паре UTP сat.5 на расстояние до 100 м (линейный код ТХ/T2, разработанный компанией Level One Communications [28, 29]).

Кроме того, этим подуровнем генерируются два сигнала состояния линии (наличие несущей и отсутствие коллизий).

Подуровни РМА и PMD. Физический уровень Gigabit Ethernet использует несколько интерфейсов (традиционную витую пару категории 5, а также многомодовое и одномодовое ОВ).

Подуровень РМА преобразует параллельный поток символов от PCS в последовательный поток, а также выполняет обратное преобразование (распараллеливание) входящего последовательного потока от PMD.

Подуровень PMD определяет оптические (электрические) характеристики физических сигналов для разных сред. Всего определяются 4 типа физических интерфейсов среды, стандарта отраженные в спецификациях стандарта Gigabit Ethernet 802.3z (1000Base-X) и 802.Заb (1000Base-T), (рис. 20).

Рис. 20

1000Base-X - основывается на стандарте физического уровня Fibre Channel (технологии взаимодействия рабочих станций, суперкомпьютеров, устройств хранения и периферийных узлов). Fibre Channel имеет 4-уровневую архитектуру, где два нижних уровня FC-0 (интерфейсы и среда) и FC-1 (кодирование/декодирование) перенесены в Gigabit Ethernet.

Блочный код 8В/10В аналогичен коду 4В/5В (стандарта FDDI). Но сам код 4В/5В не обеспечивает баланса по постоянному току и поэтому в стандарте FDDI предусмотрен специальный дополнительный узел (поддерживающий баланс по постоянному току с дрейфом в пределах ± 10%). В коде 8В/10В полностью отсутствует дрейф постоянной составляющей.

Отметим, что отсутствие баланса потенциально может привести к зависящему от передаваемых данных нагреванию лазерных диодов, поскольку передатчик может передавать больше битов 1 (излучение есть), чем 0 (излучения нет), что может быть причиной дополнительных ошибок при высоких скоростях передачи.

1000Base-X подразделяется на три физических интерфейса [30]:

- 1000Base-SX - определяет лазеры с длиной волны излучения в диапазоне 770 - 860 нм, мощностью излучения передатчика от -10 до 0 дБм, с отношением ON/OFF (сигнал/нет сигнала) не меньше 9 дБ. Чувствительность приемника не хуже -17 дБм, насыщение приемника 0 дБм;

- 1000Base-LX - определяет лазеры с допустимой длиной волны излучения в диапазоне 1270 - 1355 нм, мощностью излучения передатчика от -13,5 до -3 дБм, с отношением ON/OFF не меньше 9 дБ. Чувствительность приемника не хуже -19 дБм, насыщение приемника -3 дБм;

- 1000Base-CX - экранированная витая пара (SIP "twinax") на короткие расстояния.

Для справки в табл. 9 приведены основные характеристики оптических приемопередающих модулей Gigabit Ethernet [31], выпускаемых фирмой Hewlett Packard для стандартных интерфейсов 1000Base-SX (модель HFBR-5305, = 850 нм) и 1000Base-LX (модель HFCT-5305, = 1300 нм).

Таблица 9

Параметры	1000Base-SX = 850 нм	1000Base-LX = 1300 нм
	min	max	min	max
T, oC окружающей среды	0	70	0	70
Напряжение питания, В	4,75	5,25	4,75	5,25
Выходная оптическая мощность, дБм	-10	-4	-13	-3
Чувствительность приемника, дБм	0	-17	-3	-20
Соотношение сигнал/нет сигнала, дБ	9	-	9	-
Спектральное уширение, нм	-	0,85	-	4
Время нарастания/спада оптического сигнала, нс	-	0,26	-	0,45

Поддерживаемые расстояния для стандартов 1000Base-X приведены в табл. 10.

При кодировании 8В/10В битовая скорость в оптической линии составляет 1250 бит/с, т.е., полоса пропускания участка кабеля (допустимой длины) должна превышать 625 МГц. Из табл. 10 видно, что этот критерий для строчек 2 - 6 выполняется. Из-за большой скорости передачи Gigabit Ethernet особое внимание уделяется построению протяженных сегментов, где предпочтение отдается одномодовому ОВ, а характеристики оптических приемопередатчиков желательно иметь значительно выше.

Таблица 10

Стандарт	Тип ОВ/медного кабеля	Полоса пропускания (не хуже), МГцкм	Максимальное расстояние*, м
1000Base-LX (лазерный диод 1300 нм)	Одномодовое ОВ (9 мкм)	-	5000**
	Многомодовое ОВ (50 мкм)***	500	550
	Многомодовое ОВ (62,5 мкм)***	320	400
1000Base-SX (лазерный диод 850 нм)	Многомодовое ОВ (50 мкм)***	400	500
	Многомодовое ОВ (62,5 мкм)***	200	275
	Многомодовое ОВ (62,5 мкм)***	160	220
1000Base-CX	Экранированная витая пара: STP 150 Ом	-	25

* Все расстояния, за исключением последнего (25 м), предполагают использование дуплексного режима

** Большее расстояние может обеспечивать оборудование некоторых производителей, оптические сегменты без промежуточных ретрансляторов/усилителей могут достигать 100 км.

*** Может требоваться специальный переходной шнур (см. ниже - Особенности использования многомодовых ВОК)

Например, компания NBase выпускает коммутаторы с портами Gigabit Ethernet, обеспечивающими расстояния до 40 км по одномодовому ОВ без ретрансляции - используются узкоспектральные DFB-лазеры, работающие на длине волны 1550 нм [32].

Особенности использования многомодовых ВОК

В ходе исследований по разработке спецификаций 1000Base-SX и 1000Base-LX выявлена особенность, связанная с использованием лазерных передатчиков совместно с многомодовым ОВ.

Известно, что многомодовое ОВ ориентировано на совместное использование со светоизлучающими диодами (спектр излучения 30-50 нс). Такое квазикогерентное излучение попадает в ОВ по всей площади светонесущей сердцевины, в результате возбуждается огромное число модовых групп. Распространение такого сигнала можно описать на языке межмодовой дисперсии. Эффективность использования светодиодов в передатчиках стандарта Gigabit Ethernet низкая из-за высокой частоты модуляции (скорость битового потока в оптической линии равна 1250 Мбод, а длительность одного импульса - 0,8 нс). Максимальная скорость, когда еще используются светодиоды для передачи сигнала по многомодовому ОВ, составляет 622,08 Мбит/с (STM-4, с учетом избыточности кода 8В/10В, битовая скорость в оптической линии 777,6 Мбод).

Поэтому Gigabit Ethernet стал первым стандартом, регламентирующим использование лазерных оптических передатчиков совместно с многомодовым ОВ. Площадь ввода излучения в ОВ от лазера значительно меньше, чем размер сердцевины многомодового ОВ. В технологическом процессе производства стандартных многомодовых ОВ допускается наличие некритичных (при традиционном использовании ОВ) дефектов (отклонений в пределах допустимого), в наибольшей степени сосредоточенных вблизи оси сердцевины ОВ. Хотя такое ОВ удовлетворяет требованиям стандарта, когерентный свет от лазера, введенный по центру такого ОВ, проходя через области неоднородности показателя преломления, расщепляется на небольшое число мод, которые затем распространяются по ОВ разными оптическими путями и с разной скоростью. Это явление известно как дифференциальная модовая задержка DMD. В результате появляется фазовый сдвиг между модами, приводящий к нежелательной интерференции на приемной стороне и к значительному росту числа ошибок (рис. 21 а). Этот эффект проявляется при стечении ряда обстоятельств: неудачный выбор ОВ, лазерного передатчика (разумеется, удовлетворяющие стандарту) и условия ввода излучения вОВ. Физически, эффект DMD обусловлен тем, что энергия когерентного источника распределяется между небольшого числа мод, а некогерентного - равномерно возбуждает огромное число мод. Эффект DMD, проявляется сильней при использовании длинноволновых лазеров (окно прозрачности 1300 нм) [33, 34]. Эта особенность приводит к уменьшению максимальной длины сегмента на основе многомодового ВОК,что регламентируется стандартом.

Интерфейс 1000Base-LX. Чтобы сохранить большее расстояние и избежать непредсказуемости поведения канала Gigabit Ethernet из-за DMD-эффекта, предложено вводить излучение не в центральную часть сердцевины многомодового ОВ. Излучение из-за апертурного расхождения успевает равномерно распределиться по всей сердцевине ОВ, сильно ослабляя проявление эффекта, хотя максимальная длина сегмента и после этого остается ограниченной (табл. 10).

А

Б

Рис. 21

Для подобных применений разработаны специальные переходные одномодовые оптические шнуры МСР (mode conditioning patch-cords), у которых один из соединителей (а именно тот, который планируется сопрягать с многомодовым ОВ) имеет небольшое смещение от оси сердцевины ОВ. Оптический шнур, у которого один соединитель - Duplex SC со смещенной сердцевиной, а другой - обычный Duplex SC обозначаются как МСР Duplex SC-Dupiex SC. Разумеется, такой шнур не подходит для использования в традиционных сетях, например в Fast Ethernet, из-за больших вносимых потерь на стыке с МСР Duplex SC. Переходной шнур МСР может быть комбинированным на основе одномодового и многомодового ОВ и содержать элемент смещения между волокнами внутри себя. Тогда одномодовым концом он подключается к лазерному передатчику. Что же касается приемника, то к нему может подключаться стандартный многомодовый соединительный шнур. Использование переходных МСР шнуров позволяет заводить излучение в многомодовое ОВ через область, смещенную на 10 - 15 мкм от оси (рис. 21 6) [35, 36]. Таким образом, сохраняется возможность использования интерфейсных портов 1000Base-LX и с одномодовыми ВОК, поскольку там ввод излучения будет осуществляться строго по центру сердцевины ОВ.

Интерфейс 1000Base-SX. Так как интерфейс 1000Base-SX стандартизован только для пользования с многомодовым ОВ, то смещение области ввода излучения от центральной оси ОВ можно реализовать внутри самого устройства, и тем самым снять необходимость использования согласующего оптического шнура.

1000Base-T - это стандарт Gigabit Ethernet передачи по неэкранированной витой паре категории 5 и выше на расстояния до 100 метров. Для передачи используются все четыре пары медного кабеля, скорость передачи по одной паре 250 Мбит/с. Предполагается, что стандарт будет обеспечивать дуплексную передачу, причем данные по каждой паре будут передаваться одновременно сразу в двух направлениях - двойной дуплекс (dual duplex) 1000Base-Т. Технически реализовать дуплексную передачу 1 Гбит/с по витой паре UTP cat.5 оказалось довольно сложно, значительно сложней, чем в стандарте 100Base-TX. Влияние ближних и дальних переходных помех от трех соседних витых пар на данную пару в четырехпарном кабеле требует разработки специальной скремблированной помехоустойчивой передачи, интеллектуального узла распознавания и восстановления сигнала на приеме. Несколько методов кодирования рассматриваются в качестве кандидатов на утверждение в стандарте 1000Base-Т, среди которых: 5-уровневое импульсно-амплитудное кодирование РАМ-5; квадратурная амплитудная модуляция QAM-25, и др. [37]. Ниже приведены кратко идеи РАМ-5.

Рис. 22

4-уровневое кодирование обрабатывает входящие биты парами, по числу возможных комбинации (00, 01, 10, 11). Передатчик может каждой паре бит установить свой уровень напряжения передаваемого сигнала, чем уменьшается в 2 раза частота модуляции - 125 МГц вместо 250 МГц (рис. 22 - схема 4-уровневого кодирования РАМ-4), и, следовательно, частота излучения. Пятый уровень добавлен для создания избыточности кода, для коррекции ошибок при приеме, что дает дополнительный резерв 6 дБ в соотношении с/ш.

Для разработки спецификаций этого стандарта создано отдельное подразделение Р802.3аb и стандарт (1999 г).

Уровень MAC

Уровень MAC стандарта Gigabit Ethernet использует протокол передачи CSMA/CD (что и Ethernet и Fast Ethernet), чем и определяются основные ограничения на максимальную длину сегмента (или коллизионного домена).

В стандарте Ethernet IEEE 802.3 принят минимальный размер кадра 64 байта, что определяет максимальное допустимое расстояние между станциями (диаметр коллизионного домена). Время, в течение которого станция передает такой кадр (время канала) равно 512 ВТ или 51,2 мкс. Максимальная длина сети Ethernet определяется из условия разрешения коллизий, а именно время RTD, за которое сигнал доходит до удаленного узла и возвращается обратно, не должно превышать 512 ВТ (без учета преамбулы).

При переходе от Ethernet к Fast Ethernet скорость передачи возрастает, а время трансляции кадра длиной 64 байта соответственно сокращается - оно равно 512 ВТ или 5,12 мкс (в Fast Ethernet 1 ВТ - 0,01 мкс). Для того, чтобы можно было обнаруживать все коллизии до конца передачи кадра, необходимо соответствовать одному из условий:

- сохранить прежнюю максимальную длину сегмента, но увеличить время канала (и, следовательно, увеличить минимальную длину кадра);

- сохранить время канала (прежний размер кадра), но уменьшить максимальную длину сегмента.

В Fast Ethernet принят такой же минимальный размер кадра, как в Ethernet, что обеспечило совместимость, но привело к существенному уменьшению диаметра коллизионного домена.

Gigabit Ethernet поддерживает те же минимальный и максимальный размеры кадра, что и Ethernet и Fast Ethernet. Но поскольку скорость передачи возрастает, то соответственно, уменьшается время передачи пакета аналогичной длины. При сохранении прежней минимальной длины кадра это приводит к уменьшению диаметра сети, (который не превышал бы 20 м), что не является полезным. Поэтому при разработке стандарта Gigabit Ethernet увеличено время канала, которое составляет 512 ВТ (в 8 раз превосходит время канала Ethernet и Fast Ethernet). Но для совместимости со стандартами Ethernet и Fast Ethernet, минимальный размер кадра не увеличен, а добавлено к кадру дополнительное поле, получившее название "расширение носителя" (carrier extension).

...