17.Мережі типу Ethernet із швидкістю 100 Мб/с.

Середовища для 100 Мб/с Ethernet.

У порівнянні з специфікаціями Ethernet 10 Мб/с, система Ethernet 100 Мб/с (Fast Ethernet - швидкий Езернет) має у десять разів коротшу тривалість бітів, тобто 10-кратно менші витрати часу на передавання бітів через канали Ethernet або швидкість передавання, більшу у 10 разів. Однак формат рамок, кількість даних в рамці та управління доступом до середовища залишені без змін. Специфікації Fast Ethernet включають механізм автоузгодження (Auto-Negotiation) щодо швидкості передавання даних в середовищах. Це дає виробникам можливість забезпечити двошвидкісний інтерфейс, який дозволяє автоматично використовувати будь-яку з вказаних систем - із швидкістю 10 Мб/с або 100 Мб/с.

На рис. 4.33 показані три можливі варіанти середовищ, визначених для передавання сигналів Ethernet із швидкістю 100 Мб/с.

Управління доступом до середовища (MAC)
100Base-T4		100Base-TX		100Base-FX

Рис. 4.33. Три види середовищ (кабельних систем) для мереж Ethernet із швидкістю 100 Мб/с.

Ідентифікатори середовищ згідно із стандартом IEEE складаються із трьох частин. Цифра “100” означає швидкість передавання даних, рівну 100 Мб/с. Слово “Base” означає застосування основної смуги частот сигналу. Третя частина визначає вид середовища: “Т4” - кабель типу “скручена пара” телефонної якості (категорія 3), “TX” - кабель типу “скручена пара” для передавання даних (категорія 5), “FX” - оптоволоконний кабель із використанням двох оптичних волокон для передавання даних. Середовища TX і FX разом позначають як 100Base-X.

Відмінності між різними топологіями мереж 100 Мб/с зосереджені в частині PHY. Ця секція під'єднується безпосережньо до кабеля та відповідає за все, що стосується справ, залежних від середовища - за лінійне кодування, напругу при передаванні тощо.

Мережа 100Base-TX.

100Base-TX: основні властивості.

Основні властивості мережі 100Base-TX визначені стандартом IEEE 802.3u, прийнятим у 1995 р., і наведені в таблиці.

Загальний огляд 100Base-TX
Специфіфкація IEEE	802.3u
Максимальна швидкість	100 Мб/с
Кабелі	UTP Категорії 5
З'єднувачі	RJ-45
Використані контакти	1&2, 3&6
Максимальна довжина сегменту	100 м
Максимальна кількість під'єднань у сегменті	2
Максимальна кількість станцій у мережі	1024
Максимальна кількість повторювачів	2
Топологія	Зірка

Топологія мережі 100Base-TX - це зірка. Максимальна топологія зображена на рис. 4.34. Мережа передає дані через сполучні сегменти, утворені 4 провідниками (2 парами) кабеля UTP або STP. Це можуть бути тільки кабелі Категорії 5 (для UTP) або Типу 1 (для STP), а їх максимальна довжина не може перевищувати 100 м. Діаметр цілої області колізій може становити 205 м (100 м +100 м між станціями і повторювачами і 5 м для сполучного сегменту між повторювачами (IRL - InterRepeater Link)). Тільки використання мостів (комутаторів) або раутерів дозволяє розширити мережу 100Base-TX на більші відстані.

Рис. 4.34. Мережі 100Base-TX, 100Base-FX, 100Base-T4.

Компоненти мережі 100Base-TX.

Відповідність компонент мережі 100 Base-TX Рівню 1 еталонної моделі OSI ілюструється таблицею:

	DTE	Повторювач
	Узгодження
	MII	Повторювач в основній смузі
Рівень 1 OSI	PCS	PCS і PMA
	PMA	PMA
	PMD
	Автоузгодження
	MDI
	Фізичне середовище

PHY. PHY є абревіатурою від об'єкт Фізичного рівня (Physical Layer Entity). Включає в себе підрівень фізичного кодування (Physical Coding Sub-layer - PCS) та інтерфейс, залежний від середовища (Medium Depended Interface - MDI). Поєднання PCS з MDI називають трансівером TX. Трансівер для 100Base-TX базується на стандарті FDDI (X3T9.5).

PCS. Підрівень фізичного кодуваннявідповідальний за кодування і декодування сигналів для того, щоб вони були зрозумілими для нижчих та вищих рівнів. Застосовується схема кодування 4B5B, яка означає, що кожен півбайт, отриманий від підрівня MAC, кодується 5-бітовим символом. TX вживає після кодування сигнальну систему MLT-3 із трирівневим сигналом. В MLT-3 зміна рівня означає логічну одиницю, а відсутність зміни - логічний нуль. Швидкість даних через пару дорівнює 100 Мб/с. Темп передавання для кожної пари становить 5/4 від швидкості даних або 125 МГц.

Компетенції: кодування даних; контроль помилок; виявлення колізій.

PMA. Підрівень прикріплення до фізичного середовища (Physical Medium Attachment - PMA) відповідальний за всі аналогові функції, такі як передавання хвилеподібних коливань і розпізнавання прийнятих даних.

Компетенції: моніторування сполучення; виявлення носія; несправність на віддаленому кінці.

PMD. Підрівень, залежний від фізичного середовища (Physical Medium Dependend - PMD) для TX запозичений у стандарті FDDI (ANSI X3.263 TP-PMD, Revision 2.2, March 1995). Це не стовідсоткова копія, але в основному співпадає.

Компетенції: аналогові функції; відновлення тактового генератора (годинника); кодування бітів, шифрування (скремблінг).

Автоузгодження. Автоузгодження (Auto-Negotiation або NWAY) є настроюванням, яке вживається тільки в мережах з кабельною системою UTP (не STP). Воно дозволяє встановити можливості сполучення на обидвох кінцях. У цей спосіб можна виявити здатність мережевої карти 10 Мб/с до зв'язку з картою 10/100 Мб/с.

	Штир (Male)	Гніздо (Female)
Sub-D9

Рис. 4.35. З'єднувач Sub-D9.

Таблиця 4.13. Призначення контактів з'днувача Sub-D9.

Контакт	Сигнал
1	Приймання (Rx+)
2
3
4
5	Передавання (Tx+)
6	Приймання (Rx-)
7
8
9	Передавання (Тx-)
Екран	Шассі

MDI. Інтерфейс, залежний від середовища для TX - це з'єднувач RJ-45 для UTP або Sub-D9 для STP. Призначення контактів RJ-45 аналогічне до застосованого в 10Base-T. З'єднувач Sub-D9 показаний на рис. 4.35, а призначення його контактів - у табл. 4.13. Відзначимо, що номери контактів з’єднувача (а також номери провідників у кабелі) для системи 100Base-TX відповідають таким для системи 10Base-T і змінені порівняно з специфікаціями ANSI TP-PMD з метою забезпечення сумісності між двома системами: 10Base-T і 100Base-TX³.

Середовище. Кабельна система 100Base-TX базується на специфікаціях стандарту ANSI TP-PMD і працює через дві пари провідників кабеля UTP Категорії 5 або STP Типу 1: одна пара використовується для передавання, а друга - для приймання сигналів даних. Оскільки специфікації ANSI TP-PMD передбачають можливість використання як неекранованих, так екранованих кабелів типу “скручена пара”, то система 100Base-TX також це допускає, однак найбільше поширення на сьогодні мають кабельні системи з кабелями “неекранована скручена пара” (UTP). Обмеження довжини кабелів до 100 м викликане переважно вимогами до часу обігу петлі, тоді як в стандарті 10Base-T це обмеження обумовлене переважно зменшенням амплітуди сигналів.

Перехрещувачі провідників 100Base-TX. Виконують ті ж функції, що й аналогічне устаткування в системі 10Base-T. Схема перехрещення провідників для системи 100Base-TX відповідає рис. 4.23. Якщо перехрещення здійснене безпосередньо в портах повторювача, то такі порти повинні бути позначені літерою “X”.

Повторювачі 100Base-TX. Для систем 100Base-T існують два види повторювачів: Клас I та Клас II. Стандарт вимагає, щоб повторювачі Fast Ethernet були позначені римською цифрою I або II, розташованою в центрі кола. Відмінності між ними полягають в різному часі затримки. Повторювачі Класу I повільніші від повторювачів Класу II.

Повторювачі Класу I потрібні передовсім для того, щоб можна було здійснювати трансляцію даних між 100Base-T4 і 100Base-TX або 100Base-FX. Ця трансляція займає значно більше часу, ніж між TX і FX. Часова затримка (0.7 мкс або менше), викликана тим, що вони транслюють сигнал з вхідного порта у внутрішню цифрову форму, а потім ретранслють його у сигнал в лінії на відповідному вихідному порті. Це дозволяє регенерувати сигнали при передаванні між мережевими середовищами, які використовують різні сигнальні коди. Повторювачі 100 Мб/с можуть під'єднуватися до різних середовищ через додаткові трансівери, які забезпечують правильне сполучення з відповідним середовищем. Безпосереднє сполучення різних портів (наприклад, T4 і TX) неможливе. Іншою підставою для використання повторювачів Класу I є можливості для встановлення додаткових команд, які не можуть бути впроваджені до повторювачів Класу II внаслідок жорстких обмежень на час затримки.

Повторювачі Класу II мають менший час затримки (0.46 мкс або менше), оскільки вони безпосередньо регенерують вхідний сигнал до всіх інших портів без процесу трансляції. Тому повторювачі Класу II можуть з’єднувати тільки сегменти з однаковою технікою кодування, наприклад, сегмент 100Base-TX із сегментом 100Base-FX. В одній області колізій з максимальною довжиною кабелів можна використовувати не більше від двох повторювачів класу II.

Якщо обслуговується максимальна довжина сполучення (100 м), то найбільша кількість застосованих повторювачів може дорівнювати 2. В одній області колізій можна мати тільки один повторювач Класу I або два повторювачі Класу II. Звичайно скорочення сполучення до кінцевої станції робить можливим розширення сполучення між повторювачами, доки максимальна сумарна відстань не досягне 205 м. Для подальшого збільшення цієї відстані потрібно вживати мости або комутатори.

Рис. 4.36. Під’єднання комп’ютера до мережі 100Base-TX.

Тест цілісності сполучення 100Base-TX. Кола трансівера Fast Ethernet (PHY) неперервно моніторують активність шляху приймання даних для контролю правильності функціонування сполучення. Сигнальна система 100Base-TX базується на сигнальній системі ANSI FDDI, яка неперервно висилає сигнали протягом періоду відсутності мережевого трафіку. Тому активність в шляху приймання даних є достатньою для здійснення неперервного контролю цілісності сполучення. Крім того, трансівери, які працюють на кабель UTP або STP, висилають і приймають імпульси сполучення (Fast Link Pulses), які використовуються в спеціальному механізмі автоузгодження (Auto-Negotiation), що дозволяє багатошвидкісному габу визначити швидкість роботи пристроїв, сполучених з ним (10 або 100 Мб/с), і відповідно настроїти швидкість відповідного порта. Цей механізм буде описано нижче.

На рис. 4.36 зображена схема під’єднання комп’ютера через карту мережевого інтерфейсу безпосередньо до порта габа-повторювача 100Base-TX. Для такого під’єднання можна також використати зовнішній трансівер з 40-контактним MII-з’єднувачем та кабелем.

Мережа 100Base-FX.

100Base-TX: основні властивості.

Основні властивості мережі 100Base-FX визначені стандартом IEEE 802.3u і наведені в таблиці.

Загальний огляд 100Base-FX
Специфіфкація IEEE	802.3u
Максимальна швидкість	100 Мб/с
Кабелі	Оптоволоконні
З'єднувачі	Різні
Максимальна довжина сегменту для півдуплексу	412 м
Максимальна довжина сегменту для дуплексу	2000 м
Максимальна кількість під'єднань у сегменті	2
Максимальна кількість станцій у мережі	1024
Максимальна кількість повторювачів	2
Топологія	Зірка

Максимальна топологія аналогічна до топології 100Base-TX і зображена на рис. 4.34.

Компоненти мережі 100Base-FX.

Для побудови оптоволоконного сегменту 100Base-FX та сполучення з ним застосовують такі компоненти:

• мережеве середовище;

• з’єднувачі MDI;

• повторювачі 100Base-FX;

• тест цілісності сполучення 100Base-FX.

Відповідність компонент мережі 100 Base-FX Рівню 1 OSI аналогічна до 100Base_TX.

Мережа 100Base-T4.

100Base-T4: основні властивості.

Основні властивості мережі 100Base-T4 визначені стандартом IEEE 802.3u і наведені в таблиці.

Загальний огляд 100Base-T4
Специфіфкація IEEE	802.3u
Максимальна швидкість	100 Мб/с
Кабелі	UTP Категорії 3 або кращий
З'єднувачі	RJ-45
Використані контакти	1&2, 3&6, 4&5, 7&8
Максимальна довжина сегменту	100 м
Максимальна кількість під'єднань у сегменті	2
Максимальна кількість станцій у мережі	1024
Максимальна кількість повторювачів	2
Топологія	Зірка

Максимальна топологія аналогічна до топології 100Base-TX і зображена на рис. 4.34.

Компоненти мережі 100Base-T4.

Компоненти, які дозволяють побудувати сегмент 100Base-T4 та здійснити під’єднання до нього:

• мережеве середовище;

• перехрещувачі провідників 100Base-T4;

• повторювачі 100Base-T4;

• тест цілісності сполучення 100Base-T4.