среди которых: 5-уровневое импульсно-амплитудное кодирование РАМ-5; квадратурная амплитудная модуляция QAM-25, и др. [37]. Ниже приведены кратко идеи РАМ-5.
Почему 5-уровневое кодирование? Распространенное 4-уровневое кодирование обрабатывает входящие биты парами. Всего существует 4 различных комбинации - 00, 01, 10, 11. Передатчик может каждой паре бит установить свой уровень напряжения Передаваемого сигнала, что уменьшает в 2 раза частоту модуляции 4-уровневого сигнала, 125 МГц вместо 250 МГц, (рис. 7.25), и, следовательно, частоту излучения. Пятый уровень добавлен для создания избыточности кода. В результате чего становится возможной коррекция ошибок на приеме. Это дает дополнительный резерв 6 дБ в соотношении сигнал/шум.
Для разработки спецификаций этого стандарта создано отдельное подразделение P802.3ab. Ожидаемый срок появления этого стандарта - начало
1999 года.
Рис. 7.25. Схема 4-уровневого кодирования РАМ-4
Уровень MAC
Уровень MAC стандарта Gigabit Ethernet использует тот же самый протокол передачи CSMA/CD, что и Ethernet и Fast Ethernet. Основные ограничения на максимальную длину сегмента (или коллизионного домена) определяются этим протоколом.
В стандарте Ethernet IEEE 802.3 принят минимальный размер кадра 64 байта. Именно значение минимального размера кадра 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 удовлетворить одному из условий:
1.Сохранить прежнюю максимальную длину сегмента, но увеличить время канала (и, следовательно, увеличить минимальную длину кадра);
2.Сохранить время канала (прежний размер кадра), но уменьшить максимальную длину сегмента.
ВFast Ethernet был оставлен такой же минимальный размер кадра, как в Ethernet. Это сохранило совместимость, но привело к значительному уменьшению диаметра коллизионного домена.
Всилу преемственности стандарт Gigabit Ethernet должен поддерживать те же минимальный и максимальный размеры кадра, которые приняты в Ethernet и Fast Ethernet. Но поскольку скорость передачи возрастает, то соответственно, уменьшается и время передачи пакета аналогичной длины. При сохранении прежней минимальной длины кадра это привело бы к уменьшению диаметра сети, который не превышал бы 20 м, что могло быть мало полезным. Поэтому при разработке стандарта Gigabit Ethernet было принято решение увеличить время канала. В Gigabit Ethernet оно составляет 512 ВТ и в 8 раз превосходит время канала Ethernet и Fast Ethernet. Но, чтобы поддержать совместимость со стандартами Ethernet и Fast Ethernet, минимальный размер кадра не был увеличен,
абыло добавлено к кадру дополнительное поле, получившее название
"расширение носителя" (carrier extension).
Расширение носителя
Символы в дополнительном поле обычно не несут служебной информации, но они заполняют канал и увеличивают "коллизионное окно". В результате коллизия будет регистрироваться всеми станциями при большем диаметре коллизионного домена.
Если станция желает передать короткий (меньше 512 байт) кадр, то при передаче добавляется это поле - расширение носителя, дополняющее кадр до 512 байт, Поле контрольной суммы вычисляется только для оригинального кадра и не распространяется на поле расширения. При приеме кадра поле расширения отбрасывается. Поэтому уровень LLC даже и не знает о наличии поля расширения. Если размер кадра равен или превосходит 512 байт, то поле расширения носителя отсутствует. На рис. 7.26 показан формат кадра Gigabit Ethernet при использовании расширения носителя.
Рис. 7.26. Кадр Gigabit Ethernet с полем расширения носителя
SDF: Start of frame Delimiter - ограничитель начала кадра DA: Destination Address - адрес назначения
SА: Source Address - адрес источника
L:длина поля данных (для кадра 802.3)
Т: тип поля данных (для кадра Ethemet_II)
FCS: Frame Check Sequence - контрольная последовательность кадра
Пакетная перегруженность
Расширение носителя - это наиболее естественное решение, которое позволило сохранить совместимость со стандартом Fast Ethernet и такой же диаметр коллизионного домена. Но оно привело к излишней трате полосы пропускания. До 448 байт (512-64) может расходоваться вхолостую при передаче короткого кадра. На стадии разработки стандарта Gigabit Ethernet компанией NBase Communications было внесено предложение по модернизации стандарта. Эта модернизация, получившая название пакетная перегруженность (packet bursting), позволяет эффективней использовать поле расширения. Если у станции/коммутатора имеется несколько небольших кадров для отправки, то первый кадр дополняется полем расширения носителя до 512 байт, и отправляется. Остальные кадры отправляются вслед с минимальным межкадровым интервалом в 96 бит, с одним важным исключением – межкадровый интервал заполняется символами расширения (рис. 7.27 а). Таким образом, среда не замолкает между посылками коротких оригинальных кадров, и ни какое другое устройство сети не может вклиниться в передачу. Подобное пристраивание кадров может происходить до тех пор, пока полное число переданных байт не превысит 1518. Пакетная перегруженность уменьшать вероятность образования коллизий, поскольку перегруженный кадр может испытать коллизию только на этапе передачи первого своего оригинального кадра, включая расширение носителя, что безусловно увеличивает производительность сети, особенно при больших нагрузках (рис. 7.27 б).
Рис. 7.27. Пакетная перегруженность: а) передача кадров; б) изменение полосы пропускания
Типы устройств
В настоящее время поставляется полный перечень сетевых продуктов Gigabit Ethernet: сетевые карты, повторители, коммутаторы, а также маршрутизаторы. Предпочтение отдается устройствам с оптическим интерфейсами (1000Base-FL, 1000Base-SX) Duplex SC, Появление устройств с интерфейсом 1000Вазе-Т на UTP cat.5 с протяженностью сегментов до 100м ожидается в начале 1999 года.
Сетевая карта Gigabit Ethernet. Выпускают сетевые карты на шины PCI, SBus и др. Ниже приведены основные технические характеристики сетевой карты
G-NIC, выпускаемой фирмой Packet Engines [38]:
1.64/32-разрядный PCI-мастер адаптер обеспечивает на частоте 33 МГц пропускную способность 2 Гбит/с.
2.Два независимых процессора, ответственных за прием и передачу пакетов, существенно разгружают центральный процессор рабочей станции.
3.Поддержка стандартов IEEE 802.3х дуплексной передачи и IEEE 802.3z обеспечивает максимальную совместимость с другими устройствами.
Поставляются драйверы для операционных систем: Windows 95 (NDIS3);
Windows NT (NDIS4, NDIS5, Intel и DEC Alpha процессоры); Novell NetWare (ODI 3.12 или выше); Solaris (2.5x, PCI и SBus); DEC UNIX (4.3 BSD); SGI IRIX (5.3 и 6.2); HP-UX (10.20); Linux; FreeBSD.
Буферный повторитель. Устройства Ethernet поддерживают дуплексный режим как на физическом уровне, так и на уровне MAC. Традиционные повторители с портами RJ-45 (10Base-T, 100Base-ТХ), хотя и имеют дуплексную связь на физическом уровне, из-за логической топологии шины внутри себя могут поддерживать только полудуплексный 1режим, и поэтому создается коллизионный домен ограниченного диаметра. Хотя в стандарте Gigabit Ethernet допускается использование традиционных повторителей, представляется более эффективным применение нового устройства - буферного повторителя. Протокол CSMA/CD реализует метод доступа к сети, но не к сегменту. Буферный повторитель - это многопортовое устройство с дуплексными каналами связи (рис. 7.28). Каждый его порт имеет входной и выходной буферы. Удаленное устройство, подключенное к повторителю, также должно поддерживать дуплексную связь на физическом и MAC уровнях. Очередной кадр, прибывая на входной порт, размещается в очереди входного буфера порта и далее пересылается в выходные буферы остальных портов (за исключением выходного буфера этого порта). Внутри повторителя отрабатывается протокол CSMA/CD, на основе которого кадры из входных буферов переходят в выходные буферы других портов.
Поскольку в сегментах нет коллизий, ограничения на их длину могут возникать только из-за физических характеристик кабельной системы. В этой связи ВОК представляется более перспективным, чем витая пара, ограниченная длиной 100 м,