Фізичний рівень мережі Ethernet

Фізичний рівень забезпечує з’єднання абонентської системи з фізичним середовищем, кодування і декодування сигналів, їх буферизацію, підтримує і поновлює бітову синхронізацію. Фізичний рівень містить декілька підрівнів: передачі фізичних сигналів, інтерфейсу з модулем з’єднання, модуля з’єднання із середовищем.

На підрівні передачі фізичних сигналів, залежно від вмісту кадру, формуються електричні сигнали, які надходять потім у середовище передачі. Підрівень передачі фізичних сигналів контролює стан середовище передачі, виробляючи у разі потреби, сигнал виявлення зіткнень. Якщо передача кадру є успішної, підрівень передачі фізичних сигналів інформує про це підрівень MAC і очікує наступного запиту на передачу. Якщо середовище зайняте, підрівень MAC затримує передачу свого кадру до звільнення середовища, після чого починає процедуру передачі. Якщо в процесі передачі виявляється зіткнення кадрів, то підрівень передачі фізичних сигналів виробляє сигнал виявлення зіткнень. Отримавши цей сигнал, диспетчер доступу замість кадру передає спеціальну послідовність символів «наявність конфлікту», повідомляючи інші абонентські системи про наявність конфліктної ситуації. Потім, через деякий інтервал часу, абонентська система здійснює спробу повторної передачі інформації. Цей інтервал визначається на основі так званого скороченого експоненціального двійкового алгоритму відстрочення і є випадковою величиною, різною для конфліктуючих абонентських систем. Максимальна, встановлена стандартом кількість спроб повторної передачі дорівнює 16, після чого формується повідомлення про помилку передачі. Слід зазначити, що до завершення цих спроб заборонена передача будь-яких інших кадрів.

У приймальних абонентських системах передача кадрів виявляється підрівнем передачі фізичних сигналів, який за допомогою сигналу «виявлення несучої» повідомляє підрівень MAC про передачу інформації в мережі. Приймальний елемент диспетчера доступу приймає і накопичує послідовність бітів інформації. Коли вміст поля адреси одержувача збігається з адресою абонентської системи, розпакувальник кадру вилучає преамбулу і початковий обмежувач, перевіряє довжину кадру та правильність його передачі. За відсутності помилок передачі блок даних та інформація, що його супроводжує, передаються для подальшої обробки на підрівень керування логічним каналом (підрівень LLC).

Підрівень інтерфейсу з модулем з’єднання визначає засоби підключення, які дають змогу розміщувати абонентські системи на певній відстані від середовище передачі. Цей підрівень, разом з підрівнем передачі фізичних сигналів, утворює інтерфейс між підрівнями керування доступом до середовища і модулем з’єднання із середовищем. Останній підрівень відіграє важливу роль у створенні локальної мережі, забезпечуючи використання середовище передачі різних типів. З цією метою підрівень модуля з’єднання із середовищем узгоджує параметри сигналів, що надходять з підрівня передачі фізичних сигналів, з характеристиками фізичного середовища.

Стандарт IEEE-802.3 визначає фізичним середовищем два типи коаксіального кабелю, виту пару проводів і оптоволоконний кабель. Відповідно до цього розрізняють чотири типи специфікації середовище передачі: 10BASE5, 10BASE2, 10BASE-Т и 10BASE-F. Однією з перших з’явилася специфікація 10BASE5 для товстого коаксіального кабелю, діаметр центрального мідного проводу якого дорівнює 2,17 мм. Специфікація 10BASE2 визначає використання тонкого коаксіального кабелю, діаметр центрального проводу – 0,89 мм. Основні електричні і механічні характеристики кабелю систем 10BASE5 і 10BASE2 наведено в табл. 3.1. Природно, що характеристики кабелю впливають на такі параметри мережі, як дальність передачі без повторювачів, максимальна кількість абонентських систем, що підключаються до одного сегмента та ін. Щоб розрізнити мережі, в яких використано коаксіальний кабель, мережу на основі специфікації 10BASE5 називають товстим Ethernet, а на основі специфікації 10BASE2 — тонким Ethernet.

Таблиця 3.1. Основні характеристики коаксіального кабелю

Параметр	10BASE5	10BASE2
Швидкість передачі, Мбіт/с	10	10
Хвильовий опір, Ом	50	50
Згасання в сегменті кабелю на частоті 10 мГц, дБ (дБ/км)	8,5 (18)	8,5 (18)
Необхідна швидкість поширення сигналу, с=3105км/год	0,77	0,65
Діаметр центрального провідника, мм	2,170,013	0,890,05
Діаметр екрана, мм внутрішній Зовнішній	6.15 8,280,178	2,950,15
Зовнішній діаметр оболонки, мм з полівінілхлориду з флуорополімеру	10,297 9,525	4,9 4,8

У мережах 10BASE5 використовується кабель RG11, а мережах 10BASE2 — RG58A/U. Слід зазначити, що вимогам мережі 10BASE5 відповідають кабелі вітчизняного виробництва РК 50-6-11 і РК 50-6-13, а вимогам мережі 10BASE2 — кабель РК 50-3-11, які також можуть використовуватись у мережах Ethernet. У марці кабелю: РК позначає тип кабелю (радіокабель); 50 — його хвильовий опір; 6 або 3 — округлене значення внутрішнього діаметра екрана; 11 або 13 — шифр матеріалу зовнішньої оболонки. Кабель RG11 забезпечує більш високу надійність і перешкодостійкість мережі, проте його вартість істотно більша за вартість кабелю RG58A/U.

Мережі 10BASE5 і 10BASE2 розрізняються також дальністю передачі без повторювачів (довжиною сегмента), максимальною кількістю абонентських систем, що приєднуються до сегмента, і способом підключення їх до коаксіального кабелю. Так, максимальна довжина сегмента, тобто ділянки мережі без додаткових підсилювачів (повторювачів), для мережі 10BASE5 становить 500м, до якої допускається підключення до 100 абонентських систем.