2.1.4. Оптоволоконный Ethernet

В качестве среды передачи данных 10 мегабитный Ethernet использует оптическое волокно. Оптоволоконные стандарты в качестве основного типа кабеля рекомендуют достаточно дешевое многомодовое оптическое волокно, обладающее полосой пропускания 500-800 МГц при длине кабеля 1 км. Допустимо и более дорогое одномодовое оптическое волокно с полосой пропускания в несколько гигагерц, но при этом нужно применять специальный тип трансивера.

Функционально сеть Ethernet на оптическом кабеле состоит из тех же элементов, что и сеть стандарта 10Base-T - сетевых адаптеров, многопортового повторителя и отрезков кабеля, соединяющих адаптер с портом повторителя. Как и в случае витой пары, для соединения адаптера с повторителем используются два оптоволокна - одно соединяет выход Т_х адаптера со входом R_х повторителя, а другое - вход R_x адаптера с выходом Т_х повторителя.

Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) представляет собой первый стандарт комитета 802.3 для использования оптоволокна в сетях Ethernet. Он гарантирует длину оптоволоконной связи между повторителями до 1 км при общей длине сети не более 2500 м. Максимальное число повторителей между любыми узлами сети - 4. Максимального диаметра в 2500 м здесь достичь можно, хотя максимальные отрезки кабеля между всеми 4 повторителями, а также между повторителями и конечными узлами недопустимы - иначе получится сеть длиной 5000 м.

Стандарт 10Base-FL представляет собой незначительное улучшение стандарта FOIRL. Увеличена мощность передатчиков, поэтому максимальное расстояние между узлом и концентратором увеличилось до 2000 м. Максимальное число повторителей между узлами осталось равным 4, а максимальная длина сети - 2500 м.

Стандарт 10Base-FB предназначен только для соединения повторителей. Конечные узлы не могут использовать этот стандарт для присоединения к портам концентратора. Между узлами сети можно установить до 5 повторителей 10Base-FB при максимальной длине одного сегмента 2000 м и максимальной длине сети 2740 м.

Повторители, соединенные по стандарту 10Base-FB, при отсутствии кадров для передачи постоянно обмениваются специальными последовательностями сигналов, отличающимися от сигналов кадров данных, для поддержания синхронизации. Поэтому они вносят меньшие задержки при передаче данных из одного сегмента в другой, и это является главной причиной, по которой количество повторителей удалось увеличить до 5. В качестве специальных сигналов используются манчестерские коды J и К в следующей последовательности: J-J-K-K-J-J-... Эта последовательность порождает импульсы частоты 2,5 МГц, которые и поддерживают синхронизацию приемника одного концентратора с передатчиком другого. Поэтому стандарт l0Base-FB имеет также название синхронный Ethernet.

Как и в стандарте l0Base-T, оптоволоконные стандарты Ethernet разрешают соединять концентраторы только в древовидные иерархические структуры. Любые петли между портами концентраторов не допускаются.

2.1.5. Сетевая технология Gigabit Ethernet    Технология Gigabit Ethernet со скоростью передачи 1 Гбит/с (1000 Мбит/с) – это естественный, эволюционный путь развития концепции, заложенной в стандартной сети Ethernet. Она наследует все недостатки своих прямых предшественников, например, негарантированное время доступа к сети. Однако огромная пропускная способность приводит к тому, что загрузить сеть до тех уровней, когда этот фактор становится определяющим, довольно трудно. Зато сохранение преемственности позволяет легко и просто соединять сегменты Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet в единую сеть, и, самое главное, переходить к новым скоростям постепенно, вводя гигабитные сегменты только на самых напряженных участках сети.   Новый стандарт использует и новые правила кодирования сигналов, передающих­ся по оптоволокну. «Манчестерский» код при скорости передачи данных 1 Гбит/с потребовал бы скорости изменения сигнала в 2 Гбод. Это за­нимает слишком большую долю пропускной способности. Поэтому вместо «манчестерского кодирования» применяется схема, называемая 8В/10В, в которой каждый байт, состоящий из 8 бит, кодируется для передачи по волоконно-оптическому кабелю десятью битами.

Поскольку возможны 1024 результирующих кодо­вых слова для каждого входящего байта, данный метод дает некоторую свободу выбора кодовых слов. При этом принимаются в расчет следующие правила:   – ни одно кодовое слово не должно иметь более четырех одинаковых битов подряд;   – ни в одном кодовом слове не должно быть более шести нулей или шести единиц.   Такие правила, во-первых, обеспечивают достаточное количество изменений состояния в потоке данных, необходимое для того, чтобы приемник оставался синхронизированным с передатчиком, а во-вторых, примерно выравнивают количе­ство нулей и единиц.   Гигабитный Ethernet спецификации 1000Base-T использует иную схему кодирования, поскольку для медного кабеля изменить состояние сигнала в течение 1 нс затруднительно. Здесь применяются 4 витые пары категории 5, что дает возможность параллельно передавать 4 символа. Каждый символ кодируется од­ним из пяти уровней напряжения. Таким образом, один сигнал может означать 00, 01, 10 или 11. Есть еще одно служебное значение напряжения, применяемое для специальных целей кадрирования и управления. Таким образом, на од­ну витую пару приходится 2 бита данных, соответственно, за один временной интервал система передает 8 бит по 4 витым парам. Тактовая частота равна 125 МГц, что позволяет работать со скоростью 1 Гбит/с.   Для распознавания коллизий и организации полнодуплексного режима разработчики спецификации 1000Base-T применили технологию, в которой вместо передачи по разным парам проводов или разнесения сигналов двух одновременно работающих навстречу передатчиков по диапазону частот оба передатчика работают навстречу друг другу по каждой из 4-х пар в одном и том же диапазоне частот (Рисунок 10).  

   Рисунок 10 - Двунаправленная передача по четырем витым парам UTP  категории 5:

T – передатчик, R – приемник, H – гибридная развязка     Схема гибридной развязки H позволяет приемнику R и передатчику T одного и того же узла одновременно использовать витую пару как для приема, так и для передачи. Для отделения принимаемого сигнала от своего собственного приемник вычитает из результирующего сигнала известный ему свой сигнал. Эту операцию выполняют специальные цифровые сигнальные процессоры DSP (Digital Signal Processor). Отметим, что при полудуплексном режиме работы получение встречного потока данных считается коллизией, а для полнодуплексного режима работы – нормальной ситуацией.