7.2. Основные типы устройств Ethernet

AUI интерфейс и трансиверы Ethernet

Интерфейс AUI (attachment unit interface) – это средонезависимый интерфейс в рамках стандарта Ethernet, который обеспечивает вертикальное взаимодействие между подуровнем физической сигнализации PLS (physical signaling) и подуровнем физического подключения к среде PMA (physical medium attachment), рис. 7.6. Этот интерфейс может быть либо интегрирован внутри сетевого устройства (тогда наружу предоставляется один из стандартных интерфейсов, например 10Base-T, или 10Base-FL), либо сам выводится наружу.

Отдельное устройство с уровнями PMA и MDI называется трансивером (transceiver) – MAU (media attachment unit, элемент подключения среды). Стандартный разъем со стороны устройства, охватывающего вышележащие уровни, т.е. PLS и выше (таким устройством может быть сетевая карта, коммутатор, концентратор) называется AUI портом, а со стороны устройства, охватывающего нижележащие уровни, т.е. PMA и MDI, – портом MAU.

Порт AUI имеет 15 контактов (гнезд), и соответственно, порт MAU имеет 15-контактный (пиновый) разъем так, что трансивер может непосредственно подключаться к AUI порту сетевого устройства. Допустимо также подключение трансивера стандартным трансиверным интерфейсным кабелем толщиной 1 см, длина которого не должна превышать 50 м. На практике получили распространение упрощенные трансиверные кабели с затуханием, в 4 раза превышающим стандартное. Длина таких кабелей не должна превышать 12,5 м. Из 15 медных жил трансиверного кабеля реально используются только 10 – жилы с порядковыми номерами 4, 7, 8, 14 и 15 не используются. Питание трансивера осуществляется по этому кабелю от порта AUI.

Ðèñ. 7.6. Структура уровней стандарта Ethernet, AUI интерфейс и трансивер Ethernet

По типу средозависимого (физического) интерфейса различают четыре разновидности трансиверов MAU: на 10Base5 – трансивер, обеспечивающий подключение толстого коаксиального кабеля, обычно такой трансивер имеет специальные "вампиры" для закрепления на кабеле; на 10Base2 (BNC) – трансивер-переходник для подключения сегмента на тонком коаксиальном кабеле; на 10Base-T (RJ-45) – трансивер для подключения витой пары; на 10Base-FL (две оптические розетки ST) – оптический трансивер для подключения волоконнооптического кабеля (ВОК). Особенностью трансиверов ВОК и на витую пару является потенциальная поддержка дуплексного режима работы.

Основными поставщиками оптических трансиверов на российском рынке являются фирмы Allied Telesyn [7], NBase [8], SVEC [9], Surecom [10], Transition Networks [11]. Фирма NBase поставляет наиболее широкий спектр оптических трансиверов, от многомодовых с расстоянием до 2 км до одномодовых с расстоянием до 110 км (таблица 7.3, рис. 7.7 а).

à) á) â)

Ðèñ. 7.7. Внешний вид: а) оптического трансивера Ethernet [8],

б) оптического конвертера 10Base-FL/10Base-T [11] в) конвертерного шасси Ethernet/Fast Ethernet [12]

Таблица 7.3. Технические характеристики волоконно-оптических интерфейсов трансиверов NX300FO производства фирмы NBase

Оптические конвертеры Ethernet UTP (10Base-T/10Base-FL, 10Base2/10Base-FL)

Оптические конвертеры обеспечивают преобразование электрического сигнала из витой пары и тонкого коаксиального кабеля в оптический сигнал, идущий по многомодовому или одномодовому волокну. Конвертер, в отличие от трансивера, должен иметь свой отдельный блок питания. Конвертеры могут выпускаются как в виде отдельной небольшой коробочки с внешним блоком питания, рис. 7.7 б, так и в виде шасси 19’’, которое может наполняться разнообразными конвертерными модулями, рис. 7.7 в. Исполнение в виде шасси особенно удобно при обустройстве центральных оптических узлов сетей с топологией звезды. Разнообразные модули позволяют подключаться как по многомодовому, так и по одномодовому волокну, как по Ethernet, так и по Fast Ethernet. Для повышения надежности, шасси некоторых производителей могут иметь резервирование по питанию.

Конвертеры 10Base-T/10Base-FL сразу преобразовывают манчестерский электрический код на входе в манчестерский оптический сигнал на выходе и наоборот, внося минимальную задержку (1-3 бита). Большинство конвертеров могут поддерживать как полудуплексную, так и дуплексную связь, причем в первом случае в устройство внедряется специальный узел обнаружения коллизий. Но фактически, даже при наличии коллизий, канал связи остается дуплексным, а работа устройства не выходит за пределы уровня MDI.

Особенностью оптических конвертеров Ethernet BNC (10Base2/10Base-FL), которые подключаются к коаксиальному сегменту обычно вместо терминатора, является ретрансляция сигнала коллизии в коаксиальный сегмент. Сигнал коллизии генерируется и передается в коаксиальный сегмент всякий раз, когда на конвертер приходят одновременно данные из коаксиального и волоконно-оптического сегментов, или приходит сигнал коллизии по коаксиаль-

ров FDDI (DAC, SAC, NAC), которые охватывают также уровень MAC (нижний подуровень канального уровня модели OSI)

Ðèñ. 7.9. Повторитель Ethernet: а) схема работы повторителя; б) структурная схема портов в ракурсе модели OSI

Порты RJ-45 òèïà MDI è MDI-X. Порт RJ-45 имеет 8 контактов. Кабель называется прямым, когда контакты 1-8 порта RJ-45 на одной стороне соединены с соответствующими контактами на другой стороне. Соединение прямым кабелем можно осуществлять только между разными типами портов. При этом кабель представлен четырьмя витыми парами, которые принято нумеровать следующим образом: пара 1 – контакты 1, 2; пара 2 – контакты 3, 6; пара 3 – контакты 4, 5; пара 4 – контакты 7, 8.

В стандарте 10Base-T для передачи используются только две витые пары кабеля: 1 и 2, остальные две не задействованы. Интерфейс MDI (или DTE) имеет устройство, которое осуществляет передачу по паре 1 и соответственно прием по паре 2. И наоборот, интерфейс MDI-X имеет устройство, которое осуществляет передачу по паре 2 и соответственно прием по паре 1. Для соединения двух однотипных портов RJ-45 прямой кабель не годится. Вместо него используется кросс-кабель, который обеспечивает соединение контактов 1-3, 2-6, 3-1, 6-2, 4-4, 5-5, 7-7, 8-8.

Большинство RJ-45 портов повторителей делаются типа MDI-X, что позволяет подклю- чать рабочие станции при помощи прямого кабеля. Для удобства обычно один порт повторителя имеет переключатель и может поддерживать режим MDI. Так, в конфигурации сети на рис. 7.10 связь между повторителями1 и 2, а также 3 и 2 можно осуществить прямым кабелем, если соответствующие порты RJ-45 повторителей 1 и 3 переключить в режим MDI, (порты повторителя 2 – стандартные MDI-X).

Jabber-функция. Каждому узлу сети Ethernet отводится определенное время, в течение которого он должен передать кадр. В нормальных условиях, когда нет коллизий, кадр максимальной длины 1518 байт передается рабочей станцией в течение 1,2 мс. Затем в течение времени межкадрового интервала линия остается свободной. При сильной загруженности сегмента (большое число станций пытаются передавать одновременно, и велико число коллизий) время, в течение которого линия может быть занята, сильно возрастает. Если такой загруженный сегмент подключен к одному из портов повторителя и инициирует длительный сигнал без замолкания (jabber signal – дословно, болтовня), то повторитель прекратит ретрансляцию данных и коллизий из этого сегмента в другие сегменты, таким образом полностью исключив перегруженный сегмент. Для этой цели концентратор поддерживает специальную jabber-функцию. Стандартом установлено не конкретное время срабатывания, а окно приема непрерывного сигнала от 20 до 150 мс, при котором концентратор должен исключать "плохой" сегмент. Jabber-функция – полезное свойство повторителя, на основе которой последний может исключать как перегруженный коллизионный сегмент, так и неисправный сегмент, или неисправную станцию, которые передают длительный сигнал, и, тем самым, предоставляет возможность работать пользователям, подключенным к другим портам [16].

Отметим, что хотя витая пара (10Base-T) и двухволоконный оптический кабель (10Base-FL) являются дуплексными средами, т.е. передача и прием сигнала происходят по независимым каналам, сам по себе повторитель Ethernet не позволяет обеспечить дуплексную передачу и

создает вокруг себя коллизионный момент. При этом сеть функционирует так, как будто реализована шинная топология. Сигнал коллизии передается концентратором во все порты, всякий раз, когда на какие-либо его два порта одновременно или почти одновременно начинают поступать данные. Из-за этого пропускная способность концентратора не может быть выше 10 Мбит/с.

Обнаружение коллизий при физической топологией типа "звезда" (стандарты 10Base-T и 10Base-FL) с использованием повторителей несколько отличается от случая, когда используется физическая топология "шина" (стандарты 10Base2 и 10Base5). Поскольку каналы связи по витой паре и по оптическому волокну дуплексные, то накладка сигналов от разных передающих устройств, свойственная коаксиальной кабельной системе и приводящая к изменению постоянной составляющей электрического потенциала в канале связи, исключена. Сигнал коллизии должен специально генерироваться устройством или устройствами, которые обнаружили коллизию. Процедура обнаружения коллизий при физической топологии "звезда" с несколькими повторителями показана на рис. 7.10.

Ðèñ. 7.10. Обнаружение коллизии в сети, когда узлы подключены по витой паре или по двухволоконному оптическому кабелю к повторителям:

а) передает узел A; б) передают узлы A è B; в) передают узлы A, B è Å

Если передает только один узел (A), то каждый повторитель ретранслирует каждый получаемый кадр во все остальные свои порты (рис. 7.10 а). Все остальные узлы коллизионного домена регистрируют передачу кадра, но только один узел, а именно тот, которому адресован кадр (собственный MAC-адрес совпадает со значением поля "адрес назначения"), принимает кадр, и далее передает его содержимое протоколу более высокого уровня. Коллизий нет.

Если два узла (например, A è B) начинают передачу одновременно или почти одновременно, то коллизию обнаруживает повторитель 1 (рис. 7.10 б), который после этого во все свои порты выдает сигнал наличия коллизии CP (collision presence). Передаваемые узлы A è B обнаруживают коллизию, поскольку принимают другие сигналы во время своих собственных