100Base Ethernet или Fast Ethernet

Основная идея Fast Ethernet (быстрого Ethernet) заключается в том, чтобы оставить без изменений все старые форматы кадров Ethernet, процедуры и лишь уменьшить битовый интервал со 100 нс до 10 нс. 100-мегабитный Ethernet (100 Base Ethernet, Fast Ethernet) использует абсолютно тот же формат кадра, метод доступа в канал CSMA/CD, топологию звезда и управление передачей (LLC – подуровень), что и стандарт IEEE 802.3 (10Base-T Ethernet). Принципиальная разница заключена на физическом уровне ЭМВОС – реализации устройств PHY. Реально физическое устройство PHY – это чип на сетевом адаптере или на отдельном трансивере.

Сердцем сети Fast Ethernet является коммутатор, содержащий высокоскоростную плату, организующую пересылку кадров между портами. Средой передачи данных являются медные или оптоволоконные кабели. Кроме того, появились средства управления трафиком – протоколы IEEE 802.1.

Существует три основных версии Fast Ethernet: 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-FX. Все версии обладают одинаковой скоростью передачи – 100 Мбит/с, но используют разную среду передачи и разные методы физического кодирования сигналов:

Спецификация IEEE 802.3u определяет следующие максимальные значения сегментов DTE-DTE:

Стандарт	Тип кабеля	Максимальная длина сегмента
100Base-TX	Category 5 UTP, 2 неэкранированные пары	100 метров
100Base-FX	многомодовое оптоволокно 62.5/125 мкм, 1 волокно	412 метров (полудуплекс) 2 км (полный дуплекс)
100Base-T4	Category 3 UTP, 4 неэкранированные пары	100 метров

Физический уровень Fast Ethernet имеет более сложную структуру, чем классический Ethernet. Эта структура представлена на рисунке ниже.

Физический уровень PHY ответственен за прием данных в параллельной форме от MAC-подуровня, последовательную трансляцию их в один поток бит (TX или FX) или три потока бит (Т4) с возможностью побитной синхронизации и передачу их через разъем на кабель. Аналогично, на приемном узле уровень PHY должен принимать сигналы по кабелю, определять моменты синхронизации бит, извлекать биты из физических сигналов, преобразовывать их в параллельную форму и передавать подуровню MAC.

Физический уровень состоит из подуровней:

• Подуровень согласования (reconciliation sublayer).

• Независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, MII).

• Устройство физического уровня (Physical layer device, PHY).

Устройство PHY обеспечивает кодирование данных, поступающих от MAC-подуровня для передачи их по кабелю определенного типа, синхронизацию передаваемых данных, а также прием и декодирование данных в узле-приемнике.

Интерфейс MII поддерживает независимый от используемой физической среды способ обмена данными между MAC-подуровнем и подуровнем PHY.

Подуровень согласования Reconciliation необходим для согласования команд между MAC-подуровнем и подуровнем независимого от среды интерфейса MII. Он определяет логические, электрические и механические характеристики для взаимодействия CSMA/CD – контроллера (канальный уровень) и различных физических сред.

Интерфейс MII

Существует два варианта реализации интерфейса MII: внутренний и внешний.

При внутреннем варианте микросхема, реализующая подуровни MAC и согласования, с помощью интерфейса MII соединяется с микросхемой трансивера внутри одного и того же конструктива, например, платы сетевого адаптера или модуля маршрутизатора (рисунок ниже). Микросхема трансивера реализует все функции устройства PHY.

Сетевой адаптер с внутренним интерфейсом MII (сетевой адаптер - NIC рабочей станции)

Внешний вариант соответствует случаю, когда трансивер вынесен в отдельное устройство и соединен кабелем MII через разъем MII с микросхемой MAC-подуровня. Разъем MII имеет 40 контактов, максимальная длина кабеля MII составляет 1 метр. Сигналы, передаваемые по интерфейсу MII, имеют амплитуду 5 В.

Использование внешнего трансивера с интерфейсом MII

Структура физического уровня Fast Ethernet на примере спецификации 100Base-FX представлена на рисунке ниже.

Физический уровень PHY FX