§4. Быстрый Ethernet

Со временем скорости 10 Мбит/с стало недостаточно, поэтому в 90-х годах были разработаны новые стандарты для сетей Ethernet. Протоколы, форматы кадров, интерфейсы и процедуры оставили без изменений, но ввели другие типы кабелей, что позволило увеличить скорость до 100 Мбит/с.

Название	Тип	Максимальная длина сегмента	Особенности
100Base-T4	Витая пара	100 м	Использование неэкранированной витой пары категории 3
100Base-TX	Витая пара	100 м	Витая пара категории 5
100Base-FX	Оптоволокно	2000 м	Большая длина сегмента

Для кабелей 100Base-TX из 4-х витых пар одна всегда направляется на концентратор, одна – от концентратора, а две оставшиеся не используются. От манчестерского кодирования пришлось отказаться, но, учитывая скорость и небольшие расстояния между станциями в нем уже нет необходимости. Система является полнодуплексной, станции могут одновременно передавать и принимать данные на скорости 100 Мбит/с. Используется специальная система кодирования 4B/5B, при которой каждые 4 бита представляются 5 битами. Существует 32 пятибитовых комбинаций, из которых 16 используют для передачи данных, а 16 – для служебных целей (например, маркировки границ кадров).

В концентраторе все приходящие кадры буферизуются на плате, обслуживающей линию. Концентратор становится дороже, но все станции могут передавать кадры одновременно.

100Base-FX использует два оптических многомодовых кабеля по одному для передачи в каждом из направлений.

§5. Гигабитная сеть Ethernet

Не успел повсеместно распространиться быстрый Ethernet, как началась работа над следующим стандартом, который был принят в 1998 году и известен под названием гигабитная сеть Ethernet.

Главные предпосылки создания те же – повысить скорость в 10 раз, сохранив обратную совместимость с предыдущими стандартами.

Гигабитные сети Ethernet строятся по принципу «точка-точка», в них не применяется моноканал, как в классическом Ethernet. Простейшая сеть состоит из двух компьютеров, напрямую соединенных друг с другом. В более общем случае имеется коммутатор или концентратор, к которому подсоединяются компьютеры или другие коммутаторы или концентраторы.

Гигабитный Ethernet может работать в двух режимах: полнодуплексном и полудуплексном. «Нормальным» считается полнодуплексный, при этом трафик может идти одновременно в обоих направлениях. Этот режим используется, когда имеется центральный коммутатор, соединенный с периферийными компьютерами или коммутаторами. В такой конфигурации сигналы всех линий буферизируются, поэтому абоненты могут отправлять данные, когда им вздумается. Отправитель не прослушивает канал, потому что ему не с кем конкурировать. На линии между компьютером и коммутатором компьютер — это единственный потенциальный отправитель; передача произойдет успешно даже в том случае, если одновременно с ней ведется передача со стороны коммутатора (линия полнодуплексная). Так как конкуренции в данном случае нет, протокол CSMA/CD не применяется, поэтому максимальная длина кабеля определяется исключительно мощностью сигнала, а вопросы времени распространения шумового всплеска здесь не встают. Коммутаторы могут работать на смешанных скоростях; более того, они автоматически выбирают оптимальную скорость.

Полудуплексный режим работы используется тогда, когда компьютеры соединены не с коммутатором, а с концентратором. Хаб не буферизирует входящие кадры. Вместо этого он электрически соединяет все линии, симулируя моноканал обычного Ethernet. В этом режиме возможны коллизии, поэтому применяется CSMA/CD. Для повышения эффективности используется пакетная передача данных. Это означает, что отправитель передает не отдельные кадры, а их группы, образующие пакет.

Название	Тип	Максимальная длина сегмента	Особенности
1000Base-SX	Оптоволокно	550 м	Многомодовое волокно (50, 62,5 мкм)
1000Base-LX	Оптоволокно	5000 м	Одномодовое (10 мкм) или многомодовое (50, 62,5 мкм) волокно
1000Base-CX	2 экранированные витые пары	25 м	Экранированная витая пара
1000Base-T	4 неэкранированные витые пары	100 м	Витая пара категории 5

Стандарт использует новые правила кодирования. Применяется схема 8B/10B, т.е. каждые 8 битов кодируются 10 битами. Т.к. комбинаций при таком кодировании более чем достаточно, то при выборе кодовых слов принимаются в расчет правила:

- ни одно кодовое слово не должно иметь более четырех одинаковых битов подряд;

- ни в одном кодовом слове не должно быть более 6 нулей или 6 единиц.

Эти правила, во-первых, обеспечивают достаточное количество изменений состояния в потоке данных, необходимое для того, чтобы приемник оставался синхронизированным с передатчиком.

Во-вторых, количество нулей и единиц примерно выровняется. Сбалансированное количество 0 и 1 позволяет держать постоянную составляющую сигнала на минимально низком уровне.

1 Гбит/с – это много. Так за 1 мс может быть передано в среднем 1953 кадра. Для предотвращения «заваливания» подключенных по предыдущим стандартам или при сбоях введен контроль потока. Для контроля потока одна из сторон посылает служебный кадр, сообщающий, что второй стороне необходимо приостановиться на некоторое время. Продолжительность паузы указывается в единицах времени передачи минимального кадра. Для гигабитного Ethernet это 512 нс, а паузы могут длиться до 33,6 мс.