24. Технология Fast Ethernet. Физические уровни стандарта Fast Ethernet.

Fast Ethernet — набор стандартов передачи данных в компьютерных сетях, со скоростью до 100 Мбит/с, в отличие от обычного Ethernet (10 Мбит/с).

Все отличия технологий Fast Ethernet и Ethernet сосредоточены на физическом уровне. Уровни МАС и LLC в Fast Ethernet остались абсолютно теми же, и их описывают прежние главы стандартов 802.3 и 802.2.

Организация физического уровня технологии Fast Ethernet является более сложной, поскольку в ней используются три варианта кабельных систем:

• волоконно-оптический многомодовый кабель (два волокна);

• витая пара категории 5 (две пары);

• витая пара категории 3 (четыре пары).

Официальный стандарт 802.3 установил три различных спецификации для физического уровня:

• 100Base-ТХ для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 5 или экранированной витой паре STP типа 1;

• 100Base-Т4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3,4 или 5;

• 100Base-FХ для многомодового оптоволоконного кабеля с двумя волокнами.

Форматы кадров технологии Fast Ethernet не отличаются от форматов кадров технологий 10-мегабитной сети Ethernet.

Признаком свободного состояния среды является передача по ней символа простоя источника — соответствующего избыточного кода (а не отсутствие сигналов, как в стандартах Ethernet со скоростью 10 Мбит/с).

Физический уровень включает три элемента.

• Независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, MII). Интерфейс MII поддерживает независимый от физической среды способ обмена данными между подуровнем МАС и подуровнем PHY.

• Уровень согласования нужен для того, чтобы уровень МАС, рассчитанный на интерфейс AUI (который используется в Ethernet), мог работать с физическим уровнем через интерфейс MII.

• Устройство физического уровня (Physical Layer Device, PHY) состоит, в свою очередь, из нескольких подуровней:

• подуровня логического кодирования данных, преобразующего поступающие от уровня МАС байты в символы кода 4В/5В или 8В/6Т (первый метод кодирования используются в версиях 100Base-ТХ и 100Base-FХ, второй — в версии 100Base-Т4);

• подуровней физического присоединения и зависимости от физической среды (PMD), которые обеспечивают формирование сигналов в соответствии с методом физического кодирования;

• подуровня автопереговоров, который позволяет двум взаимодействующим портам автоматически выбрать наиболее эффективный режим работы, например полудуплексный или дуплексный (этот подуровень является факультативным).

25. Технология Gigabit Ethernet. Физические уровни стандарта Gigabit Ethernet.

Основная идея разработчиков стандарта Gigabit Ethernet состояла в максимальном сохранении идей классической технологии Ethernet при достижении битовой скорости в 1000 Мбит/с.

В результате были приняты следующие решения:

• Сохраняются все форматы кадров Ethernet;

• По-прежнему существует полудуплексная версия протокола, поддерживающая метод доступа CSMA/CD;

• Поддерживаются все основные виды кабелей, используемых в Ethernet и Fast Ethernet.

Несмотря на то что в Gigabit Ethernet не стали встраиваться новые функции, поддержание даже достаточно простых функций классического стандарта Ethernet на скорости 1 Гбит/с потребовало решения нескольких сложных задач.

• Обеспечение приемлемого диаметра сети для работы на разделяемой среде.

• Достижение битовой скорости 1000 Мбит/с на оптическом кабеле.

• Использование в качестве кабеля витой пары.

Такая задача на первый взгляд кажется неразрешимой — ведь даже для 100-мегабитных протоколов требуются достаточно сложные методы кодирования, чтобы уложить спектр сигнала в полосу пропускания кабеля. Для решения этих задач разработчикам технологии Gigabit Ethernet пришлось внести изменения не только в физический уровень, как это было в случае Fast Ethernet, но и в уровень МАС.

В стандарте 802.3z определены следующие типы физической среды:

• одномодовый ввлоконно-оптический кабель;

• многомодовый волоконно-оптический кабель 62,5/125;

• многомодовый волоконно-оптический кабель 50/125;

• экранированный сбалансированный медный кабель.

Как известно, каждая пара кабеля категории 5 имеет гарантированную полосу пропускания до 100 МГц. Для передачи по такому кабелю данных со скоростью 1000 Мбит/с было решено организовать параллельную передачу одновременно по всем четырем парам кабеля.

Это сразу снизило скорость передачи данных по каждой паре до 250 Мбит/с. Однако и для такой скорости необходимо было придумать метод кодирования со спектром, не превышающим 100 МГц.

Для кодирования данных был применен код РАМ5 с пятью уровнями потенциала: -2, -1, 0, +1, +2. В этом случае за один такт по одной паре передается 2,322 бит информации (log25). Следовательно, для достижения скорости 250 Мбит/с тактовую частоту 250 МГц можно уменьшить в 2,322 раза. Разработчики стандарта решили использовать несколько более высокую частоту, а именно 125 МГц. При этой тактовой частоте код РАМ5 имеет спектр уже, чем 100 МГц, то есть он может быть передан без искажений по кабелю категории 5. В каждом такте передается не 2,322х4 - 9,288 бит информации, а 8. Это и дает искомую суммарную скорость 1000 Мбит/с. Передача ровно восьми битов в каждом такте достигается за счет того, что при кодировании информации используются не все 625 (54 - 625) комбинаций кода РАМ5, а только 256 (28 - 256). Оставшиеся комбинации приемник задействует для контроля принимаемой информации и выделения правильных комбинаций на фоне шума.