К fast ethernet можно подключить сколько станций
Кто-то считает, что это очевидные вещи, другие скажут, что скучная и ненужная теория. Тем не менее на собеседованиях периодически можно услышать подобные вопросы. Мое мнение: о том, о чем ниже пойдет речь, нужно знать всем, кому приходится брать в руки «обжимку» 8P8C (этот разъем обычно ошибочно называют RJ-45). На академическую глубину не претендую, воздержусь от формул и таблиц, так же за бортом оставим линейное кодирование. Речь пойдет в основном о медных проводах, не об оптике, т.к. они шире распространены в быту.
Технология Ethernet описывает сразу два нижних уровня модели OSI. Физический и канальный. Дальше будем говорить только о физическом, т.е. о том, как передаются биты между двумя соседними устройствами.
Технология Ethernet — часть богатого наследия исследовательского центра Xerox PARC. Ранние версии Ethernet использовали в качестве среды передачи коаксиальный кабель, но со временем он был полностью вытеснен оптоволокном и витой парой. Однако важно понимать, что применение коаксиального кабеля во многом определило принципы работы Ethernet. Дело в том, что коаксиальный кабель — разделяемая среда передачи. Важная особенность разделяемой среды: ее могут использовать одновременно несколько интерфейсов, но передавать в каждый момент времени должен только один. С помощью коаксиального кабеля можно соединит не только 2 компьютера между собой, но и более двух, без применения активного оборудования. Такая топология называется шина. Однако если хотябы два узла на одной шине начнут одновременно передавать информацию, то их сигналы наложатся друг на друга и приемники других узлов ничего не разберут. Такая ситуация называется коллизией, а часть сети, узлы в которой конкурируют за общую среду передачи — доменом коллизий. Для того чтоб распознать коллизию, передающий узел постоянно наблюдает за сигналов в среде и если собственный передаваемый сигнал отличается от наблюдаемого — фиксируется коллизия. В этом случае все узлы перестают передавать и возобновляют передачу через случайный промежуток времени.
Диаметр коллизионного домена и минимальный размер кадра
Таким образом чем больше потенциальный размер сегмента сети, тем больше накладных расходов уходит на передачу порций данных маленького размера. Разработчикам технологии Ethernet пришлось искать золотую середину между двумя этими параметрами, и минимальным размером кадра была установлена величина 64 байта.
Витая пара и дуплексный режим рабты
Витая пара в качестве среды передачи отличается от коаксиального кабеля тем, что может соединять только два узла и использует разделенные среды для передачи информации в разных направлениях. Одна пара используется для передачи (1,2 контакты, как правило оранжевый и бело-оранжевый провода) и одна пара для приема (3,6 контакты, как правило зеленый и бело-зеленый провода). На активном сетевом оборудовании наоборот. Не трудно заметить, что пропущена центральная пара контактов: 4, 5. Эту пару специально оставили свободной, если в ту же розетку вставить RJ11, то он займет как раз свободные контакты. Таким образом можно использовать один кабели и одну розетку, для LAN и, например, телефона. Пары в кабеле выбраны таким образом, чтоб свести к минимуму взаимное влияние сигналов друг на друга и улучшить качество связи. Провода одной пару свиты между собой для того, чтоб влияние внешних помех на оба провода в паре было примерно одинаковым.
Для соединения двух однотипных устройств, к примеру двух компьютеров, используется так называемый кроссовер-кабель(crossover), в котором одна пара соединяет контакты 1,2 одной стороны и 3,6 другой, а вторая наоборот: 3,6 контакты одной стороны и 1,2 другой. Это нужно для того, чтоб соединить приемник с передатчиком, если использовать прямой кабель, то получится приемник-приемник, передатчик-передатчик. Хотя сейчас это имеет значение только если работать с каким-то архаичным оборудованием, т.к. почти всё современное оборудование поддерживает Auto-MDIX — технология позволяющая интерфейсу автоматически определять на какой паре прием, а на какой передача.
Возникает вопрос: откуда берется ограничение на длину сегмента у Ethernet по витой паре, если нет разделяемой среды? Всё дело в том, первые сети построенные на витой паре использовали концентраторы. Концентратор (иначе говоря многовходовый повторитель) — устройство имеющее несколько портов Ethernet и транслирующее полученный пакет во все порты кроме того, с которого этот пакет пришел. Таким образом если концентратор начинал принимать сигналы сразу с двух портов, то он не знал, что транслировать в остальные порты, это была коллизия. То же касалось и первых Ethernet-сетей использующих оптику (10Base-FL).
Зачем же тогда использовать 4х-парный кабель, если из 4х пар используются только две? Резонный вопрос, и вот несколько причин для того, чтобы делать это:
- 4х-парный кабель механически более надежен чем 2х-парный.
- 4х-парный кабель не придется менять при переходе на Gigabit Ethernet или 100BaseT4, использующие уже все 4 пары
- Если перебита одна пара, можно вместо нее использовать свободную и не перекладывать кабель
- Возможность использовать технологию Power over ethernet
Не смотря на это на практике часто используют 2х-парный кабель, подключают сразу 2 компьютера по одному 4х-парному, либо используют свободные пары для подключения телефона.
Gigabit Ethernet
В отличии от своих предшественников Gigabit Ethernet всегда использует для передачи одновременно все 4 пары. Причем сразу в двух направлениях. Кроме того информация кодируется не двумя уровнями как обычно (0 и 1), а четырьмя (00,01,10,11). Т.е. уровень напряжения в каждый конкретный момент кодирует не один, а сразу два бита. Это сделано для того, чтоб снизить частоту модуляции с 250 МГц до 125 МГц. Кроме того добавлен пятый уровень, для создания избыточности кода. Он делает возможной коррекцию ошибок на приеме. Такой вид кодирования называется пятиуровневым импульсно-амплитудным кодированием (PAM-5). Кроме того, для того, чтоб использовать все пары одновременно для приема и передачи сетевой адаптер вычитает из общего сигнала собственный переданный сигнал, чтоб получить сигнал переданный другой стороной. Таким образом реализуется полнодуплексный режим по одному каналу.
Дальше — больше
10 Gigabit Ethernet уже во всю используется провайдерами, но в SOHO сегменте не применяется, т.к. судя по всему там вполне хватает Gigabit Ethernet. 10GBE качестве среды распространения использует одно- и многомодовое волокно, с или без уплотнением по длине волны, медные кабели с разъемом InfiniBand а так же витую пару в стандарте 10GBASE-T или IEEE 802.3an-2006.
40-гигабитный Ethernet (или 40GbE) и 100-гигабитный Ethernet (или 100GbE). Разработка этих стандартов была закончена в июле 2010 года. В настоящий момент ведущие производители сетевого оборудования, такие как Cisco, Juniper Networks и Huawei уже заняты разработкой и выпуском первых маршрутизаторов поддерживающих эти технологии.
В заключении стоит упомянуть о перспективной технологии Terabit Ethernet. Боб Меткалф, создатель предположил, что технология будет разработана к 2015 году, и так же сказал:
Чтобы реализовать Ethernet 1 ТБит/с, необходимо преодолеть множество ограничений, включая 1550-нанометровые лазеры и модуляцию с частотой 15 ГГц. Для будущей сети нужны новые схемы модуляции, а также новое оптоволокно, новые лазеры, в общем, все новое
UPD: Спасибо хабраюзеру Nickel3000, что подсказал, про то что разъем, который я всю жизнь называл RJ45 на самом деле 8P8C.
UPD2:: Спасибо пользователю Wott, что объяснил, почему используются контакты 1,2,3 и 6.
Выбор структуры сети — занятие нетривиальное. Помочь в этом могут спецификации на кабельные системы:
Выбор определяется многими факторами, не последний из которых — имеющаяся сумма на создание (модернизацию) сети. Так, самый дешевый вариант — это 10Base-2.
10Base-5
Тип кабеля | толстый коаксиальный кабель RG-8/11 (желтый Ethernet) |
---|---|
Топология | шина |
Максимальное число узлов на сегменте | 100 |
Максимальное количество сегментов | 5 (4 репитера, 2 сегмента без узлов) |
Максимальная длина сегмента | 500 м |
Максимальная длина сети | 2500 м (300 узлов) |
Минимальное расстояние между точками включения | 2,5 м |
Максимальная длина трансиверного кабеля | 50 м |
10Base-2
Тип кабеля | тонкий коаксиальный кабель RG-58/U или RG-58A/U |
---|---|
Топология | шина |
Максимальное число узлов на сегменте | 30 |
Максимальное количество сегментов | 5 (4 репитера, 2 сегмента без узлов) |
Максимальная длина сегмента | 185 м |
Максимальная длина сети | 925 м |
Минимальное расстояние между точками включения | 0,5 м |
Способ подсоединения узла | BNC T-коннектор |
10Base-T
Тип кабеля | UTP3, UTP4, UTP5 |
---|---|
Топология | звезда |
Максимальное число узлов на сегменте | 1024 |
Максимальное количество сегментов | 5 (последовательно) |
Максимальная длина сегмента | 100 м |
Максимальная длина сети | 500 м |
Способ подсоединения узла | RJ-45 |
Количество используемых пар кабеля | 2 |
10Base-F
Тип кабеля | одномодовый и многомодовый оптический кабель |
---|---|
Топология | звезда |
Максимальное число узлов на сегменте | 1024 |
Максимальная длина сегмента | для одномодового — 5 км |
для многомодовго — 1 км | |
Способ подсоединения узла | ST-коннектор |
Количество используемых пар кабеля | 1 |
100Base-TX
Тип кабеля | UTP5, STP тип 1 |
---|---|
Топология | звезда |
Максимальное число узлов на сегменте | 1024 |
Максимальное количество сегментов | 3 (последовательно) |
Максимальная длина кабеля между концентраторами | 5 м |
Максимальная длина сегмента | 100 м |
Максимальная длина сети | 205 м |
Способ подсоединения узла | RJ-45 |
Количество используемых пар кабеля | 2 |
100Base-FX
Тип кабеля | одномодовый оптический кабель |
---|---|
Топология | звезда |
Максимальное число узлов на сегменте | 1024 |
Максимальная длина сегмента: коммутатор—коммутатор, full duplex коммутатор—коммутатор, half duplex коммутатор—узел, full duplex коммутатор—узел, half duplex | 2 км 412 м 2 км 412 м |
100Base-T4
Тип кабеля | UTP3, UTP4, UTP5 |
---|---|
Топология | звезда |
Максимальное число узлов на сегменте | 1024 |
Максимальное количество сегментов | 3 (последовательно) |
Максимальная длина кабеля между концентраторами | 5 м |
Максимальная длина сегмента | 100 м |
Максимальная длина сети | 205 м |
Способ подсоединения узла | RJ-45 |
Количество используемых пар кабеля | 4 (3 — обмен данными, 1 — определение коллизий) |
1000Base-X
Комитет IEEE 802.3z Gigabit Task Force разрабатывает 4 стандарта на передачу информации со скоростью 1000 Мбит/с.
1000Base-LX
Использует трансиверы на длинноволновом лазере | |
Тип кабеля | одномодовый и многомодовый оптический кабель |
---|---|
Топология | звезда |
Максимальное число узлов на сегменте | 2 |
Максимальная длина сегмента | для одномодового — 3 км |
для многомодовго — 550 м |
1000Base-SX
Использует трансиверы на коротковолновом лазере и многомодовый оптический кабель. | |
Тип кабеля | многомодовый оптический кабель |
---|---|
Топология | звезда |
Максимальное число узлов на сегменте | 2 |
Максимальная длина сегмента | |
для многомодового диаметром 62,5 мкм | 300 м |
для многомодового диаметром 50,0 мкм | 550 м |
1000Base-CX
Использует экранированную витую пару | |
Тип кабеля | STP |
---|---|
Топология | звезда |
Максимальное число узлов на сегменте | 2 |
Максимальная длина сегмента | 25 м |
1000Base-T
Использует неэкранированную витую пару | |
Тип кабеля | UTP5 |
---|---|
Топология | звезда |
Максимальное число узлов на сегменте | 2 |
Максимальная длина сегмента | 100 м |
100VG-AnyLAN
Тип кабеля | UTP3, UTP4, UTP5 |
---|---|
Топология | звезда |
Максимальное число узлов на сегменте | 1024 |
Максимальное количество сегментов | 4 (последовательно) |
Максимальная длина кабеля между концентраторами | 5 м |
Максимальная длина сегмента (только для оборудования HP) | 225 м |
Максимальная длина сети | 1100 м |
Способ подсоединения узла | RJ-45 |
Количество используемых пар кабеля | 4 |
Тип кабеля | оптоволокно |
---|---|
Топология | кольцо |
Максимальное число узлов на сегменте | 500 |
Максимальное количество сегментов | 4 |
Максимальная длина кабеля между узлами | 2 км |
Максимальная длина сети | 100 км |
Способ подсоединения узла | MIC-коннектор |
Количество используемых пар кабеля | DAS — 2 |
SAS — 1 |
Практически то же, что и FDDI, но на витой паре.
Token-Ring
Тип кабеля | UTP, STP |
---|---|
Топология | звезда |
Максимальное число узлов/MSAU * на сегменте | UTP — 72/9 |
STP — 260/33 | |
Максимальная длина сегмента (без репитера) | |
UTP | 150 м (для скорости 4 Mbps), 60 м (для скорости 16 Mbps) |
STP | 300 м (для скорости 4 Mbps), 100 м (для скорости 16 Mbps) |
Максимальная длина сегмента между репитерами | |
UTP | 365 м |
STP | 725 м |
Способ подсоединения узла | RJ-45 |
Количество используемых пар кабеля | 2 |
Использованы материалы из Novell Ethernet Installation Supplement и с сервера Технического Управления фирмы АйТи
Наличие многих общих черт у технологий Fast Ethernet и Ethernet дает простую общую рекомендацию - Fast Ethernet следует применять в тех организациях и в тех частях сетей, где до этого широко применялся 10-Мегабитный Ethernet, но сегодняшние условия или же ближайшие перспективы требуют в этих частях сетей более высокой пропускной способности. При этом сохраняется весь опыт обслуживающего персонала, привыкшего к особенностям и типичным неисправностям сетей Ethernet. Кроме того, можно по-преж-
нему использовать средства анализа протоколов, работающие с агентами MIB-II, RMON MIB и привычными форматами кадров.
Организаций, широко применяющих Ethernet весьма много, так как Ethernet был и остается наиболее эффективной технологией по отношению цена/производительность среди низкоскоростных (4 - 20 Мб/с) технологий. Это свойство относится теперь и к Fast Ethernet, но применительно к технологиям со скоростью 100 Мб/c. Однако, Fast Ethernet кроме положительных свойств, унаследовал и недостатки технологии Ethernet - большие задержки доступа к среде при коэффициенте использования среды выше 30-40%, являющиеся следствием применения алгоритма доступа CSMA/CD, небольшие расстояния между узлами даже при использования оптоволокна - следствие метода обнаружения коллизий, отсутствие определения резервных связей в стандарте и отсутствие поддержки приоритетного трафика приложений реального времени.
Fast Ethernet в сетях рабочих групп
К моменту появления стандарта Fast Ethernet в построении локальных сетей масштаба здания или кампуса сложился следующий подход - магистраль крупной сети строилась на технологии FDDI - высокоскоростной и отказоустойчивой, но весьма дорогой, а сети рабочих групп и отделов использовали Ethernet или Token Ring.
Поэтому основная область использования Fast Ethernet сегодня - это настольные применения, сети рабочих групп и отделов. При этом целесообразно совершать переход к Fast Ethernet постепенно, оставляя Ethernet там, где он хорошо справляется со своей работой. Одним из очевидных случаев, когда Ethernet не следует заменять Fast Ethernet'ом, является подключение к сети старых персональных компьютеров с шиной ISA - их пропускная способность канала "сеть - диск" не позволит пользователю ощутить выгоды от повышения в 10 раз скорости сетевой технологии. Для устранения узких мест для сетей, состоящих из таких компьютеров, больше подходит использование коммутаторов с портами 10 Мб/с, так как в этом случае узлам гарантированно предоставляется по 10 Мб/с - как раз столько, сколько им нужно при их архитектуре и параметрах производительности.
Новые клиентские компьютеры с процессором Pentium Pro и шиной PCI - очевидные претенденты на использование скорости 100 Мб/c. Поэтому даже при весьма неопределенных требованиях их пользователей к пропускной способности сети имеет смысл покупать для них сетевые адаптеры Fast Ethernet, которые могут работать на скорости 10 Мб/c, пока у организации не появятся концентраторы или коммутаторы с портами Fast Ethernet. Переход к скорости 100Мб/c будет для пользователей практически безболезненным, так как большинство сетевых адаптеров не нужно конфигурировать для перехода на Fast Ethernet (это не относится к полнодуплексному варианту Fast Ethernet, так как из-за отсутствия стандарта ручное конфигурирование может понадобиться).
Fast Ethernet в магистралях зданий и кампусов
Создание достаточно крупных сетей, к которым относятся сети зданий и кампусов с количеством узлов в несколько сотен, также возможно с использованием технологии Fast Ethernet. Эта технология может использоваться в таких сетях как в "чистом" виде, так и в сочетании с другими технологиями, например, FDDI или ATM.
Сети зданий и даже крупных этажей сейчас практически не строятся без использования коммутаторов, поэтому ограничения на максимальный диаметр сети в 250 - 272 метра легко преодолеваются, так как соединение коммутатор-коммутатор позволяет удлинить сеть до 412 м при полудуплексной связи на оптоволокне, и до 2 км при аналогичной полнодуплексной связи.
Отсутствие стандартного резервирования на уровне повторителей также мало ограничивает построение отказоустойчивых магистралей - поддержка коммутаторами алгоритма Spanning Tree позволяет автоматически переходить с основной отказавшей связи на резервную.
- широкое использование в настоящее время для этой цели технологии FDDI;
- отсутствие у технологии Fast Ethernet средств поддержки трафика реального времени.
Поэтому, если эти факторы не относятся к вашей сети, то ее магистраль можно успешно строить и на коммутируемой технологии Fast Ethernet, особенно на ее полнодуплексной версии. Правда в последнем случае настоятельно рекомендуется использовать коммутаторы одного и того же производителя.
В качестве примера построения сети с использованием технологии Fast Ethernet рассмотрим эскизный проект сети, предложенный компанией 3Com для сети масштаба кампуса в рамках мероприятия, названного High-Speed LAN Shoot-Out III. Это мероприятие состоялось в декабре 1995 года в Нью-Йорке, когда семи ведущим производителям коммуникационного оборудования для локальных сетей было предложено защитить одну из новых высокоскоростных технологий, разработав предложения по использованию своих продуктов для этой технологии в одной из реальных сетей.
В состязании технологий приняли участие: 3Com, Madge Networks, Hewlett-Packard, FORE Systems, UB Networks, IBM и Bay Networks. Спонсорами мероприятия выступили журнал Data Communications и компания Rising Star Research. Организаторы соревнования разработали 4 предложения (RFP) по модернизации 4-х крупных корпоративных сетей, причем эти описания описывали реальные сети, работающие в различных организациях.
Компания 3Com разработала предложения по использованию технологии Fast Ethernet (естественно, реализованной в продуктах 3Com) для сети университетского кампуса. Сеть состояла из большого количества пользователей Ethernet, разделенных на большое количество рабочих групп. Кампус включал 180 зданий, из которых около 100 были многоэтажными. В качестве магистрали сети использовалось кольцо FDDI, объединяющее около 300 рабочих групп и около 23000 компьютеров. Загрузка сетей рабочих групп составляла в среднем 30% с пиками в 65%. Загрузка магистрали составляла 45%, что достаточно много для FDDI, хотя FDDI может использоваться почти до 100% своей номинальной пропускной способности. Наибольшую нагрузку на сеть создавали передачи файлов. В будущем предполагается усложнение нагрузки за счет добавления приложений реального времени, использующих передачу голоса и видеоинформации.
Особенностью этой сети, усложняющей переход на высокоскоростные технологии, является кабельная система - основная ее часть внутри зданий выполнена на кабеле категории 3.
Решение, предложенное 3Com, представлено на рисунке 1.17. Основная особенность предложенного проекта - выбор тех частей сети, где 3Com предполагает перейти на технологию Fast Ethernet. Это в первую очередь сети зданий, а имеющуюся магистраль FDDI предполагается сохранить на начальных этапах модернизации сети, запланировав переход на ATM только в будущем.
На уровне сетей рабочих групп 3Сом предлагает использовать три варианта модернизации.
Для рабочих групп, состоящих из мощных рабочих станций и сервера предлагается полный переход на разделяемую среду с технологией 100Base-T4 за счет использования адаптеров Fast EtherLink 10/100Base-T4 и стека повторителей SuperStack II Hub 100 T4. К стеку подключаются как рабочие станции, так и сервер рабочей группы.
Для рабочих групп, работающих на старой технике - PC с процессорами 386 и 486 и такими же серверами, предлагается использовать коммутируемый 10-Мегабитный Ethernet. Для таких групп устанавливается стек коммутаторов LinkSwitch 1000, к 10-Мегабитным портам которого подключаются как рабочие станции, так и серверы данной рабочей группы. Если в этой рабочей группе используется мощный сервер, то он подключается к 100-Мегабитному порту коммутатора.
Рис. 1.17. Варианты модернизации сети университета на основе технологии Fast Ethernet
Третий вариант организации рабочей группы является комбинацией двух первых. В нем используется как коммутируемая 10-Мегабитная среда для рабочих станций, так и разделяемая 100-Мегабитная среда для производительных серверов этой рабочей группы.
Для создания магистрали здания 3Сом предлагает также использовать технологию Fast Ethernet, но в коммутируемом варианте. Все связи от рабочих групп подключаются к 100 Мегабитным портам коммутатора. В качестве такого коммутатора предлагается три типа коммутаторов. Наиболее дешевое решение - коммутатор LinkSwitch 3000, который поддерживает только технологию Fast Ethernet, и имеет 8 портов TX или FX. Коммутатор CELLplex 7600 поддерживает до 64 портов Fast Ethernet и может иметь интерфейсный модуль с 4 портами АТМ. Эти порты могут понадобиться в будущем, при переходе от магистрали FDDI к магистрали АТМ как в здании, так и в сети кампуса. И, наконец, многофункциональный коммутатор LANplex 6000, поддерживающий коммутацию Fast Ethernet и FDDI, может быть полезен в том случае, когда магистраль кампуса останется на технологии FDDI.
В случае использования коммутаторов LinkSwitch 3000 или CELLplex 7600 в центре сети здания, 3Сом предлагает использовать для подключения к магистрали FDDI кампуса маршрутизаторы NETBuilder II с интерфейсами Fast Ethernet и FDDI. Маршрутизатор осуществляет переход с Fast Ethernet на FDDI, а также изолирует сеть здания от проблем сетей других зданий типа широковещательного шторма.
В случае использования в центре сети здания коммутатора LANplex 6000 можно отказаться от использования маршрутизатора, так как LANplex 6000 может обеспечить трансляцию Fast Ethernet-FDDI, а также за счет поддержки функций маршрутизатора изолировать сети зданий друг от друга.
К центру коммутации данных здания подключены по интерфейсу Fast Ethernet и мощные серверы, общие для всех рабочих групп здания.
Развитие магистрали кампуса 3Сом видит следующим образом. Первый этап развития - переход от разделяемого всеми зданиями кольца FDDI к нескольким кольцам, коммутируемым с помощью LANplex 6000. Второй этап - переход на АТМ магистраль, построенную на коммутаторах CELLplex 7000 фирмы 3Сом. Это решение должно обеспечить лучшую масштабируемость магистрали - за счет возможности использования связей между магистральными коммутаторами на скорости 622 Мб/c. Кроме того, технология АТМ стандартным способом обеспечивает сочетание компьютерного и мультимедийного трафика на одной магистрали.
Fast Ethernet , также известный как 100Base-T - стандарт быстрой локальной сети со скоростью передачи данных - 100 Мбит / с, являющийся модификацией и совместимый с ним, более ранний стандарт Ethernet со скоростью 10 Мбит / с.
Это технология, очень похожая на 10Base-T . Сохранен метод управления доступом к общей среде передачи - CSMA / CD , что привело к довольно значительному ограничению допустимого диапазона сети с десятикратным увеличением скорости передачи. Однако формат кадров, их длина и способ устранения ошибок не изменились. Однако методы кодирования сигналов и типы носителей, с которыми работает стандарт, изменились. Когда дело доходит до кодирования, есть два этапа. На первом этапе сигнал кодируется с использованием метода 4B5B , то есть четырехбитовые строки из подуровня MAC кодируются на пяти битах. На втором этапе используется строковое кодирование в зависимости от используемого носителя, например NRZI (без возврата к нулю, инвертированный ) для 100Base-FX или MLT-3 ( многоуровневый-трехуровневый ) для 100Base-TX . Однако предполагалось, что эти изменения не могут исключить возможность сотрудничества обоих типов Ethernet. Устройства Fastethernet должны иметь возможность взаимодействовать с другими устройствами Ethernet, а дополнительные функции, по сравнению с 10Base-T , реализованные концентратором fastethernet, включают процесс автосогласования , позволяющий автоматически распознавать режим работы устройств, подключенных к концентратору. Стандарт 100Base-T предусматривает возможность взаимодействия с тремя типами среды передачи.
Отдельные версии Fast Ethernet:
- Система 100Base-TX с использованием двух пар витых пар категории 5 (самая популярная),
- Система 100Base-T4 с использованием четырех пар витых пар категории 3, 4 или 5,
- система 100BASE-T2 была предназначена для использования двух пар витых пар категории 3,
- Система 100Base-FX на основе оптических волокон .
С развитием систем связи в реальном времени и появлением множества более совершенных мультимедийных приложений выросла потребность в увеличении пропускной способности в локальных сетях . Стандарты 10-мегабитного Ethernet ( IEEE 802.3 ) или кольцевого токена ( IEEE 802.5 ), используемые до сих пор, становились недостаточными. Важным критерием, которым руководствовался дизайн локальных сетевых систем того времени, была возможность работы большого количества конечных станций, соединенных витой парой (сети 10Base-T и частично Token Ring). В последующие годы хорошо освоенная технология Ethernet означала, что стандарт был изменен таким образом, что стало возможным использовать его для передачи информации на более высоких скоростях. Таким образом, были разработаны два стандарта, которые частично или полностью используют идеи Ethernet:
- Стандарт IEEE 802.12 (коммерческая версия - 100VG-AnyLAN), который может быть реализован в существующей инфраструктуре (кабельной разводке) локальной сети ,
- Стандарт Fast Ethernet на основе решения IEEE 802.3 .
Fast Ethernet был разработан Grand Junction Networks, 3Com , SynOptics, Intel и рядом других поставщиков компьютерного оборудования и программного обеспечения. Стандарт разрабатывается Комитетом 3 IEEE 802 , который в середине июня 1995 г. одобрил расширение стандарта 802.3 под названием IEEE 802.3u. Он также был принят ISO как ISO 8802.3u.
- преамбула - состоит из семи байтов. Каждый из них имеет следующий битовый шаблон: 10101010. Преамбула информирует принимающую станцию о том, что кадр передается по среде, позволяет приемнику синхронизироваться,
- Поле Start of Frame Delimiter (SFD ) - однобайтовое поле, информирующее о начале кадра. Битовая комбинация - 101010 11 ,
- адрес назначения (называемый. адрес назначения ) - поле адреса назначения состоит из 48 бит. Указывает, какая станция должна принять кадр,
- исходный адрес (называемый. Source Address ) - идентифицирует отправляющую станцию,
- Длина / Тип поля (англ. Тип / Значение длины ) - определяет длину поля данных или тип кадра,
- Поле данных подуровня LLC и поле расширения - последовательность из n байтов любого значения.
Минимальная длина кадра (без преамбулы и начального поля) должна составлять 64 байта, поэтому, если поле данных меньше 46 байтов, оно расширяется путем добавления соответствующего количества октетов в поле расширения,
- Последовательность проверки кадра (FCS ) - эта последовательность содержит 4-байтовое значение CRC ( Cyclic Redundancy Check ). Безопасность не включает преамбулу и последовательность запуска.
Когда кадры передаются между коммутаторами в сети, в которой были созданы виртуальные сети , между полем «Адрес источника» и полем «Длина / Тип» добавляется четырехбайтовый тег VLAN.
В случае топологии сети Ethernet необходимо различать концепции физической топологии (т. Е. Пространственного расположения кабелей) и логической топологии . Fast Ethernet использует физическую топологию звездообразного типа со всеми проводами, идущими, как показано на рисунке 1, к центральному концентратору , как и в сетях 10Base-T . Логической осью каждой сети Ethernet является шина, к которой подключены все станции. В случае классической сети Ethernet логическая шина соответствует физической шине. Несколько сетевых сегментов (формально сегмент определяется как соединение точка-точка, соединяющее два и только два интерфейса MDI ( Media Dependent Interface ), что означает, что при создании сети из нескольких станций, мы должны использовать концентратор) вместе используя так называемые регенераторы для создания более крупной и гибкой сети. Важно, чтобы каждый сегмент имел два конца, поскольку сегменты не могут образовывать петлю. Пример конфигурации сети Ethernet показан на рисунке 2. Такая конфигурация может быть реализована в классическом Ethernet (то есть с физически существующей шиной). В 10Base-T и 100Base-T логическая шина и регенератор имеют физическую форму так называемого регенерирующий хаб (англ. повторяющийся хаб ), меняющий топологию ШИНЫ на звездную .
Основным недостатком технологии Fast Ethernet (аналогично стандартному Ethernet ) является то, что топология сети не может быть слишком обширной. Ограничение распространяется на максимальное расстояние между двумя крайними станциями в сети, которое в случае использования неэкранированной витой пары не может превышать 200 метров. Это расстояние ограничено минимальной длиной кадра, скоростью распространения сигналов в среде и задержками, вызванными сетевыми устройствами, в частности концентраторами .
Можно выделить два основных типа концентраторов :
-
регенерирующие (англ. повторяющиеся узлы ) коммутационные (англ. коммутационные хабы ).
Первый тип концентраторов используется для соединения отдельных сегментов сети, а второй тип - для соединения отдельных локальных сетей .
Fast Ethernet использует два класса регенеративных концентраторов, называемых регенераторами, - класс I и класс II. Регенератор класса I может использоваться для соединения сегментов, построенных на разных носителях (например, для соединения TX с T4 ). Он должен сам обрабатывать сигналы, полученные из одного сегмента, в цифровую форму, принятую во втором сегменте. Процесс перевода выполняется всегда, независимо от того, нужен он или нет. Это приводит к большим задержкам. Следовательно, только один может использоваться в одном домене коллизии, если используется максимальная длина кабеля. Регенератор класса II может работать только с одним и тем же типом среды. Он не преобразует полученные сигналы в определенную цифровую форму, а только дублирует полученные сигналы, усиливая их и отправляя в другие порты. Благодаря этому снижаются задержки. Это означает, что два регенератора класса II могут использоваться в одной области конфликтов при максимальной длине кабеля.
Помимо различных рабочих скоростей, существенные различия между 10Base-T и 100Base-T также включают изменение метода кодирования, используемого для лучшего использования полосы пропускания канала . Для 10Base-T , то код Манчестер . Для скорости передачи информации 10 Мбит / с у нас будет скорость модуляции 20 Мбит / с . Это позволяет использовать только 50% общей пропускной способности. Стандарт 100Base-T использует кодирование 4B / 5B , что позволяет использовать 80% пропускной способности канала.
В стандарте Fast Ethernet сетевые интерфейсы могут работать во многих режимах в зависимости от типа среды, используемой в сети. Целью процедур автосогласования является обеспечение взаимодействия различных устройств в режиме с наивысшим приоритетом, приемлемым для всех устройств. Назначение приоритетов средствам массовой информации и, следовательно, режимам работы, от самого высокого до самого низкого, представлено в таблице ниже:
А ТАКЖЕ | 100Base-TX полный дуплекс |
B | 100Base-T4 |
С. | 100Base-TX |
D | 10Base-T полный дуплекс |
Э. | 10Base-T |
Процесс автосогласования генерирует и использует сигналы, называемые FLP ( Fast Link Pulse ). Эти сигналы формируют пакет ( так называемые. Серийная съемка ) , состоящие из 33 импульсов, из которых 16 четных несущей информации, и 17 нечетное число используются для синхронизации. Интервал времени между отдельными импульсами составляет 62,5 ± 7 мкс, а между целыми словами - 16 ± 8 мс, как показано на рисунке ниже:
Отсутствие информационного импульса между последовательными синхроимпульсами (в пакете) означает логический ноль, а его появление - логическую единицу. Сигналы FLP представляют собой модифицированную версию сигналов NLP ( Normal Link Pulse ), используемых в 10Base-T . Таким образом, устройства 10Base-T без труда устанавливают себя с устройствами Fast Ethernet. Система автосогласования также позволяет вручную принудительно установить требуемый режим работы на выбранном порте концентратора .
На рисунке ниже показана структура кадров протокола (которые представляют собой вышеупомянутые четные последовательности из 16 импульсов), используемых в процессе автосогласования.
D0 | D1 | D2 | D3 | D4 | D5 | D6 | D7 | D8 | D9 | D10 | D11 | D12 | D13 | D14 | D15 |
S0 | S1 | S2 | S3 | S4 | A0 | A1 | A2 | A3 | A4 | A5 | A6 | A7 | РФ | Подтвердить | Например |
Поле выбора | Флажок технологии |
Поле выбора определяет тип стандарта и в настоящее время может принимать только значения 10000 для IEEE 802.3 и 01000 для IEEE 802.9 (стандарт Iso Ethernet ). Другие комбинации пока зарезервированы для использования в будущем. Поле Technology Ability содержит информацию о возможности взаимодействия с определенными режимами. Установка бита Ai для i = 0,1, . 7 означает:
- A0 - 10Base-T
- A1 - 10Base-T полный дуплекс
- A2 - 100Base-TX
- A3 - 100Base-TX полный дуплекс
- A4 - 100Base-T4
Биты A5, A6, A7 зарезервированы для будущих технологий. Бит RF ( Remote Fault ) сообщает об ошибке на удаленной станции, а бит Ack ( подтверждение ) устанавливается станцией после обнаружения трех полных слов протокола (от ее «вызывающего»). Бит NP ( Следующая страница ) означает, что станция хочет перейти к следующему этапу переговоров. В переговорный процесс входит:
- обмен обоими партнерами словами FLP без установленного бита Ack,
- установка бита Ack станцией, которая первой обнаружила три полных слова FLP от партнера,
- передать от 6 до 8 слов и считать процесс автосогласования успешным, когда станция обнаруживает еще три полных слова FLP с установленным битом Ack; в противном случае станция переходит к следующему этапу переговоров.
Если устройства не согласны с общим режимом, соединение не будет установлено.
Хотя протокол автосогласования допускает работу в разных режимах, все порты регенерирующего концентратора должны работать с одинаковой скоростью. Таким образом, невозможно создать сеть Ethernet, работающую одновременно со скоростью 10 и 100 Мбит / с. Это означает, что один концентратор может поддерживать только устройства, работающие со скоростью 100 или 10 Мбит / с. Это ограничение не распространяется на коммутатор.
Читайте также: