Информационные технологииStfw.Ru 🔍
🕛

Стандарты и интерфейсы Ethernet

Технология Ethernet позволяет использовать различные среды передачи, для каждой из которой имеется стандартное название вида XBaseYТехнология Ethernet позволяет использовать различные среды
Технология Ethernet позволяет использовать различные среды передачи, для каждой из которой имеется стандартное название вида XBaseY, где X- скорость передачи, Мбит/с (10, 100, 1000...); Base - ключевое слово (обозначает немодулированную передачу); Y- условное обозначение среды передачи и дальности связи. Все современные версии Ethernet используют кабель «витая пара» или оптоволоконный и звездообразную топологию. Центральным устройством звезды может быть повторитель (он же хаб, hub) или коммутатор (switch). Возможно и двухточечное соединение двух узлов. Для старых версий на коаксиальном кабеле была характерна шинная топология, главным недостатком которой является низкая надежность всей сети. Есть и экзотический вариант пассивной оптической шины lOBaseFP. Иногда в сетях применяются конверторы среды передачи (media converter), преобразующие типы интерфейсов. Чаще всего используются конверторы «витой пары» в оптику, также применяют и конверторы одномодового оптоволокна в многомодовое.
Для Ethernet со скоростью 10 Мбит/с существуют следующие стандарты.
- 10Base5 - сеть на толстом коаксиальном кабеле RG-8 (50 Ом) с шинной топологией, максимальная длина кабельного сегмента - 500 м. Для подключения сетевой адаптер должен иметь интерфейс AUI, подключаемый кабелем-спуском (4 экранированные витые пары) к трансиверу, установленному на кабеле. В настоящее время для новых сетей не применяется (дорого, громоздко, неэффективно и бесперспективно).

406 Глава 10. Интерфейсы компьютерных сетей
- 10Base2 - сеть на тонком коаксиальном кабеле RG-58 (50 Ом) с шинной топологией, максимальная длина кабельного сегмента - 185 м. Для подключения сетевой адаптер должен иметь интерфейсный разъем BNC (или AUI с трансивером). Это самый дешевый (по оборудованию) вариант сети; перспектив на развитие нет.
- WBaseT- сеть на витой паре категории 3 и выше (2 пары проводов), длина луча - до 100 м (на кабеле категории 5 можно достигать дальности и 200 м, но это не рекомендуется). Для подключения сетевой адаптер должен иметь интерфейсный разъем RJ-45 (или АШ с трансивером). Это эффективный вариант сети начального уровня, позволяет расширять полосу пропускания заменой концентраторов-повторителей на коммутаторы. При кабельной проводке категории 5 и выше позволяет переходить на скорости 100 и даже 1000 Мбит/с (с заменой карт и концентраторов).
- WBaseF и FOIRL - сеть на оптоволоконном кабеле (пара волокон). Для подключения адаптер должен иметь интерфейс AUI, на который устанавливается оптический трансивер. Используются дешевые многомодовые трансиверы (длина волны - 850 нм) с дальностью до 1 км. Для дальних дистанций (десятки км на одномодовом волокне) используются одномодовые трансиверы (1310 нм), которые могут работать и с многомодовым волокном (до 2 км).
Для сетей Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с существуют следующие стандарты.
- 100BaseTX - сеть на витой паре категории 5 и выше (2 пары проводов), длина луча - до 100 м. Сетевой адаптер подключается через разъем RJ-45. Это популярный и оптимальный (цена/производительность) вариант подключения узлов к сети. При качественной кабельной проводке позволяет переходить на скорость 1000 Мбит/с (с заменой карт и концентраторов).
- 100BaseT4 - сеть на витой паре категории 3 и выше (4 пары проводов), длина луча - до 100 м. Разъем RJ-45, вариант малораспространенный.
- 100BaseFX - сеть на оптоволоконном кабеле (пара волокон). Используются одномодовые трансиверы (1310 нм), которые могут работать и с многомодовым волокном (до 2 км). Дальность в полнодуплексном режиме - десятки км.
- lOOBaseSX - сеть на оптоволоконном кабеле с дешевыми многомодовыми трансиверами (850 нм), дальность - до 300 м. Совместима с lOBaseF, поддерживается автосогласование режима и скорости (10/100).
Для сетей Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с существуют следующие стандарты.
- lOOOBaseCX - соединение активного оборудования коротким (до 25 м) кабелем STP или двухосевым кабелем.
- lOOOBaseT - соединение витой парой категории 5 и выше (4 пары) на расстояние до 100 м. Разъемы RJ-45.
- lOOOBaseSX - соединение по паре многомодовых волокон, дальность - 200-500 м (в зависимости от параметров волокна).
- lOOOBaseLX - соединение по паре одномодовых волокон, дальность - до 50 км (в зависимости от параметров трансиверов).


Выше были приведены ограничения на длину каждого физического соединения в сети, однако для работоспособности (надежной работы протокола разрешения коллизий) должны выполняться и дополнительные условия, подробно описанные в литературе [3]. Задача уменьшения диаметра домена коллизий решается применением коммутаторов, а преодоление коллизионных ограничений на длину каждого соединения обеспечивается переходом на полнодуплексный режим связи (в котором коллизий нет как таковых). Для 10-Мбитных сетей Ethernet должны соблюдаться перечисленные ниже условия.
- Для коаксиала - правило «5-4-3»: не более 5 сегментов могут соединять не более 4 повторителей, станции (адаптеры) можно подключать не более чем в 3 сегментах.
- Для витой пары (и оптики) - между любой парой узлов может быть не более 4 повторителей (хабов).
- Для любых сетей: диаметр домена коллизий - самое большое расстояние ( «электрическая» длина кабелей между парой узлов) - не должен превышать 5 км.
- Число узлов в домене коллизий - не более 1024 (реально их не должно быть более 30-50).
Для сетей Fast Ethernet ограничения жестче.
- Диаметр домена коллизий - не более 205 м.
- Число повторителей в домене коллизий - не более двух класса II, не более
одного класса I.
В Gigabit Ethernet применяются только коммутаторы, так что действуют только ограничения на длину соединений.
Для оптических соединений применяемые разъемы разнообразны: ST, SC, MT-RJ и другие. Коаксиальные разъемы для «толстого» и «тонкого» кабелей различны (серии «N» и BNC соответственно). Отметим, что каждый сегмент коаксиала должен оканчиваться терминаторами 50 Ом и быть заземлен в одной точке. «Схемная земля» компьютера не имеет гальванической связи с экраном коаксиального разъема, так что следует избегать случайного касания BNC-разъемов с металлическими частями, связанными с шасси компьютера. Сети на коаксиале требуют правильного заземления, нарушение правил чревато выгоранием адаптеров.
Для витой пары применяются разъемы RJ-45 (рис. 10.1), назначение контактов разъема сетевого адаптера (порт MDI) приведено в табл. 10.1. Порты концентраторов lOBaseT, 100BaseTX и 100BaseT4 имеют тип MDIX, у них сигналы ТХ и RX поменяны местами. Для подключения конечных узлов к портам активного оборудования (соединение портов MDI-MDIX, рис. 10.2, а) используется «прямой» кабель (рис. 10.3, а), для непосредственного соединения адаптеров (MDI-MDI, рис. 10.2, 6) или соединения двух коммуникационных устройств (MDIX-MDIX) применяют «перекрестный» кабель (рис. 10.3, б). В коммуникационных устройствах, как правило, один из портов снабжают переключателем MDI-MDIX или дополнительным разъемом.


Таблица 10.1. Разъем RJ-45 адаптера Ethernet
Контакт 10BaseT/100BaseTX 100BaseT4 1000BaseTX

1 Тх+ Tx_D1 + BlD1 +
2 Тх- Tx_D1- BlD1-
3 RX+ Rx_D2+ BlD2+
4 Не подключен BI_D3+ B!_D3+
5 Не подключен BI_D3- BI_D3-
6 Rx- Rx_D2- BI_D2-
7 Не подключен BI_D4+ BI_D4+
8 Не подключен BI_ D4- BI_ D4-


В локальных сетях обычно используется кабельная проводка, состоящая из стационарных кабелей, оканчивающихся розетками, и коммутационных шнуров. Стационарную проводку выполняют так, что она обеспечивает «прямое» соединение кон-' тактов своих интерфейсных разъемов. Коммутационные шнуры могут быть как «прямыми», так и «перекрестными». Заметим, что связи контактов 4, 5, 7 и 8 требуются только в 100BaseT4 и lOOOBaseTX, но для lOBaseT и 100BaseTX они не мешают, так что кабельное хозяйство едино.
В Gigabit Ethernet lOOOBaseTX применяются только «прямые» кабели. Универсальные порты совместимы с Fast Ethernet (поддерживают автосогласование). Если два порта Gigabit Ethernet соединить «перекрестным» кабелем, они свяжутся в режиме 100BaseTX.
Для приведенных выше реализаций Ethernet на витой паре предусмотрен протокол согласования режимов (autonegotiation), который исполняется каждый раз при установлении соединения после физического подключения и (или) инициализации портов. Протокол основан на обмене служебными импульсами (они отличны от кадров передаваемой информации). Этот протокол позволяет соединяемым портам выбрать самый эффективный из режимов, доступных обоим портам. Приоритеты режимов в порядке убывания: ЮООВазеТ, 100BaseTX полнодуплексный, 100BaseT4,100BaseTX полудуплексный, lOBaseT полнодуплексный, lOBaseT полудуплексный. Протокол автоматического согласования может быть отключен (или не реализован), в этом случае режим работы задается принудительно при конфигурировании порта. Возможность переключения режимов отражается в названиях портов (например, Fast Ethernet 10/100), поддержка режима 100BaseT4 встречается нечасто.
Для оптических вариантов тоже появился протокол согласования, но его возможности ограничиваются из-за вероятного несовпадения длин волн, используемых в разных вариантах. Правда, здесь автосогласование не так уж и необходимо, поскольку оптических соединений гораздо меньше, их тщательно планируют и не так уж часто реконфигурируют.
В стандарте Ethernet (10 Мбит/с) определен интерфейс AUI (Attachment Unit Interface - интерфейс устройства подключения), с помощью которого к адаптеру можно подключать трансивер (приемопередатчик) для любой среды передачи. В трансивере располагаются оконечные цепи передатчика, приемника и детектор коллизий. Назначение контактов интерфейса AUI приведено в табл. 10.2, здесь используется оазъем DB-15 (розетка на адаптере, вилка на трансивере).
Таблица 10.2. Разъем AUI -интерфейса Ethernet Контакт Сигнал

1 Collision (экран)
2 Collision +
3 Transmit +
4 Receive (экран)
продолжение ^

410 Глава 10. Интерфейсы компьютерных сетей
Таблица 10 .2 (продолжение)
Контакт Сигнал

5 Receive +
6 DC Power GND
7 He подключен
8 He подключен
9 Collision -
10 Transmit -
11 Transmit (экран)
12 Receive -
13 DC Power (+12B)
14 DC Power (экран)
15 He подключен
В стандарте на Fast Ethernet фигурирует интерфейс МП (Media Independent Interface - интерфейс, независимый от среды передачи). В МП данные для приемника и передатчика передаются в некодированном виде по 4-битным параллельным шинам (с частотой синхронизации 2,5 и 25 МГц для скоростей 10 и 100 Мбит соответственно) или в последовательном коде (для 10 Мбит/с). В интерфейсе имеются сигналы синхронизации и управления приемником и передатчиком, состояния линии (наличие несущей, коллизия), а также последовательный интерфейс управления SMI (см. п. 11.2), по которому можно общаться с управляющими регистрами трансивера. Определен и физический разъем для подключения сменных модулей (40-контактный двухрядный), но в ПК он практически не встречается.

Также по теме:
Новые программы для Windows, Linux и Android.