Базовые технологии канального уровня вычислительных систем Структура стандартов Ethernet. Понятие МАС адреса (2/3)

Технология Fast Ethernet

Физический уровень Fast Ethernet

Для технологии Fast Ethernet разработаны различные варианты физического уровня, отличающиеся не только типом кабеля и электрическими параметрами импульсов, как это сделано в технологии 10 Мб/с Ethernet, но и способом кодирования сигналов, и количеством используемых в кабеле проводников. Поэтому физический уровень Fast Ethernet имеет более сложную структуру, чем классический Ethernet. Эта структура представлена на рисунке 11.

Устройство физического уровня (PHY)обеспечивает кодирование данных, поступающих от MAC-подуровня для передачи их по кабелю определенного типа, синхронизацию передаваемых по кабелю 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. Этот интерфейс аналогичен по назначению интерфейсу AUI классического Ethernet за исключением того, что интерфейс AUI располагался между подуровнем физического кодирования сигнала (для любых вариантов кабеля использовался одинаковый метод физического кодирования -манчестерский код) и подуровнем физического присоединения к среде, а интерфейс MII располагается между MAC-подуровнем и подуровнями кодирования сигнала,которых в стандарте Fast Ethernet три - FX, TX и T4.

Подуровень согласования нужен для того, чтобы согласовать работу подуровня MAC с интерфейсом MII.

Рисунок 90 . Структура физического уровня Fast Ethernet

Физический уровень состоит из трех подуровней:

· Уровень согласования (reconciliation sublayer);

· Независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, MII);

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

Рисунок 91 . Структура Устройства физического уровня (PHY).

Интерфейс MII (Media Independent Interface - независящий от среды передачи интерфейс)представляет собой стандартизованный интерфейс для подключения MAC-блока сети FastEthernet к блоку PHY. Интерфейс MII может быть выведен на разъём для подключения внешнего приемопередатчика или может просто соединять две микросхемы на одной печатной плате. Независимость от среды передачи означает,что существует возможность использования любых PHY-устройств без необходимости смены или переработки аппаратуры MAC-блока.

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. Микросхема трансивера реализует все функцииу стройства PHY.

Рисунок 92 . Сетевой адаптер с внутренним интерфейсом MII

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

Интерфейс MII может использоваться не только для связи PHY с MAC, но и для соединения устройств PHY с микросхемой повторения сигналов в многопортовом повторителе-концентраторе

MII использует 4-битные порции данных для параллельной передачи их между MAC и PHY. Канал передачи данных от MAC к PHY образован4-битной шиной данных, которая синхронизируется тактовым сигналом, генерируемым PHY, а также сигналом «Передача», генерируемым MAC-подуровнем. Аналогично,канал передачи данных от PHY к MAC образован другой 4-битной шиной данных,которая синхронизируется тактовым сигналом и сигналом «Прием», которые генерируются PHY.

Если устройство PHY обнаружило ошибку в состоянии физической среды, то оно может передать сообщение об этом на подуровень MAC ввиде сигнала «Ошибка приема» (receive error). MAC-подуровень (или повторитель)сообщают об ошибке устройству PHY с помощью сигнала «Ошибка передачи» (transmiterror). Обычно, повторитель, получив от PHY какого-либо порта сигнал «Ошибка приема», передает на все устройства PHY остальных портов сигнал «Ошибка передачи».

В MII определена двухпроводная шина для обмена между MAC иPHY управляющей информацией. MAC-подуровень использует эту шину для передачи PHY данных о режиме его работы. PHY передает по этой шине информацию по запросу о статусе порта и линии. Данные о конфигурации, а также о состоянии порта и линии хранятся соответственно в двух регистрах: регистре управления и регистре статуса.

Регистр управления используется для установки скорости работы порта, для указания, будет ли порт принимать участие в процессе автопереговоров о скорости линии, для задания режима работы порта -полудуплексный или полнодуплексный, и т.п. Функция автопереговоров (Auto-negotiation) позволяет двум устройствам, соединенным одной линией связи,автоматически, без вмешательства оператора, выбрать наиболее высокоскоростной режим работы, который будет, поддерживается обоими устройствами.

Регистр статуса содержит информацию о действительном текущем режиме работы порта, в том числе и в том случае, когда режим выбран в результате проведения автопереговоров.

Регистр статуса может содержать данные об одном из следующих режимов:

· 100Base-T4;

· 100Base-TX полный дуплекс ;

· 100Base-TX полудуплекс ;

· 10Мбит/с полный дуплекс ;

· 10Мбит/с полудуплекс ;

· ошибка на дальнем конце линии.

Автосогласование

Структура физического уровня спецификации PHYTX представлена на рисунке 14. В данной спецификации используется метод кодирования MLT-3 для передачи сигналов 5-битовых порций кода 4В/5B по витой паре,а также наличие функции автопереговоров (Auto-negotiation) для выбора режима работы порта.

Кроме использования метода MLT-3, в спецификации PHY TX используется пара шифратор-дешифратор(scrambler/descrambler), как это определено в спецификации ANSI TP-PMD.Шифратор принимает 5-битовые порции данных от подуровня PCS (подуровень физического кодирования), выполняющего кодирование NRZI (4B/5B), и зашифровывает сигналы перед передачей на подуровень MLT-3 таким образом, чтобы равномерно распределить энергию сигнала по всему частотному спектру - это уменьшает электромагнитное излучение кабеля.

Рисунок 93 . Структура физического уровня IEEE 802

Спецификация PHY TX поддерживает функцию Auto-negotiation (авто согласование), с помощью которой два взаимодействующих устройства PHY могут автоматически выбрать наиболее эффективный режим работы.

Режим 10Base-T имеет самый низкий приоритет при переговорном процессе, а режим 100Base-TХ - самый высокий. Переговорный процесс происходит при включении питания устройства, а также может быть инициирован и в любой момент модулем управления.

Для организации переговорного процесса используются служебные сигналы проверки целостности линии технологии 10Base-T -linktest pulses, если узел-партнер поддерживает только стандарт 10Base-T.Узлы, поддерживающие функцию автосогласования, также используют существующую технологию сигналов проверки целостности линии, при этом они посылают пачки таких импульсов, инкапсулирующие информацию переговорного процесса автосогласования. Такие пачки носят название Fast Link Pulse burst (FLP). Устройство, начавшее процесс автосогласования, посылает своему партнеру пачку импульсов FLP, в котором содержится 8-битное слово, кодирующее предлагаемый режим взаимодействия,начиная с самого приоритетного, поддерживаемого данным узлом.

Инкапсуляция - это механизм, который объединяет данные и методы, манипулирующие этими данными, и защищает и то и другое от внешнего вмешательства или неправильного использования. Когда методы и данные объединяются таким способом, создается объект.

Можно сказать, что инкапсуляция подразумевает под собой скрытие данных, что позволяет защитить эти данные.

Если узел-партнер поддерживает функцию авто согласования и также может поддерживать предложенный режим, то он отвечает пачкой импульсов FLP, в которой подтверждает данный режим и на этом переговоры заканчиваются.Если же узел-партнер может поддерживать менее приоритетный режим, то он указывает его в ответе и этот режим выбирается в качестве рабочего. Таким образом, всегда выбирается наиболее приоритетный общий режим узлов.

Узел, который поддерживает только технологию10Base-T, каждые 16 миллисекунд посылает импульсы для проверки целостности линии, связывающей его с соседним узлом. Такой узел не понимает запрос FLP,который делает ему узел с функцией авто согласования, и продолжает посылать свои импульсы. Узел, получивший в ответ на запрос FLP только импульсы проверки целостности линии, понимает, что его партнер может работать только по стандарту10Base-T и устанавливает этот режим работы и для себя.

Узлы, поддерживающие спецификации PHYFX (оптоволокно) и PHY TX, могут работать в полнодуплексном режиме. В этом режиме не используется метод доступа к среде CSMA/CD и отсутствует понятие коллизий - каждый узел одновременно передает и принимает кадры данных по каналам Tx и Rx.

При полнодуплексной работе стандарты100Base-TX и 100Base-FX обеспечивают скорость обмена данными между узлами 200Мб/с.

Ниже, приведён набор стандартов передачи данных в компьютерных сетях, со скоростью до 100 Мбит/с

100BASE-T - общий термин для обозначения стандартов, использующих в качестве среды передачи данных витую пару. Длина сегмента до 100 метров. Включает в себя стандарты 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2.

100BASE-TX, IEEE 802.3u— развитие стандарта 10BASE-T для использования в сетях топологии «звезда». Задействована витая пара категории 5, фактически используются только две неэкранированные пары проводников, поддерживается дуплексная передача данных, расстояние до 100 м.

100BASE-T4 - стандарт, использующий витую пару категории 3. Задействованы все четыре пары проводников, передача данных идёт в полудуплексе. Практически не используется.

100BASE-T2 - стандарт, использующий витую пару категории 3. Задействованы только две пары проводников.Поддерживается полный дуплекс, когда сигналы распространяются в противоположных направления по каждой паре. Скорость передачи в одном направлении— 50 Мбит/с.Практически не используется.

100BASE-SX - стандарт, использующий многомодовое оптоволокно. Максимальная длина сегмента 400 метров в полудуплексе (для гарантированного обнаружения коллизий) или 2 километра в полномдуплексе.

100BASE-FX - стандарт, использующий одномодовое оптоволокно. Максимальная длина ограничена только величиной затухания в оптоволоконном кабеле и мощностью передатчиков.

100BASE-FX WDM - стандарт, использующий одномодовое оптоволокно. Максимальная длина ограничена только величиной затухания в оптоволоконном кабеле и мощностью передатчиков. Интерфейсы бывают двух видов, отличаются длиной волны передатчика и маркируются одной латинской буквой: T (передатчик 1550нм, приемник 1310 нм) или R (передатчик 1310 нм, приемник 1550 нм).В паре могут работать только парные интерфейсы: с одной стороны передатчик на1310 нм, а с другой — на 1550 нм.