Программное удаленное управление концентратором

Данная функция предполагает поддержку концентратором протокола удаленного управления сетевыми устройствами SNMP (Simple Network Management Protocol). При помощи этого протокола и специального ПО администратор может удаленно по сети изменять конфигурационные параметры концентратора, просматривать статистику его работы, и даже видеть изображение передней панели концентратора и состояние элементов индикации.

Рис. 2.4.12 Сетевой адаптер Ethernet, имеющий интерфейсы 10Base-5, 10Base-2 и 10Base-T

2.4.5Стандарт 10Base-F

Оптоволоконные стандарты в качестве основного типа кабеля используют достаточно дешевое многомодовое оптическое волокно, обладающее полосой пропускания 500-800 МГц при длине кабеля 1 км.

Функционально сеть Ethernet на оптическом кабеле состоит из тех же элемен­тов, что и сеть стандарта 10Base-T - сетевых адаптеров, многопортового повтори­теля и отрезков кабеля, соединяющих адаптер с портом повторителя. Как и в случае витой пары, для соединения адаптера с повторителем используются два оптово­локна — одно соединяет выход Тx адаптера со входом Rx повторителя, а другое — вход Rx адаптера с выходом Тх повторителя.

Стандарт 802.3d FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) представляет собой первый стандарт комитета 802.3 для использования оптоволокна в сетях Ethernet. Он гаран­тирует длину оптоволоконной связи между повторителями до 1 км при общей длине сети не более 2500 м. Максимальное число повторителей между любыми узлами сети — 4. Максимального диаметра в 2500 м здесь достичь можно, хотя мак­симальные отрезки кабеля между всеми 4 повторителями, а также между повторите­лями и конечными узлами недопустимы — иначе получится сеть длиной 5000 м.

Стандарт 10Base-FL представляет собой незначительное улучшение стандарта FOIRL. Увеличена мощность передатчиков, поэтому максимальное расстояние между узлом и концентратором увеличилось до 2000 м. Максимальное число по­вторителей между узлами осталось равным 4, а максимальная длина сети — 2500 м.

Стандарт 10Base-FB предназначен только для соединения повторителей. Ко­нечные узлы не могут использовать этот стандарт для присоединения к портам концентратора. Между узлами сети можно установить до 5 повторителей 10Base-FB при максимальной длине одного сегмента 2000 м и максимальной длине сети 2740 м. Повторители, соединенные по стандарту 10Base-FB, при отсутствии кадров для передачи постоянно обмениваются специальными последовательностями сигналов, отличающимися от сигналов кадров данных, для поддержания синхронизации. Поэтому они вносят меньшие задержки при передаче данных из одного сегмента в другой, и это является главной причиной, по которой количество повторителей удалось увеличить до 5.

Основное преимущество сетей 10Base-F перед остальными спецификациями Ethernet 10 Мбит/с заключается в использовании оптоволоконного кабеля, что обеспечивает:

- меньшее затухание сигнала и большая протяженность кабеля;

- нечувствительность к электромагнитным помехам;

- отсутствие электромагнитного излучения при передаче данных;

- обеспечение гальванической развязки между передатчиком и приемником данных.

Обычно оптоволоконные соединения используются для организации магистральных связей между коммуникационным оборудованием. Подключение конечных узлов (компьютеров) возможно при помощи трансиверов, обеспечивающих переход от оптоволоконного кабеля к витой паре или кабелю AUI (рис. 2.4.16).

Не смотря на то, что во многих источниках указано, что спецификация 10Base-FL определяет применение разъема ST (Straight-Tip Connector, рис. 2.4.13), а спецификация 100Base-FX рекомендует разъем SC, (рис. 2.4.14), на практике оба типа разъема одинаково широко представлены в составе изделий обоих стандартов (может быть для оборудования 10Base-FL рекомендации стандарта выполняются производителями более тщательно). При этом оба типа разъемов применяются как в многомодовых, так и в одномодовых исполнениях.

Рис. 2.4.13 Оптический разъем типа ST

Рис. 2.4.14 Оптический разъем типа SC

Рис. 2.4.15 Внешний вид разъемов типа SC и ST

Рис. 2.4.16 Трансивер 10Base-F – 10Base-T

Тема 2.5Спецификации физической среды Fast Ethernet

В начале 1990-х годов стала ощущаться недостаточная пропускная способность классического Ethernet со скоростью передачи 10 Мбит/с. В 1995 г. комитетом IEEE был принят стандарт 802.3u, или Fast Ethernet, который позволяет предавать данные по сети со скоростью 100 Мбит/с, используя при этом тот же метод доступа CSMA/CD, что и классический Ethernet.

Все отличия технологии Fast Ethernet от Ethernet касаются только физического уровня. В Fast Ethernet сохранен неизменным уровень LLC, алгоритм доступа CSMA/CD, форматы кадров Ethernet. Это позволило сделать сети Ethernet и Fast Ethernet совместимыми, то есть выпускать сетевые адаптеры и другое оборудование, которое поддерживает оба стандарта.

Однако, в технологии Fast Ethernet, в отличие от классического Ethernet, используемый метод кодирования, а также количество используемых в кабеле проводников, будет зависеть от спецификации физического уровня.

На физическом уровне Fast Ethernet может использоваться три спецификации физического уровня для различных вариантов кабельных систем:

§ стандарт 100Base-FX использует волоконно-оптический многомодовый кабель (два волокна);

§ стандарт 100Base-TX использует кабель витая пара категории 5 с полосой пропускания до 100 Мгц (две пары);

§ стандарт 100Base-T4 использует кабель витая пара категории 3 с полосой пропускания до 16 Мгц (четыре пары).

Признаком свободного состояния среды в Fast Ethernet является передача по сети символа Idle, которому соответствует определенная запрещенная комбинация соответствующего метода избыточного кодирования (11111), а не отсутствие несущей, как в Ethernet.

Стандарт 100Base-FX

Эта спецификация использует метод логического кодирования 4B/5B, принятый в FDDI для передачи сигнала по многомодовому оптическому волокну. При этом методе каждые 4 бита данных MAC-подуровня (называемых символами) представляются 5 битами. Использование избыточного бита позволяет применить потенциальные коды при представлении каждого из пяти бит в виде электрических или оптических импульсов. Потенциальные коды обладают по сравнению с манчестерскими кодами более узкой полосой спектра сигнала, а, следовательно, предъявляют меньшие требования к полосе пропускания кабеля. Однако прямое использование потенциальных кодов для передачи исходных данных без избыточного бита невозможно из-за плохой самосинхронизации приемника и источника данных: при передаче длинной последовательности единиц или нулей в течение долгого времени сигнал не изменяется и приемник не может определить момент чтения очередного бита.

Так как исходные биты MAC-подуровня должны передаваться со скоростью 100Мб/c, то наличие одного избыточного бита вынуждает передавать биты результирующего кода 4B/5B со скоростью 125 Мб/с,

Так как из 32 возможных комбинаций 5-битовых порций для кодирования порций исходных данных нужно только 16, то остальные 16 комбинаций в коде 4В/5B используются в служебных целях. Наличие служебных символов позволило использовать в спецификациях FX/TX схему непрерывного обмена сигналами между передатчиком и приемником и при свободном состоянии среды, что отличает их от спецификации 10Base-T, когда незанятое состояние среды обозначается полным отсутствием на ней импульсов информации. Для отделения кадра от последовательности символов Idle используются специальные пары запрещенных символов.

После преобразования 4-битовых порций MAC-кодов в 5-битовые порции их необходимо представить в виде оптических или электрических сигналов в кабеле, соединяющем узлы сети. Спецификация 100Base-FX использует для этого метод физического кодирования NRZI - Non Return to Zero Invert to ones - метод без возврата к нулю с инвертированием для единиц. Этот метод представляет собой модификацию простого потенциального метода кодирования, называемого Non Return to Zero (NRZ), когда для представления 1 и 0 используются потенциалы двух уровней. В методе NRZI также используется два уровня потенциала сигнала, но потенциал, используемый для кодирования текущего бита зависит от потенциала, который использовался для кодирования предыдущего бита (так называемое, дифференциальное кодирование). Если текущий бит имеет значение 1, то текущий потенциал представляет собой инверсию потенциала предыдущего бита, независимо от его значения. Если же текущий бит имеет значение 0, то текущий потенциал повторяет предыдущий.

На рисунке 2.5.1 приведен пример кодирования последовательности бит методами NRZ и NRZI. Основное преимущество NRZI кодирования по сравнению с NRZ кодированием в более надежном распознавании передаваемых 1 и 0 на линии в условиях помех.

Рис. 2.5.1 Сравнение методов кодирования NRZ и NRZI

Для построения сети 100Base-FX использование концентраторов является обязательным. Областью применения сетей 100Base-FX является построение магистралей локальных сетей. Максимальная дина сегмента сети 100Base-FX составляет 412 метров в режиме полудуплекс и 2 км в режиме полный дуплекс.

Стандарт 100Base-TX

Стандарт 100Base-TX так же, как и 100Base-FX, использует метод логического кодирования с избыточностью 4B/5B. Основным отличием стандарта 100Base-TX от 100Base-FX является использование метода 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. Метод MLT-3 использует потенциальные сигналы двух полярностей для представления 5-битовых порций информации (рис. 2.5.2).

Рис. 2.5.2 Метод кодирования MLT-3

Метод основывается на циклическом переключении уровней -1, 0, +1, 0. Единице соответствует переход с одного уровня сигнала на следующий. Так же как и в методе NRZI при передаче «нуля» сигнал не меняется. В случае наиболее частого переключения уровней (длинная последовательность единиц) для завершения цикла необходимо четыре перехода. Это позволяет вчетверо снизить частоту несущей относительно тактовой частоты, что делает MLT-3 удобным методом при использовании в качестве среды передачи медных проводов.

Кроме использования метода MLT-3, спецификация 100Base-TX отличается от спецификации FX тем, что в ней используется пара шифратор-дешифратор или (scrambler/descrambler). Шифратор принимает 5-битовые порции данных от подуровня PCS, выполняющего кодирование 4B/5B, и зашифровывает сигналы перед передачей на подуровень MLT-3 таким образом, чтобы равномерно распределить энергию сигнала по всему частотному спектру. Применение скремблера является вынужденной мерой позволяющей существенно снизить электромагнитные излучения в физической среде и оборудовании. При отсутствии скремблера излучение превышает предельно допустимые уровни. Логическое кодирование с использованием скремблера (далее скремблирование) представляет собой побитовое наложение с использованием операции исключающее или (XOR) псевдослучайного битового потока на битовый информационный поток.

Для построения сети использование концентратора является обязательным. Максимальная длина сегмента сети – 100 м, максимальный диаметр сети 200 м. При этом допускается использование не более двух последовательно соединенных концентраторов с расстоянием между ними не более 5 м.

Стандарт 100Base-T4

Преимуществом стандарта 100Base-T4 является использование кабеля категории 3, который используется для передачи голоса по аналоговым телефонным линиям. Пропускная способность сети при этом повышается за счет использования не двух, а четырех витых пар. При этом используется метод кодирования 8B/6T, который кодирует каждые 8 бит данных последовательностью из 6 троичных (имеющих 3 состояния сигнала) цифр.

В стандарте 100Base-T4 три пары проводов используются для параллельной передачи данных, при этом скорость передачи по каждой паре 33,3 МГц соответствует спектру сигнала всего (33,3/8)*6=25 МГц. Четвертая пара проводов всегда используется для обнаружения коллизий.

Максимальная длина сегмента сети 100Base-T4 составляет 100 м. Несмотря на преимущества стандарта 100Base-T4 он был реализован позднее 100Base-TX и не получил широкого распространения. Большая часть сетевого оборудования Fast Ethernet, представленного на рынке, поддерживает стандарт 100Base-TX.

2.5.2Функция автопереговоров

Функция автопереговоров (auto-negotiation) которая, реализована в большинстве видов сетевого оборудования Fast Ethernet, позволяет выпускать производителям универсальные устройства (сетевые адаптеры, концентраторы, коммутаторы и др.), которые могут работать в одном из пяти режимов. При этом существует ограничение - все порты концентратора обязаны работать в одном режиме. Каждому режиму соответствует определенное значение приоритета. Ниже эти режимы приведены в порядке возрастания приоритета:

§ 10Base-T;

§ 10Base-T (полный дуплекс);

§ 100Base-TX;

§ 100Base-T4;

§ 100Base-TX (полный дуплекс).

Для организации переговорного процесса используются служебные сигналы проверки целостности линии технологии 10Base-T - link test pulses, если узел-партнер поддерживает только стандарт 10Base-T. Узлы, поддерживающие функцию Auto-negotiation, также используют существующую технологию сигналов проверки целостности линии, при этом они посылают пачки таких импульсов, инкапсулирующие информацию переговорного процесса Auto-negotiation. Такие пачки носят название Fast Link Pulse burst (FLP).

Устройство, начавшее процесс auto-negotiation, посылает своему партнеру пачку импульсов FLP, в котором содержится 8-битное слово, кодирующее предлагаемый режим взаимодействия, начиная с самого приоритетного, поддерживаемого данным узлом.

Если узел-партнер поддерживает функцию Auto-negotuiation 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 технологию 10Base-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 Auto-negotiation, 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 стандарту 10Base-T и устанавливает этот режим работы и для себя.

Тема 2.6Спецификации физической среды Gigabit Ethernet

http://www.nestor.minsk.by/sr/2007/01/sr70112.html

С ростом производительности компьютеров и масштаба сетей скорость передачи Fast Ethernet перестала удовлетворять требованиям к пропускной способности сети. В 1998 году был принят стандарт 802.3z Gigabit Ethernet, который позволяет передавать данные со скоростью 1000 Мбит/с при максимальном сохранении основных идей Ethernet. При этом по-прежнему остаются неизменными форматы кадров Ethernet и уровень LLC.

Для увеличения времени передачи кадра его минимальную длину пришлось увеличить до 512 байт или 4096 битовых интервалов. При этом время передачи кадра минимальной длины T_min составляет 4096/10⁹=4 мкс. Расстояние, пройденное сигналом за это время, составляет примерно 1200 м. С учетом двойного прохождения сигнала и использования одного повторителя максимальный диаметр сети Gigabit Ethernet составляет 200 м. Для сокращения накладных расходов при передаче коротких сообщений в кадрах минимальной длины 512 байт узлам разрешается передавать несколько кадров подряд, общей длиной до 8192 байт.

Стандарт 802.3z Допускает использование многомодового и одномодового оптоволоконного кабеля, двойного коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом, а так же медного кабеля витая пара 5 категории с полосой пропускания 100 МГц.