Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Название

Тип

Длина сегмента, м

Преимущества

100Base-T4

Витая пара

100

Использование неэкранированной витой пары категории 3

100Base-TX

Витая пара

100

Полный дуплекс при 100 Мбит/с (витая пара 5 категории)

100Base-FX

Оптоволокно

2000

Полный дуплекс при 100 Мбит/с; большая длина сегмента

В схеме 100Base-4T, использующей витую пару категории 3, сигнальная скорость составляет 25 МГц, что лишь на 25 % больше, чем 20 МГц стандарта Ethernet (помните, что в Манчестерском кодировании, которое обсуждается выше, требуется удвоенная частота). Чтобы достичь требуемой пропускной способности, в схеме 100Base-4T применяются четыре витые пары. Из четырех витых пар одна всегда направляется на концентратор, одна — от концентратора, а две оставшиеся переключаются в зависимости от текущего направления передачи данных. Для достижения скорости 100 Мбит/с в направлении передачи на каждой из витых пар применяется довольно сложная схема с отправкой троичных цифровых сигналов с тремя разными уровнями напряжения. Вряд ли эта схема выиграет приз за элегантность, так что детали мы опустим. Однако так как в стандартной телефонной проводке десятилетиями использовались четыре витые пары в каждом кабеле, в большинстве офисов можно применять уже проложенные кабели. Разумеется, для этого придется отказаться от офисного телефона, но не такая уж это большая цена за быструю электронную почту.

Система 100Base-T4 не дошла до финала, поскольку во многих офисных зданиях проложили витую пару пятой категории для сетей 100Base-TX, которые в итоге завоевали рынок. Такая схема проще, так как кабели этого типа могут работать с сигналами на частоте 125 МГц. Поэтому для каждой станции используются только две витые пары: одна к концентратору, другая от него. Не применяется ни прямое битовое кодирование (то есть NRZ), ни Манчестерский код. Вместо них имеется специальная система кодирования, называемая 4B/5B(подробнее об этом выше). Четыре бита данных кодируются в форме пяти сигнальных бит и отправляются на частоте 125 МГц, обеспечивая скорость 100 Мбит/с. Это простая схема, но в ней выполняется достаточное число переходов для обеспечения синхронизации, и полоса пропускания расходуется довольно эффективно. Система 100Base-TX является полнодуплексной, станции могут передавать на скорости 100 Мбит/с по одной витой паре и одновременно принимать на той же скорости по другой.

Последний вариант, 100Base-FX, использует два оптических многомодовых кабеля, по одному для передачи в каждом направлении, то есть также полный дуплекс на скорости 100 Мбит/с в каждом направлении. В таком варианте расстояние между станцией и коммутатором может достигать 2 км.

Fast Ethernet поддерживает соединение с помощью либо концентраторов, либо коммутаторов. Для того чтобы алгоритм CSMA/CD работал, необходимо соблюдать соотношение между минимальным размером кадра и максимальной длиной кабеля, учитывая возрастание скорости от 10 до 100 Мбит/с. Таким образом, либо нужно увеличить минимальный размер кадра (сделать его больше 64 байт), либо пропорционально уменьшить максимальную длину кабеля (менее 2500 м). Самый простой способ оказался следующим: уменьшить максимальное расстояние между двумя станциями в 10 раз, так как концентратор со стометровыми кабелями точно не будет выходить за новые границы. Однако кабели 100Base-FX в 2 км слишком длинны для 100-мегабитного концентратора с обычным алгоритмом управления коллизиями в сетях Ethernet. Эти кабели нужно подключать к коммутатору, чтобы они могли работать в полнодуплексном режиме без коллизий.

Пользователям очень полюбился Fast Ethernet, но они не собирались так просто выбрасывать 10-Мбитные платы Ethernet со старых компьютеров. В результате практически все коммутаторы могут поддерживать и 10-Мбитные, и 100-Мбитные станции. Для упрощения обновлений сам стандарт предусматривает механизм под названием автоматическое согласование( autonegotiation), который позволяет двум станциям автоматически договориться об оптимальной скорости (10 или 100 Мбит) и дуплексном режиме (полный дуплекс или полудуплекс). Обычно он работает без проблем, однако известны случаи возникновения проблем несовпадения дуплексного режима.

Одна станция применяет автоматическое согласование, а на другой оно не работает, и сразу же устанавливается полнодуплексный режим (Shalunov, Carlson, 2005). Большая часть аппаратуры Ethernet использует эту функцию для самонастройки.

4.3.6. Gigabit Ethernet

Не успели еще, как говорится, высохнуть чернила на только что созданном стандарте Fast Ethernet, как комитет 802 приступил к работе над новой версией. Ее почти сразу окрестили Gigabit Ethernet( гигабитной сетью Ethernet). IEEE ратифицировал наиболее популярную форму сети в 1999 году под названием 802.3ab. Ниже мы обсудим некоторые ключевые свойства Gigabit Ethernet. Более подробную информацию можно найти в(Spurgeon, 2000).

Главные предпосылки комитета в отношении Gigabit Ethernet были те же самые, что и для Fast Ethernet: увеличить производительность в 10 раз, сохранив обратную совместимость со старыми сетями Ethernet. В частности, Gigabit Ethernet должен был обеспечить дейтаграммный сервис без подтверждений, как при одноадресной, так и при широковещательной передаче. При этом необходимо было сохранить неизменными 48-битную схему адресации и формат кадра, включая нижние и верхние ограничения его размера. Новый стандарт удовлетворил всем этим требованиям.

Как и Fast Ethernet, все конфигурации Gigabit Ethernet строятся по принципу «точка-точка». Простейшая гигабитная сеть, показанная на рис. 4.19, а, состоит из двух компьютеров, напрямую соединенных друг с другом. В более общем случае, однако, имеется коммутатор или концентратор, к которому подсоединяется множество компьютеров, возможна также установка дополнительных коммутаторов или концентраторов (рис. 4.19, б). Но в любом случае, к одному кабелю Gigabit Ethernet всегда присоединяются два устройства, ни больше, ни меньше.

Рис. 4.19.Сеть Ethernet, состоящая: а — из двух станций; б — из множества станций

Аналогично, как и Fast Ethernet, Gigabit Ethernet может работать в двух режимах: полнодуплексном и полудуплексном. «Нормальным» считается полнодуплексный, при этом трафик может идти одновременно в обоих направлениях. Этот режим используется, когда имеется центральный коммутатор, соединенный с периферийными компьютерами или коммутаторами. В такой конфигурации сигналы всех линий буферизируются, поэтому абоненты могут отправлять данные, когда им вздумается. Отправитель не прослушивает канал, потому что ему не с кем конкурировать. На линии между компьютером и коммутатором компьютер — это единственный потенциальный отправитель; передача произойдет успешно даже в том случае, если одновременно с ней ведется передача со стороны коммутатора (линия полнодуплексная). Так как конкуренции в данном случае нет, протокол CSMA/CD не применяется, поэтому максимальная длина кабеля определяется исключительно мощностью сигнала, а вопросы времени распространения шумового всплеска здесь не встают. Коммутаторы могут работать на смешанных скоростях; более того, они автоматически выбирают оптимальную скорость. Самонастройка поддерживается так же, как и в Fast Ethernet, но теперь можно выбирать скорость 10, 100 или 1000 Мбит/с.