Base5,10Base2, 10BaseT, 10BaseF

 

Варианты Ethernet со скоростью передачи данных 10 Мбит/с описываются стан­дартом IEEE 802.3.

10Base5 – более позднее название “классического” варианта Ethernet. Сино­нимы: Thick (“толстый”) Ethernet, ThickNet, Yellow Ethernet (“желтый ка­бель”), Standard Ethernet. Здесь используется толстый коаксиальный кабель RG-8 с посеребренной центральной жилой, двойной экранирующей оплеткой, волновым сопротивлением 50 Ом и малым затуханием. Топология – шина, Т-образные ответвления кабеля не допускаются, максимальная длина ка­бельного сегмента – 500 м. На концах сегмента устанавливаются 50-омные тер­минаторы, один из которых заземляется.

Непосредственно на кабель устанавливается трансивер, оканчивающийся 15-контактным разъемом АUI-интерфейса. Трансивер, он же MAU (Media Attach­ment Unit – устройство доступа к среде), представляет собой активный приемопередатчик с детектором коллизий и высоковольтной (1– 5 кВ) гальванической развязкой между коаксиальным кабелем и цепями AUI-интерфейса. Питается (+12 В) от АUI-интерфейса. Трансивер имеет схемы контроля “болтливости” (jabber) адаптера, и при слишком длинной серии сигналов передачи он отключа­ется от коаксиального кабеля. Трансивер устанавливается либо между концевы­ми разъемами отрезков кабеля (как вставка или через Т-коннектор), либо с про­калыванием кабеля (трансивер-”вампир”). Трансивер может иметь светодиодные индикаторы состояния:

PWR – наличие питания от адаптера;

 SQE – включен режим контроля детектора коллизий;

ХМТ – передача;

RCV – прием;

СР – коллизия.

Рис. 4. Сеть 10Base5.1 – “толстый” кабель, 2 – трансивер,

3 – трансиверный кабель, 4 – заземленный терминатор 50 Ом,

5 – незаземленный терминатор, 6 – многопортовый трансивер

 

Интерфейс AUI (Attachment Unit Interface), он же DIX-интерфейс, стандар­тизован; по нему передаются сигналы передачи, приема, детектора коллизий и питание (12 В) цепей трансивера. Этим интерфейсом трансивер через трансиверный кабель соединяется с сетевым адаптером либо с многопортовым трансивером (рис. 4). Назначение сигналов интерфейса приведено в табл. 1. Трансиверный кабель, он же кабель-спуск (drop cable), имеет 4 витые экранированные пары и 15-штырьковые разъемы D-типа с защелками (slide): розетка – к трансиверу, вилка – к AUI-разъему адаптера. В Ethernet v1.0 и 2.0 в кабеле были толь­ко 3 экранированные пары, экран соединялся только с контактом № 1. AUI-интерфейс используется для подключения к адаптерам трансиверов для любой среды передачи (коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно).

Многопортовые трансиверы (рис. 5) обычно имеют 8 портов для подключе­ния адаптеров и допускают одноуровневое каскадирование. Таким образом к од­ному трансиверу, установленному на кабеле, можно подключать до 64 адаптеров узлов сети. Многопортовые трансиверы обеспечивают коллективный доступ к среде всем подключенным к ним адаптерам, они могут использоваться для соединения станций и без коаксиального кабеля. Их можно рассматривать как концентрато­ры, и им необходимо питание от сети переменного тока. Широкого распростране­ния в нашей стране многопортовые трансиверы не получили, поскольку были вытеснены более прогрессивными и дешевыми вариантами.

 

Таблица 1.

Разъем AUI-порта Ethernet

Рис. 5. Многопортовый трансивер

 

При необходимости увеличения размера сети кабельные сегменты могут со­единяться между собой активными устройствами-повторителями. Места под­ключения повторителей – любые разрешенные точки подключения (не обяза­тельно концы сегментов). Максимальное количество кабельных сегментов, соединяемых в цепочку с помощью повторителей, – 5. Применение многопорто­вых повторителей позволяет соединять “звездой” или “деревом” и большее чис­ло кабельных сегментов, но на любом пути в этой структуре должно быть не бо­лее 5 сегментов, из них для подключения узлов может использоваться не более трех. Остальные сегменты (trunk segment) могут иметь только две точки под­ключения – для повторителей Количество повторителей между любой парой узлов – не более четырех. Эти ограничения называются правилом “5-4-3”: 5 сегментов, 4 повторителя, 3 “населенных” сегмента (рис. 6). Топологические огра­ничения 10Base5:

Длина кабельного сегмента – до 500м, ответвления недопустимы.

 Подключение трансиверов - по рискам на кабеле (расстояние кратно 2,5 м).

 Максимальное количество точек подключения трансивера – 100.

Максимальная длина трансиверного кабеля – 50 м. При использовании многопортовых трансиверов под ней подразумевается суммарная длина кабелей от адаптера до коаксиального кабеля, каждый многопортовый трансивер на этом пути уменьшает допустимую длину на 10 м.

Применение повторителей по правилу “5-4-3”.

Максимальное количество узлов — 1024.

 Допустимое напряжение гальванической развязки трансивера и адаптера – 1 – 5 кВ.

10Base2 – облегченный вариант Ethernet на коаксиальном кабеле (рис. 7). Синонимы: Thin («тонкий») Ethernet, ThinNet, CheaperNet («дешевая сеть»). Кабель — тонкий коаксиальный RG-58 с волновым сопротивлением 50 Ом, име­ющий среднее затухание и помехозащищенность. Максимальная длина кабель­ного сегмента — 185 м, хотя имеется и аппаратура, допускающая длину сегмента 300 м. Топология — шина, на концах устанавливаются 50-омные терминаторы, ответвления недопустимы. Адаптеры 10Base2 имеют встроенный трансивер, оканчивающийся BNC-разъемом. BNC-разъем гальванически развязан со схема­ми адаптера, напряжение изоляции 100-150 В. К кабелю адаптеры подключают­ся с помощью Т-коннекторов, минимальное расстояние между точками подклю­чения 0,5 м. Кабельные сегменты могут объединяться повторителями, правила аналогичны 10Base5. Топологические ограничения 10Base2:

 Длина кабельного сегмента – до 185 (300) м, ответвления недопустимы.

 Расстояние между точками подключения - не менее 0,5 м.

 Максимальное количество точек подключения – 30.

 Применение повторителей по правилу “5-4-3”.

 Максимальное количество узлов – 1024.

 Допустимое напряжение гальванической развязки трансивера и адаптера – 100 – 150 В.

По электрическим сигналам, передаваемым по коаксиальному кабелю, 10Base2 и 10Base5 совместимы. Возможно построение комбинированных сегментов, со­стоящих из “тонкого” и “толстого” кабелей. К “тонкому” кабелю воз­можно подключение адаптера 10Base5 через AUI-интерфейс с помощью внешне­го трансивера.

Коаксиальные кабели 10Base2 н 10Base5 требуют заземления. Каждый кабельный сегмент (экранирующая оплетка) должен заземляться в одной и только одной точке. Коаксиальный кабель гальванически развязан со «схемной землей» адаптера. Соприкосновение металлических корпусов ВNС-разъемов с металлическими корпусами других разъемов может приводить к помехам.

10BaseT — Ethernet на витой паре (Twisted-Pair Ethernet) категории не ниже 3, используется 2 пары проводов. Топология — звезда, в центре которой находит­ся активное устройство-концентратор — повторитель (хаб) или коммутатор (рис.8,а). Возможно двухточечное соединение пары узлов без применения концентратора (рис. 8, б). Преимущества звезды по сравнению с шиной следу­ющие:

 к каждому узлу подходит только один гибкий кабель (луч);

 повреждение одного лучевого кабеля приводит к отказу соединения толь­ко одного узла;

 возможность контроля состояния каждой линии связи, обеспечения кон­фиденциальности передачи;

 возможность перехода от разделяемой к коммутируемой среде передачи.

На уровне сигналов 10BaseT значительно отличается от коаксиальных версий Ethernet. Здесь используется то же манчестерское кодирование, но передача и прием данных производятся по разным парам проводов. Разделение цепей из­меняет способ определения коллизий: передатчик обнаруживает коллизию по факту получения сигнала приемником во время работы передатчика (transmit mode collision detection). Для проверки целостности линии раз и 16 мс узлы обмениваются специальными импульсными посылками NLP (Normal Link Pulses), они же называются Link Beat Signal. Отсутствие этих импульсов в течение определенного времени рассматривается как обрыв линии (отключение абонента) и может использоваться средствами сетевого управления. Стандарт определяет тип разъема: на адаптерах устанавливается 8-позиционное модульное гнездо RJ-45, на активном – аналогичные гнезда или 50-контактные разъемы RJ-21 (Telco). Назначение контактов RJ-45 приве­дено в табл. 2. Графа MDI (Media Dependent Interface) соответствует гнездам адаптеров, а у коммуникационного оборудования – гнездам “UpLink”, предназ­наченным для каскадирования (см. 1.1.2.6); графа MDIX (Media Dependent Interface Xover=Crossover – перевернутый) соответствует гнездам коммуникационного оборудования, предназначенным для подключения абонентов. При соединении порта MDI с портом MDIX используется прямой кабель (рис. 8, в), при соедине­нии двух портов MDI (например, при двухточечной связи пары компьютеров) или двух портов MDIX (при соединении двух коммуникационных устройств) ис­пользуется перекрестный (crossover) кабель (рис. 8, г). На рис. 8, а и б, пере­крестные кабели помечены буквой “х”. Минимальная длина кабеля – 2,5 м, мак­симальная – 100 м. Кабель может вносить затухание до 11,5 дБ в диапазоне час­тот 5 – 10 МГц, максимальная задержка сигнала в кабельном сегменте – 1 мкс (это соответствует длине кабеля UTP категории 5 около 200 м, но применять кабель длиной более 100 м не рекомендуется). Импеданс кабеля – 85-150 Ом (Cablеtron допускает 75 – 165 Ом). Цепи приемопередатчиков имеют гальваническую развяз­ку от “схемной земли” адаптера, типовое напряжение изоляции 100 В. Подразу­мевается, что витой парой соединяется заземленное оборудование.

На разъемы RJ-21 (Telco) могут выводиться до 12 портов 10BaseT (табл. 3), здесь же показан переход на обычные гнезда RJ-45.

Количество узлов в сегменте – до 1024, большое число узлов достигается применением многопортовых повторителей и их каскадного соединения. Прави­ло “5-4-3” трансформируется в “правило четырех хабов”: между любыми двумя узлами не должно быть более четырех хабов.

Рис. 8. Сеть 10BaseT/100BaseTX: a – звезда, б – двухточечное соединение, в – прямой кабель, е – перекрестный кабель

Разделение цепей приема и передачи позволяет реализовать полнодуплексный режим (full duplex mode) обмена данными между двумя точками: одновремен­ный прием и передачу. В отличие от обычного (полудуплексного) режима, в пол­нодуплексном коллизий не существует. Однако этот режим уже не может ис­пользовать разделяемую среду передачи, для него необходимо применение коммутаторов (полнодуплексную связь можно установить и при непосредствен­ном двухточечном соединении конечных систем). В полнодуплексном режиме должны приниматься специальные меры для защиты от перегрузки принимаю­щего буфера.

10BaseF и FOIRL – несколько вариантов сети на оптоволоконном кабеле (рис. 9). Здесь, как и в 10BaseT, линии передачи и приема разделены и исполь­зуется двухточечное соединение или звездообразная топология. Каждый оптиче­ский трансивер имеет два разъема – передатчика (Тх) и приемника (Rx), выход передатчика одного узла соединяется отдельным волокном со входом приемни­ка. Центром звезды обычно является активное устройство (повторитель или коммутатор) – стандарты FOIRL, 10BaseFL и 10BaseFB. Есть и стандарт 10ВаseFP, в котором центральным элементом является пассивный разветвитель, здесь реализуется разделяемый доступ к среде на уровне оптических сигналов.

Рис. 9. Оптические соединения Ethernet

 

Протокол FOIRL (Fiber Optic Inter Repeater Link) предназначен для связи портов повторителей и станций с АUI-портами. Трансиверы FOIRL представля­ют собой компактные устройства, у которых с одной стороны имеется AUI-интерфейс (вилка DB-15P), с другой – пара коннекторов ST. Устанавливаются прямо на разъем AUI-порта адаптера (без трансиверного кабеля). Выпускаются в вариантах для ММ- и SM-волокна. Протокол полностью совместим с 10BaseFL.

10BaseF – обобщенное название трех протоколов: 10BaseFL, 10BaseFB и 10BaseFP.

10BaseFL (Fiber Link) – универсальная оптическая связь для соединения портов концентраторов, станций и подключения к пассивному разветвителю 10BaseFP. Совместима с FOIRL, но с ограничением по дальности для ММ-волокна в 1 км. Для дальней связи используют одномодовые порты, с одномодовым волокном длина линии ограничивается задержкой распространения сигнала (5 км в полудуплексе и 10 км в дуплексе). Одномодовые порты позволяют ис­пользовать и многомодовый кабель, но при этом ограничение на длину (2 км) определяется затуханием.

10BaseFP (Fiber Passive) – сеть со звездообразной топологией на пассивном разветвителе-звезде. Разветвитель может объединять до 33 станций (потери включения 16-20 дБ), удаленных от него до 500 м. Подключаемые узлы должны иметь порты 10BaseFL.

10BaseFB (Fiber Backbone) – оптическая магистраль для связи между кон­центраторами (повторителями). Основная особенность – синхронная передача (синхронный Ethernet): в паузах между кадрами порт передает специальную после­довательность-заполнитель, постоянно поддерживающую синхронизацию при­емника и передатчика. Синхронность позволяет преодолеть ограничение на число повторителей (4) в цепочке: их может быть до 12-15-ти (некоторые производи­тели заявляют и до 30). Длина цепочки ограничена временем распространения сигнала между дальними узлами (25,6 мкс). В протокол входит и удаленная сиг­нализация отказа линии, в результате чего о разрыве одного волокна “узнают” концентраторы с обоих его концов, что может использоваться для задействова­ния резервной линии. С протоколами 10BaseFL или FOIRL совместимости нет.

Для протоколов 10BaseF и FOIRL чаще используется многомодовое (ММ) волокно и длина волны 850 нм, хотя выпускаются и модели с одномодовыми (SM) портами (1310 нм). Смешанное соединение портов (SM с ММ) недопусти­мо. Наиболее распространено оборудование стандартов 10BaseFL и FOIRL, круг производителей 10BaseFP и 10BaseFB очень узок.

 

1.1.2.4. Стандарты Fast Ethernet 100 Мбит/с

 

Варианты Fast Ethernet со скоростью передачи данных 100 Мбит/с описываются стандартом IEEE 802.3u – дополнительными главами 802.3, принятыми в 1995 году. Они основаны на том же методе доступа CSMA/CD с сохранением форматов кадров. При этом все соотношения, измеренные в битовых интервалах, сохраняются. Поскольку длительность битового интервала сократилась в 10 paз (до 10 нс), максимально допустимое время прохождения между двумя узлами сократилось до 2,6 мкс, что привело к ужесточению топологических ограничений. Все разновидности используют звездообразную топологию с активным устройством в центре, возможно и непосредственное соединение пары станций.

Стандарт 802.3u опирается на те же уровни MAC и LLC, которые были определены в исходном 802.3; изменения касаются физического уровня. Физический уровень является трехслойным:

reconciliation sublayer – уровень согласования с МАС-уровнем 802.3, ориентированным на АUI-интерфейс.

МII (Media Independent Interface) – электрический интерфейс, независимый от среды передачи. Представляет собой спецификацию сигналов ТТЛ-уровня, использует 40-контактный штырьковый разъем. По идее он напоминает интерфейс AUI, но располагается на другом уровне. Длина ка­беля МII не должна превышать 0,5 м. Наличие доступного интерфейса МII не является обязательным.

PHY (Physical layer device) – устройство физического уровня, привязанное к конкретной среде передачи (100BaseTX, 100BaseFX или 100BaseT4).

Устройство физического уровня выполняет логическое кодирование – пре­образование 4В/5В или 6В/8Т, физическое кодирование и присоединение к сре­де передачи, и необязательно – автоматическое согласование режимов передачи. Физический уровень в 100BaseTX и 100BaseFX позаимствован из технологии FDDI, в 100BaseT4 применена оригинальная разработка.

100BaseTX – наиболее популярная версия Fast Ethernet, использующая две витые пары категории 5. По использованию разъемов полностью соответствует 10BaseT (табл. 2 и рис. 8). Возможна работа в полудуплексном и полнодуплексном режимах. Логическое кодирование производится по схеме 4В/5В – 4 бита исходной информации преобразуются в 5-битный символ. Избыточность используется для повышения достоверности и служебных целей. Метод физическо­го кодирования MLT-3 заимствован из TP-PMD – “медной” реализации FDDI. В паузе между кадрами в линию посылается последовательность символов Idle.

100BaseT4 – версия, использующая 4 витых пары категории не ниже 3. Кро­ме однонаправленных пар, используемых в 100BaseTX и 10BaseT, здесь две до­полнительные пары являются двунаправленными и служат для распараллелива­ния передачи данных (табл. 4). Кадр передается по трем линиям параллельно, что позволяет снизить пропускную способность каждой пары до 33,3 Мбит/с. Каждые 8 бит (двоичных разрядов – Binary), передаваемые по конкретной паре, кодируются шестью троичными (Ternary) цифрами (кодирование 8В/6Т). В ре­зультате при битовой скорости 33,3 Мбит/с скорость изменения сигналов в ли­нии составляет 25 Мбод (33,3х6/8=25). Эти меры позволяют сузить необходи­мую полосу пропускания кабеля до требований категории 3 (16 МГц). Четвертая пара при передаче используется для прослушивания сигнала от противополож­ного передатчика – по его появлению определяется факт коллизии. Для под­ключения конечных узлов к портам активного оборудования используется “пря­мой” кабель (рис. 10, а), для непосредственного соединения конечных узлов или соединения двух коммуникационных устройств применяют “перекрестный” кабель (рис. 10, б).

Таблица 4