Апаратура 100BASE-T4

Основна відзнака апаратури 100BASE-T4 від 100BASE-TX полягає в тому, що передача проводиться не по двох, а по чотирьох неекранованих витих парах (UTP). При цьому кабель може бути менш якісним, чим в разі 100BASE-TX (категорії 3, 4 або 5). Прийнята в 100BASE-T4 система кодування сигналів забезпечує ту ж саму швидкість 100 Мбіт/с на будь-якому з цих кабелів, хоча стандарт рекомендує, якщо є така можливість, все-таки використовувати кабель категорії 5.

Схема об'єднання комп'ютерів в мережу нічим не відрізняється від 100BASE-TX (рис. 12.1). Комп'ютери приєднуються до концентратора по схемі пасивної зірки. Довжина кабелів так само не може перевищувати 100 метрів (стандарт і в цьому випадку рекомендує обмежуватися 90 метрами для 10-процентного запасу).

Як і в разі 100BASE-TX, для підключення мережевого кабелю до адаптера (трансиверу) і до концентратора використовуються 8-контактні роз'єми типа RJ-45. Але в даному випадку задіяні вже все 8 контактів роз'єму. Призначення контактів роз'ємів представлене в таблиці 12.3.

TX| – передача даних, RX| – прийом даних

BI| – двонаправлена передача

Обмін даними йде по одній передавальній витій|крученій| парі, по одній приймальні витій|крученій| парі і по двох двонаправлених витих|кручених| парах з використанням трирівневих диференціальних сигналів.

Для зв'язку двох комп'ютерів без застосування концентраторів використовується перехресний кабель. У звичайному ж прямому кабелі, вживаному для зв'язку комп'ютера з концентратором, сполучені однойменні контакти обох роз'ємів. Схеми кабелів приведені на рис 12.4. Якщо перехресне з'єднання передбачене усередині концентратора, то відповідний порт повинен позначатися буквою "Х". Тут все точно так, як і в разі 100BASE-TX і 10BASE-T.

Мал. 12.4. Прямий і перехресний кабель мережі 100BASE-T4

Для реалізації передачі інформації із швидкістю 100 Мбіт/с по кабелю з малою смугою пропускання (категорії 3) в сегменті 100BASE-T4 використовується оригінальний принцип кодування інформації, 8В/6Т, що називається. Його ідея полягає в тому, що 8 битий, які треба передати, перетворяться в 6 тернарных (трирівневих з рівнями -3,5 У +3,5 У і 0 В) сигналів, які потім передаються за два такти по трьом витим парам. При шестирозрядному тризначному коді спільне число можливих станів дорівнює 36 = 729, що більше, ніж 28 = 256, тобто жодних проблем із-за зменшення кількості розрядів не виникає. В результаті по кожній витій парі передається інформація із швидкістю 25 Мбіт/с, тобто потрібна смуга пропускання всього 12,5 Мгц ().рис. 12.5 Додатково сигнали, передавані в кабель, кодуються по методу MLT-3.

Мал. 12.5. Кодування інформації 8В/6Т в сегменті 100BASE-T4

Для передачі інформації одночасно використовуються дві двонаправлені виті пари (BI_D3 і BI_D4) і одна однонаправлена (TX_D1 або RX_D2). Четверта витаючи пара, що не бере участь в передачі інформації (TX_D1 або RX_D2) застосовується для виявлення колізій (рис. 12.6).

Мал. 12.6. Використання ліній зв'язку при передачі і прийомі

Для контролю цілісності мережі в 100BASE-T4 також передбачена передача спеціального сигналу FLP між мережевими пакетами. Наявність зв'язку відображається світлодіодами "Link". Сигнали FLP також використовуються для автоматичного узгодження швидкостей передачі (див. розділ "Автоматичне визначення типа мережі")

Апаратура 100BASE-FX|

Застосування оптоволоконного кабелю в сегменті 100BASE-FX дозволяє істотно збільшити протяжність мережі, а також позбавитися від електричних наведень і підвищити секретність передаваної інформації.

Апаратура 100BASE-FX дуже близька до апаратури 10BASE-FL. Так само тут використовується топологія пасивна зірка з підключенням комп'ютерів до концентратора за допомогою двох різноспрямованих оптоволоконних кабелів (рис. 12.7).

Мал. 12.7. Підключення комп'ютерів до мережі 100BASE-FX

Між мережевими|мережними| адаптерами і кабелями можливе включення|приєднання| виносних трансиверів. Як і в разі|у разі| сегменту 10BASE-FL|, оптоволоконні кабелі підключаються до адаптера (трансиверу) і до концентратора за допомогою роз'ємів типа|типу| SC|, ST| або FDDI|. Для приєднання роз'ємів SC| і FDDI| досить просто вставити їх в гніздо|кубло|, а роз'єми ST| мають байонетный| механізм.

Максимальна довжина кабелю між комп'ютером і концентратором складає 412 метрів, причому це обмеження визначається не якістю кабелю, а встановленими|установленими| тимчасовими співвідношеннями. Згідно|згідно з| стандарту, застосовується мультимодовий| або одномодовий кабель з|із| довжиною хвилі світла 1,35 мкм|. У останньому випадку втрати потужності сигналу в сегменті (у кабелі і роз'ємах) не повинні перевищувати 11 дБ|. При цьому треба враховувати, що втрати в кабелі складають 1—2 дБ| на кілометр довжини, а втрати в роз'ємі – від 0,5 до 2 дБ| (за умови, що|при умові , що| роз'єм встановлений|установлений| якісно).

Як і в інших сегментах Fast Ethernet, в 100BASE-FX передбачений контроль цілісності мережі, для чого в проміжках між мережевими пакетами по кабелю передається спеціальний сигнал. Цілісність мережі відображається світлодіодами "Link".

Використовуваний метод кодування – 4В/5В (як і в сегменті 100BASE-TX), що дозволяє досить просто здійснювати сполучення цих двох сегментів (інколи вони навіть об'єднуються в єдиний стандарт 100BASE-X). Додаткове кодування – NRZI.

Автоматичне визначення типу|типу| мережі|сіті| (Auto-Negotiation|)

Функція автоматичного визначення типа|типу| мережі|сіті| (або швидкості передачі), передбачена стандартом Ethernet|, не є|з'являється| обов'язковою. Проте|однак| її реалізація в мережевих|мережних| адаптерах і концентраторах дозволяє істотно|суттєвий| полегшити життя користувачам мережі|сіті|. Особливо це поважно на сучасному етапі, коли широко застосовуються як рання версія Ethernet| із швидкістю обміну 10 Мбіт/с, так і пізніша версія Fast| Ethernet| із швидкістю 100 Мбіт/с.

Функція автодіалогу або автоузгодження (так можна перевести Auto-Negotiation) дозволяє адаптерам, в яких передбачено перемикання швидкості передачі, автоматично підстроюватися під швидкість обміну в мережі, а концентраторам, в яких передбачений автодіалог, самим визначати швидкість передачі адаптерів, підключених до їх портів. При цьому користувач мережі не повинен стежити за тим, на яку швидкість обміну налаштована його апаратура: система сама вибере максимально можливу швидкість.

Відразу слід зазначити, що режим автодіалогу застосовується тільки в мережах на основі сегментів, що використовують виті пари: 10BASE-T, 100BASE-TX і 100BASE-T4. Для сегментів на базі коаксіального кабелю і оптоволоконного кабелю, автодіалог не передбачений. Шинні сегменти на коаксіальному кабелі не дають можливості двоточкового зв'язку, тому в них неможливе попарне узгодження абонентів. А в оптоволоконних сегментах застосовується інша система службових сигналів, передаваних між пакетами.

Автодіалог заснований на використанні сигналів, передаваних в Fast Ethernet, які називаються FLP (Fast Link Pulse) по аналогії з сигналами NLP (Normal Link Pulse), вживаними в сегментах 10BASE-T. Так само, як і NLP, сигнали FLP зачинають вироблятися з включенням живлення відповідної апаратури (адаптера або концентратора) і формуються в паузах між передаваними мережевими пакетами, тому вони ніяк не впливають на завантаження мережі. Саме сигнали FLP і передають інформацію про можливості підключеної до даного сегменту апаратури.

Оскільки апаратура 10BASE-T розроблялася до створення механізму автодіалогу, для автоматичного визначення типа мережі необхідно обробляти не лише сигнали FLP, але і NLP. Це також передбачено в апаратурі, що підтримує автодіалог. Природно, в такій апаратурі, як правило, закладена можливість відключення режиму автодіалогу, щоб користувач сам міг задати режим роботи своєї мережі.

Окрім вже згадуваних сегментів 10BASE-T, 100BASE-TX і 100BASE-T4 автодіалог забезпечує обслуговування так званих повнодуплексних (full duplex) сегментів мережі Ethernet (10BASE-T Full Duplex) і мережі Fast Ethernet (100BASE-TX Full Duplex).

Роздивимося|розглядатимемо| особливості повнодуплексного режиму передачі.

Як уже згадувалося, зв'язок між абонентами буває трьох основних видів:

• сімплексна|симплексна| (завжди тільки|лише| в один бік)
• напівдуплексна (по черзі то в один бік, то в інший)
• повнодуплексна (одночасно в дві сторони).

Класичний Ethernet| використовує напівдуплексний зв'язок: по його єдиному кабелю в різний час може минати|проходити| різноспрямована інформація. Це дозволяє легко реалізувати обмін між великою кількістю абонентів, але|та| вимагає складних методів доступу до мережі|сіті| (CSMA/CD).

Повнодуплексна версія Ethernet| набагато простіша. Вона призначена для обміну тільки|лише| між двома абонентами по двох різноспрямованих кабелях, причому передавати можуть обидва абоненти відразу, одночасно. Дві переваги такого підходу зрозумілі відразу:

• не потрібний ніякого|жодного| механізму доступу до мережі|сіті|
• у ідеалі пропускна спроможність повнодуплексної лінії зв'язку виявляється|опиняється| удвічі|вдвічі| вищою, ніж при напівдуплексній передачі.

Режим повного|цілковитого| дуплексу набагато складніше реалізувати технічно|технічний|, тому повнодуплексні версії Ethernet| і Fast| Ethernet| знаходяться|перебувають| все ще на стадії стандартизації, єдиних правил обміну поки не вироблено, і апаратура різних виробників може грунтуватися на різних принципах обміну. Проте|тим не менше|, автодіалог вже орієнтований на їх розпізнавання і використання.

При проведенні автодіалогу застосовується таблиця пріоритетів (табл. 12.4), у якій повнодуплексні версії мають вищі пріоритети, ніж класичні напівдуплексні, оскільки вони швидші. Вибирається версія з максимально можливим для обох абонентів пріоритетом.

1 – вищий пріоритет, 5 – нижчий пріоритет

З таблиці виходить, що якщо, наприклад, апаратура на обох кінцях сегменту підтримує обмін з двома швидкостями, наприклад, в режимах 10BASE-T і 100BASE-TX, то в результаті автодіалогу буде вибраний режим 100BASE-TX, як більший пріоритет, що має (що забезпечує велику швидкість).

Автодіалог передбачає також дозвіл ситуацій, коли на одному кінці кабелю підключена двошвидкісна апаратура, а на другом– односкоростная. Наприклад, якщо двошвидкісний адаптер приєднаний до концентратора 10BASE-T, в якому не передбачена можливість автодіалогу, то він не отримуватиме сигнали FLP, а тільки NLP. В результаті дії механізму автодіалогу адаптер буде перемкнутий в режим концентратора 10BASE-T. Так само, якщо двошвидкісний концентратор приєднаний до односкоростному адаптера 100BASE-TX, не розрахованому на автодіалог, то концентратор перейде в режим адаптера 100BASE-TX. Цей механізм однобічного визначення типа мережі називається паралельним детектуванням (Parallel Detection).

У будь-якому випадку, автодіалог не може забезпечити більшої швидкості, чим найповільніший з компонентів мережі. Таким чином, якщо до репітерному концентратора, в якому є функція автодіалогу, підключено два адаптери: односкоростной 10BASE-T і двошвидкісний (10BASE-T і 100BASE-TX), то вся мережа буде налаштована на роботу за стандартом 10BASE-T, оскільки ніякого накопичення інформації і ніякий її обробки в репитерном концентраторі не передбачено. Приєднання до такого концентратора двох неперебудовуваних (односкоростных) адаптерів з різними швидкостями робить мережу непрацездатної. Інколи в конструкції репітерів передбачається автоматичне відключення портів, до яких приєднані неперебудовувані низькошвидкісні (10BASE-T) адаптери. Деякі концентратори (найскладніші) можуть автоматично перекоммутувати порти так, щоб сегменти із швидкістю 10 Мбіт/с обмінювалися інформацією тільки між собою, а сегменти із швидкістю 100 Мбіт/с – между собою.

Окрім власне визначення типа|типу| мережі|сіті| і вибору максимально можливої швидкості обміну автодіалог забезпечує і деякі додаткові можливості|спроможності|. Зокрема, він дозволяє визначати, чому порушився зв'язок в процесі роботи, а також обмінюватися інформацією про помилки. Для передачі цієї додаткової інформації використовується той же самий механізм, що і для основного автодіалогу, але|та| тільки|лише| після того, як встановлений|установлений| тип мережі|сіті| і швидкість передачі. Дана функція називається "Функцією наступної|такої| сторінки" (Next| Page| function|).

Обмін інформацією при автодіалозі проводиться посилками (пакетами) FLP-импульсов, якими кодується 16-бітове слово. Кожна посилка містить від 17 до 33 імпульсів, ідентичних імпульсам NLP, які використовуються в 10BASE-T. Посилки мають тривалість близько 2 мс і передаються з періодом 16,8 мс (рис.12.8).

Мал. 12.8. Тимчасова діаграма автодіалогу і 10BASE-T

Для кодування бітів в FLP застосовується наступний код. На початку кожного бітового інтервалу передається імпульс. В середині біта, відповідного логічній одиниці, передається ще один імпульс. В середині біта, відповідного логічному нулю імпульсу немає. Цей код ілюструється рис. 12.9. На початку посилки передається стартовий нульовий біт, саме тому спільна кількість імпульсів в посилці FLP може змінюватися в межах від 17 до 33.

Обмін інформацією при автодіалозі здійснюється 16-бітовими словами, званими LCW (Link Code Word), з форматом, представленим на рис. 12.10.

Мал. 12.9. Код, вживаний при автодіалозі

Мал. 12.10. Формат слова LCW, вживаного в автодіалозі

П'ятирозрядне поле селектора (Selector| Field|) визначає один з 32 можливих типів стандарту мережі|сіті|. В даний час|нині| для нього використовується тільки|лише| дві коди: код 00001 відповідає стандарту IEEE| 802.3, а код 00010 – IEEE| 802.9.

Восьмирозрядне поле технологічних особливостей (Technology Ability Field) визначає тип мережі в межах стандарту, заданого бітами поля селектора. Для стандарту IEEE 802.3 поки що визначено п'ять типів, які представлені в таблиці 12.4.

Біт видаленої|віддаленої| помилки RF| (Remote| Fault|) дозволяє передавати інформацію про наявність помилок. Біт підтвердження Ack| (Acknowledge|) використовується для підтвердження отримання|здобуття| посилки|посилання|. Нарешті|урешті|, біт наступної|такої| сторінки NP| (Next| Page|) говорить про підтримку функції наступної|такої| сторінки, про те, що абонент збирається передавати ще і додаткову інформацію в наступному|такому| слові.

У автодіалозі використовується спеціально розроблений протокол з|із| багатократним|багаторазовим| підтвердженням ухвалення|приймання| посилок|посилань|. У випадку якщо автодіалог відбувається|походить| між абонентами 1 і 2, послідовність дій абонентів буде такою.

1. Абонент 1 передає свою посилку (LCW) з невстановленим (рівним нулю) бітом Ack.

2. Абонент 2 у відповідь зачинає передавати послідовні у відповідь посилки (LCW).

3. Коли абонент 1 отримує три послідовні посилки від абонента 2 (битий Ack при цьому ігнорується), він передає посилку зі встановленим (рівним одиниці) бітом Ack (підтверджує правильний прийом LCW від абонента 2).

4. Абонент 2 продовжує передавати свої LCW зі встановленим бітом Ack.

5. Коли абонент 1 отримує три послідовні посилки від абонента 2 зі встановленим бітом Ack, він розуміє, що абонент 2 правильно прийняв його LCW.

6. Абонент 1 передає своє LCW зі встановленим бітом Ack 6—8 разів для гарантії, що діалог завершений повністю.

7. В результаті обидва абоненти отримують|одержують| інформацію про свого партнера і можуть вибрати той режим роботи, який забезпечить якнайкращі|найкращі| характеристики обміну.

Відповідно до цього алгоритму діють обидва абоненти, що беруть участь в автодіалозі. Як видно|показний|, тут реалізується механізм багатократного|багаторазового| взаємного підтвердження, що істотно|суттєвий| підвищує надійність передачі даних про апаратуру абонентів. При цьому також легко детектуються|детектують| помилкові ситуації, наприклад, несправності апаратури абонентів, порушення цілісності кабелю, несумісність апаратури абонентів і так далі

Для реалізації функції наступної сторінки використовується біт NP (див. рис. 12.10). Якщо обидва абоненти встановлюють його в своїх LCW, тобто обидва вони підтримують цю функцію, то між ними може бути проведений додатковий обмін інформацією такими ж 16-розрядними словами, але з іншим форматом. У цих словах 11 бітів відводиться на інформацію, а п'ять бітів використовуються як службові. Зокрема, це дозволяє проводити повнішу діагностику апаратури, а також виявляти підвищений рівень перешкод в лінії зв'язку.

Ймовірно|мабуть|, надалі принцип автодіалогу удосконалюватиметься, включаючи інші стандарти і типів|типи| мережі|сіті|, даючи можливість|спроможність| дозволу все нових завдань|задач|. Але|та| його реалізація в принципі неможлива при стандартній топології шина, тому, швидше за все|скоріш за все|, частка|доля| шинних сегментів (10BASE2 і 10BASE5) все більше скорочуватиметься. І в нових мережах|сітях| (Fast| Ethernet|, Gigabit| Ethernet|) шинні сегменти навряд чи появляться.