Ieee 802.3 ab 1000base t описание. Технология доступа к среде

Спецификация IEEE 802.3z определяет набор протоколов физического уровня, которые обеспечивают информационное взаимодействие в локальных сетях IEEE 802.3 со скоростью передачи данных до 1000 Мбит=1 Гигабит в секунду.

Первоначальная редакция спецификации IEEE 802.3z, которая была подготовлена в 1997 году, предусматривала использование трех типов среды передачи данных:

Одномодовое оптическое волокно

Многомодовое оптическое волокно 1000 Base SX

Экранированная витая пара (STP 150 Ом)

Обобщенные характеристики технологий 1000 Base SX, 1000 Base LX и 1000 Base CX представлены в таблице 8.6.:

Таблица 8.6.

Особенности технологий 1000 Base X

Повышение скорости передачи данных при переходе к технологиям 1000 Base X привело к необходимости произвести некоторые изменения в протоколах физического и канального уровня. Изменениям подверглись алгоритм линейного кодирования и длина минимального кадра.

Алгоритм линейного кодирования технологий 1000 Base X

Схема модуляции 8В10В является логическим продолжением алгоритма линейного кодирования 4В5В, который был использован в технологиях 100 Base T(X). При использовании алгоритма линейного кодирования 8В10В максимальное число кодировок, которые предназначены для передачи данных (256) в четыре раза меньше, чем общее число возможных кодировок. Наличие такого запаса позволяет выбрать информационные кодировки таким образом, чтобы обеспечить возможность взаимной синхронизации генераторов и, кроме того, обеспечитьвыполнение некоторых дополнительных условий, которые являются специфическими для используемой среды передачи данных.

Для того, чтобы увеличить размер коллизионного домена в 1000 Base X, размер минимального кадра был увеличен до 4096 бит. Это было достигнуто путем добавления поля расширения после контрольной суммы.

Спецификация ieee 802.3ab 1000 Base t

Спецификация IEEE 802.3ab была предложена в 1999 году для того, чтобы обеспечить передачу данных со скоростью 1000 Мбит/сек по кабелю UTP 5 категории и при этом увеличить максимальную длину сегмента сети до 100 м.

При подготовке спецификации был использован ряд решений, которыенашли применение в предыдущих разработках IEEE 802.3:

Для передачи данных используется все 4 пары кабеля UTP- так же, как и в технологии 100 Base T4

Для формирования линейного кода используется многоуровневая амплитудная модуляция - так же, как и в технологиях 100 Base T4 и 100 Base T2

Протокол физического уровня 1000 Base t

Эти четыре пары кабеля UTP категории 5 образуют канал, по которому со скоростью 1000 Мбит в секунду данные могут передаваться в обоих направлениях. Поскольку максимальная допустимая скорость передачи данных по кабелю UTP категории 5 составляет не более 125 МГц, канал 1000 Base T должен обеспечивать передачу 8 бит данных в каждый период изменения сигнала (8 нс).

Для формирования линейного кода в технологии 1000 Base T используется метод, который называется 4D-PAM – 5 четырехмерная амплитудная модуляция с использованием 5 – уровневых символов. Число измерений соответствует количеству пар, которые используются для передачи данных, размерность N каждого символа должна удовлетворять соотношению:

Минимальным значением N, которое обеспечивает выполнение этого соотношения, является 5 (5 4 = 625). Использование служебных кодировок фактически снимает необходимость в дополнительном служебном поле кадра - преамбуле, поскольку функция обеспечения взаимной синхронизации тактовых генераторов возлагается на поток типа Idle. Кроме этого, наличие дополнительных незанятых кодировок позволяет использовать современные методы кодирования, которые обеспечивают обнаружение ошибок возникающих при передаче данных.

Использование одновременного приема и передачи данных по всем парам в кабеле UTP приводит к возникновению дополнительных источников помех, которыми в данном случае являются:

Отраженный от несогласованного окончания передаваемый сигнал (ECHO)

Сигналы, которые передаются по параллельным каналам (NEXT)

Для обеспечения возможности восстановления кода, который был искажен в процессе передачи, в технологии 1000BaseT используются методы конволюционного кодирования и декодирования (Trellis Code, Viterbi Decoder). При использовании таких методов кодирования значение формируемого кода зависит не только от предаваемого символа, но и от одного, или нескольких символов, которые были сформированы и переданы перед ним. Таким образом, после получения неверной кодировки, приемник может не только распознать наличие ошибки, но и попытаться восстановить правильный код, используя для этого значения уже принятых кодировок.

Для того, чтобы все компенсирующие процедуры и компоненты работали нормально, особенно важно наличие взаимной синхронизации между тактовыми генераторами взаимодействующих компонентов сети 1000 Base T.Причем в данном случае синхронизация должна быть абсолютной и односторонней – источником синхронизирующих импульсов является только один компонент, который использует свои импульсы для синхронизации передаваемого и принимаемого потоковв терминологии 1000 Base T, этот компонент называется MASTER. Второй компонент, который называется SLAVE, использует внешние импульсы, которые он восстанавливает из принимаемого сигнала для синхронизации своего передаваемого сигнала.

Таблица 8.7. Обобщенные характеристики технологии 1000 Base T.

Спецификация Auto-Negotiation (Авто согласование) была предложена специалистами комитета IEEE 802.3u для того, чтобы обеспечитьвозможность оперативного автоматического конфигурирования по принципу (Plug and Play) компонентов локальных гибридных (с точки зрения типа используемого протокола физического уровня) вычислительных сетей.

Операции процедурыAuto-Negotiation(AN)

Операции, которые выполняются впределах процедуры AN,разделены на два класса:

• Основная операция (Basic operation)
• Вспомогательные операции (Optional Operation)

Основная операция процедуры AN

В зависимости от типа взаимодействующих компонентов основная операция может выполняться в двух режимах:

• Оба взаимодействующих устройства поддерживают процедуру AN
• Только одно из взаимодействующих устройств поддерживает процедуру AN

Во втором случае более умное устройство должно определить единственный тип технологии, которую поддерживает его визави путем исследования типа формируемых им сигналов.

Вспомогательные операции процедуры AN

Процедура AN предусматривает выполнение дополнительных операций, которые не применяются в ходе согласования параметров информационного обмена. Дополнительные операции используются длятого, чтобы обеспечить возможность быстрой локализации неисправности или предотвратить её возникновение. К числу таких дополнительных операций относятся:

• Интерфейс управления (Management Interface)
• Функция дополнительной страницы (Next Page Function)
• Сигнализация об ошибке на удаленной стороне (Remote Fault Indication)

Интерфейс управления

Интерфейсуправления обеспечивает механизм для сбора информации о проблемах, которыемогут возникнуть при выполнении процедуры AN. Вчастности, с помощью данной операции могут быть выполнены следующие действия:

• Установление причины, из-за которой установление соединения было признано невозможным
• Определение функциональных возможностей сети
• Изменение информационной скорости соединения

Функция дополнительной страницы

Для того, чтобы обеспечить возможность передачи дополнительной служебной информации между взаимодействующими устройствами, они могут обмениваться дополнительными кадрами (страницами). Использование этой функции позволяет передавать диагностическую информацию о проблемах, которые возникли в процессе выполнения основной процедуры AN, и обеспечивает возможность дальнейшего развития всей процедуры в целом.

Сигнализация об ошибке наудаленной стороне

Для того, чтобы представить партнеру по алгоритму AN информацию о характере возникших проблем (неправильный тип кабеля,неправильная раскладка используемых пар) используется операция сигнализации обошибке на удаленной стороне. Обычно результаты выполнения этой операциипередаются с использованием функции дополнительной страницы.

Принципы организации информационного обмена при выполнении процедуры Auto-Negotiation

Информация, которой партнеры обмениваются при выполнении процедуры Auto-Negotiation, представлена в виде кадровфизического уровня.

Транспортный механизм процедурыAuto-Negotiation

Дляпередачи данных между партнерами при выполнении процедуры Auto-Negotiation используется группа импульсов, которые называются Fast Link Pulses (FLP). Эта группа, структура которой представлена на рисунке, может состоять из 33 импульсов, которые следуют с периодом 62.5 микросекунд. Нечетные импульсы этой последовательности, которые отмечены на рисунке зеленым цветом, используютсядля синхронизации передаваемой группы. Шестнадцать четных импульсовFLP, которые нарисунке отмечены красным цветом, предназначены для передачи информационного слова . Наличие импульса в четной позиции FLP интерпретируется как «1», егоотсутствие как «0» соответствующего разряда информационного слова.

ПоследовательностьFLP передаетсяс периодом 16.8 миллисекунд. Значение периода повторения импульсов выбранотаким образом, чтобы в том случае, когда партнер не способен участвовать впроцедуре Auto-Negotiation, он мог бы интерпретироватьимпульсы FLPимпульсы в качестве обычных импульсов NLP.

Структура слова процедуры Auto-Negotiation

В таблице представлена структура базового слова (Link Code Word - LCW) процедуры Auto-Negotiation.

Поле тип технологии физического уровня

Зеленым цветом в таблице отмечено поле выбора разновидности технологии физического уровня (Selector Field) . Содержимое данного поля определяет, какая технология из набора IEEE 802(Ethernet, Token Ring), поддерживается данным устройством. В таблице приведены значения определенных на настоящий момент кодировок данного поля.

Поле тип протокола физического уровня

Синим цветом в таблице отмечено поле выбора типа протокола физического уровня . В таблице приведены значения определенных на настоящий момент кодировок данного поля. Остальные (А5-7) биты данного поля в настоящий момент определены значением «0».

Поле RF (Remote Fault)

Значение 1 в поле «ошибка на удаленном объекте» указывает партнеру на возникновение аварийной ситуации на ближнем взаимодействующем компоненте.

Поле Ack (Acknowledge)

Значение 1 в поле «подтверждение» указывает партнеру нато, что данная станция приняла как минимум три последовательных набора импульсов FLP.

ПолеNP (Next Page)

Значение 1 в поле «следующая страница» указывает партнеру на то, что данная станция предполагает участвовать в расширенном варианте информационного обмена, при котором могут быть использованы дополнительные, поотношению к основной, информационные страницы.

Описание алгоритма Auto–Negotiation

Для обеспечения выбора оптимальнойтипа протокола физического уровня из числа технологий поддерживаемых обоими участниками процесса Auto–Negotiation, используемые технологии упорядочены в порядке убывания предпочтения следующим образом:

• 100 Base TX Full–duplex
• 100 Base T4
• 100 Base TX
• 10 Base T Full-duplex
• 10 Base T

Процесс Auto–Negotiation состоит из шести последовательных стадий

1. Оба партнера обмениваются словами LCW в которых установлены значения бита Ack=0.
2. Станция определяют отношение партнера к процедуре Auto–Negotiation по наличию дополнительных по отношению LTP импульсов в принимаемой группе импульсов
3. Станция переходит в режим «ожидание», в котором она ожидает приема 3 полных последовательных групп FLP. После того, как станция принимает ожидаемые группы, она начинает передавать LCW с признаком Ack=1.
4. После того, как станция получает от партнера более трех последовательных LCW с установленным признаком Ack=1, она переходит в режим «подтверждение», в котором возможно выполнение дальнейших действий по согласованию параметров информационного обмена.
5. После передачи более 6-8 последовательных слов LCW станции могут принять участие в информационном обмене с использованием функции Next Page. Для этого они должны предварительно согласовать тип используемого протокола физического уровня.

Функция параллельногоопределения

Функция параллельного определения(Parallel Detection Function) используется в том случае, когдатолько одно из взаимодействующих устройств поддерживает алгоритм автоматического согласования параметров.

В том случае, если устройству «А»удастся определить тип протокола физического уровня, который поддерживает устройство «В», канал связи между этими устройствами переводится в активное состояние и дальнейший информационный обмен по данному каналу производится в соответствии с требованиями данного протокола. В противном случае канал переводится в пассивное состояние и для протокола верхнего уровня формируется диагностика – линия неисправна («Link Fail»). Недостаток данного метода заключается в том, что с его помощью невозможно определить устройство, которое поддерживает режим Full Duplex.

Функция следующей страницы

Эта функция является дополнительной, которая может быть реализована для обеспечения дополнительного информационного обмена в ходе выполнения процедуры AN.

Для информационного обмена могутиспользоваться два типа дополнительных станиц:

• Страница сообщения
• Неформатированная страница

На рис представлена структурастаницы сообщения:

В разрядах с D0-D10 станицы сообщения размещается код сообщения. Поле «код сообщения» отмечено на рисунке зеленым цветом. Обычнов данном поле размещается тип информации, которая будет передаваться в последующей неформатированной странице. Признаком завершения информационного обмена с использованием функции следующей страницы является код 00000000001.

На рис представлена структура неформатированной страницы

Синим цветом на рисунке отмечено расположение кодового поля неформатированной страницы.

В этом поле размещаются фиксированные коды, которые соответствуют типу сформированного сообщения: диагностическое сообщение о причине возникновения аварийной ситуации, уточнение типа используемого протокола физического уровня и т.д.

Служебные поля страницы сообщения и неформатированной страницы отмечены на рисунках желтым цветом.

ПолеT (Toggle)

Это поле используется для синхронизации передаваемых слов. Значение этого слова поочередно меняется из 1 в 0 для каждого последующего формируемого слова и таким образом, приемник может узнать о том, что он получает передаваемые слова без потерь.

Поле MP

Содержимое данного поляиспользуется для того, чтобы можно было отличить страницы разных типов.Значение MP=0 соответствует неформатированной странице.

Значение MP=1 соответствует странице сообщения.

Поля Ack и Ack2

Эти поля используются для размещения признаков, которые указывают на то что процесс информационного обмена с использованием дополнительных страниц протекает нормально.

Поле NP

Содержимое данного поля используется для того, чтобы указать на наличие или отсутствие следующей страницы, которая должна быть получена после данной. У последней дополнительной страницы в потоке признак NP устанавливается равным 1.

Спецификация IEEE 802.3x Flow Control

Cпецификация IEEE 802.3x определяет механизм выполнения процедуры Flow Control на канальном уровне IEEE 802.3.

Описание процедуры управления потоком

Для обеспечения управления потоком компоненты локальной сети обмениваются кадрами специального формата, которые называются кадры паузы (PAUSEFrames).

Структура кадра PAUSE Frame

На рис представлена структура кадра типа «Пауза». В первой строке таблицы размещены данные о длине соответствующего поля в байтах. Поля преамбулы и SFD не показаны. Признаком кадра этого типа является наличие кода 8808-0001 в смежных полях LENGTH/TYPE и OPCODE.

В поле DA (Destination Address) кадра данного типадолжен быть размещен код 01-80-C2-00-00-01, который представляет собой Multicast адрес станций, которые поддерживают выполнение данной процедуры, или Unicast адрес конкретного абонента всети, формирующего избыточный трафик для данной станции.

В поле SA (SOURCE Address) кадра типа «Пауза» помещается MAC – адресстанции, которая инициирует выполнение процедуры управления потоком.

В поле LENGTH/TYPE этого кадра размещается код 8808 зарезервированный IEEE для кадров, которые используются в процедурах управления на уровне MAC. Поле OPCODE содержит признак кадра управления потоком 0001. В последующих двух байтах размещается код, который соответствует размеру предлагаемой паузы, выраженному в битовых интервалах. Единица младшего разряда этого кода соответствует 512 битовым интервалам используемой технологии. Таким образом, размер предлагаемой паузы для технологий Fast Ethernet может иметь значение от 0 до 0.3 секунды. Остальные поля данного кадра зарезервированы для дальнейшего использования или выполняют служебные функции.

Режимы использования процедуры управления потоком

Процедурауправления потоком может выполняться в двух режимах:

• Симметричный режим
• Асимметричный режим

Симметричный режим управления потоком возможен в том случае, если оба взаимодействующих устройства могут формировать и правильно интерпретировать кадры типа PAUSE. В случае, если толькоодно из взаимодействующих устройств поддерживает процедуру управления потоком вполном объеме, используется асимметричный режим. В таблице приведены возможные варианты режима управления потоком в зависимости от заявленных возможностей партнеров по информационному взаимодействию.

Несколько портов могут быть объединены в высокопроизводительный, полнодуплексный "транк" для соединения коммутатор-коммутатор или сервер-коммутатор. Агрегирование портов обеспечивает высокоскоростное соединение с разделением нагрузки.

Для сегментации трафика, увеличения производительности и управляемости сети на коммутаторах настраиваются VLAN. Создание рабочих групп на основе VLAN обеспечит дополнительную безопасность данных и сети в целом за счет разделения доступа к ресурсам.

Для настройки коммутатора используется компьютер или терминал, подключенный к консольному интерфейсу RS-232. Посредством экранного меню настраиваются: приоритезация очередей, VLAN, агрегирование, зеркалирование, и другие режимы работы портов.

Топология - Звезда Протокол - CSMA/CD Скорость передачи данных Ethernet: 10 Мбит/с 20 Мбит/с (полный дуплекс)

Fast Ethernet: 200 Мбит/с (полный дуплекс)

Gigabit Ethernet: 2000 Мбит/с (полный дуплекс) Состав коммутатора Базовая конфигурация

16 или 24 порта 10/10 Мбит/с

1 свободный слот Коммутационная матрица

6,7 Гбит/с Функции, поддерживаемые встроенными портами

IEEE 802.3 10 Base-T/IEEE 802.3u 100 Base-TX

Поддержка полного/полудуплекса с ANSI/IEEE 802.3 автоопределением скорости

IEEE 802.3x поддержка Flow Control для полного дуплекса

MDI-II/MDI-X автоопределение полярности кабеля на всех портах

Транкинг портов: до 4 портов в транке

Кабели 10 Base-T: UTP категории 3, 4, 5 (100м.)

Кабели 100 Base-TX:UTP категории 5 (100м.) Производительность VLAN На базе портов Приоритезация очередей (QoS)

Стандарт IEEE 802.1p

Количество очередей: 4 Метод коммутации

Store-and-forvard Таблица MAC-адресов

17K на устройство

Динамическое построение Скорость продвижения пакетов (полудуплекс)

Ethernet: 14,880 pps на порт

Fast Ethernet: 148,810 pps на порт

Gigabit Ethernet: 1,488,100 pps на порт Объем буферной памяти

2 MByte на устройство Физические характеристики Питание

100 - 240 Вольт

внутренний универсальный блок питания, Потребление энергии

26 Ватт (максимально) Вес

DES-1218R 2,6 кг

DES-1226R 2,7 кг Размеры

441x207x44 мм Стандартная ширина для монтажа в19-ти дюймовую стойку, 1 U Температура

0 -50 С Влажность

5%-95% без конденсата.

Сервер локальной компьютерной сети

Сервер располагается в помещении аппаратной (к.119 1этажа) в 19 “ шкафу с запираемой дверью (сервер Is Mechaniks MD)

Cервер IS Mechanics Server MD (2-CPU)

Табл. 3.7. Характеристики сервера ЛВС

Раздел

Комплектующее

Артикул

Примечания

Платформа

INTEL SE7501HG2+ SC5200R

Intel E7501, 2xU320 AIC7902, 2xLAN 1000 Intel 82546EB, ATI RageXL 8Mb, 2x350W HS, FDD, CDROM

RackMount 19" 5U , 2xCPU

Процессор

Intel Xeon 2.4, 512kb/533Mhz

До 2x2,8 GHz/533, 512 Kb

Оперативная память

256MB, DDRAM ECC REG

DIMM 184 pin PC-2100

До 12Gb (до 6хDIMM, min. 2xDIMM)

Накопители на жестких дисках

USCSI-320 80pin, 4Mb cache, 10K

До 5 шт. объемом до 147 Gb каждый

Программное обеспечение

Основная идея Fast Ethernet (быстрого Ethernet) заключается в том, чтобы оставить без изменений все старые форматы кадров Ethernet, процедуры и лишь уменьшить битовый интервал со 100 нс до 10 нс. 100-мегабитный Ethernet (100 Base Ethernet, Fast Ethernet) использует тот же формат кадра, метод доступа в канал CSMA/CD, топологию звезда и управление передачей (LLC – подуровень), что и стандарт IEEE 802.3 (10Base-T Ethernet). Принципиальная разница заключена на физическом уровне – в реализации устройств PHY. Реально физическое устройство PHY – это чип на сетевом адаптере или на отдельном трансивере.

Типичная сеть Fast Ethernet состоит из узлов (nodes, компьютеров), соединенных средой передачи данных (кабельной или беспроводной) и специализированным сетевым оборудованием , таким как маршрутизаторы, концентраторы или коммутаторы.

Коммутаторы – это фундаментальная часть большинства современных сетей. Коммутатор, содержащит высокоскоростную плату, организующую пересылку кадров между портами. Средой передачи данных стала не только медь, но и оптоволокно. Кроме того, появились средства управления трафиком – протоколы IEEE 802.1.

К порту коммутатора может подключаться сегмент сети или только одна рабочая станция. Если оборудование работает в дуплексном режиме, то исключаются коллизии .

Существует множество различных типов коммутаторов. Коммутаторы, которые обеспечивают выделенное соединение для каждого узла внутренней сети компании, называются коммутаторами локальных сетей (LAN Switches) .

Технологии коммутации

Коммутация 2-го уровня

Коммутаторы работают на канальном уровне модели OSI. Они анализируют заголовки входящих кадров, принимают решение об их дальнейшей передаче на основе МАС - адресов , и передают кадры пунктам назначения.

Коммутация 2-го уровня – аппаратная. Передача кадра в коммутаторе может осуществляться специализированным контроллером, называемым Application-Specific Integrated Circuits (ASIC). Эта технология, разработанная для коммутаторов, позволяет поддерживать гигабитные скорости с небольшой задержкой.

Существуют 2 основные причины использования коммутаторов 2-го уровня – сегментация сети и объединение рабочих групп. Деление крупной сети на логические сегменты повышает производительность сети, гибкость построения сети, увеличивает степень защиты данных, и облегчает управление сетью.

Коммутация 3-го уровня

Коммутация 3-го уровня – это аппаратная маршрутизация, где передача пакетов обрабатывается контроллерами ASIC. Коммутаторы 3-го уровня принимают решения на основе информации сетевого уровня, а не на основе МАС -адресов.

Основная цель коммутации 3-го уровня – получить скорость коммутации 2-го уровня и масштабируемость маршрутизации.

Коммутатор 3-го уровня выполняет следующие функции:

на основе информации 3-го уровня (сетевых адресов) определяет путь к месту назначения пакета;

проверяет целостность заголовка 3-го уровня, вычисляя контрольную сумму;

проверяет время жизни пакета;

обновляет статистику в Информационной базе управления (Management Information Base-MIB);

обеспечивает управление безопасностью (если необходимо)

обеспечивает необходимое качество сервиса (QoS) для мультимедийных приложений чувствительных к задержкам передачи.

Основное отличие между маршрутизаторами и коммутаторами 3-го уровня заключается в том, что в основе коммутации 3-го уровня лежит аппаратная реализация. В маршрутизаторах общего назначения коммутация пакетов обычно выполняется программным образом.

Большинство современных коммутаторов работают на основе патентованных контроллеров ASIC. Коммутаторы, реализующие также функции сетевого уровня (маршрутизацию), оснащены, как правило, RISC-процессорами для выполнения ресурсоемких программ маршрутизации.

Коммутация 4-го уровня

В заголовке пакета сетевого уровня содержится информация о протоколах верхних уровней, такая как тип протокола и номер порта.

Простое определение коммутации 4-го уровня – это возможность принимать решение о передаче пакета, основываясь не только на МАС или IP адресах, но и на параметрах 4-го уровня, таких как номер порта TCP/UDP.

Когда коммутаторы выполняют функции 4-го уровня, они читают поля TCP и UDP внутри заголовка и определяют, какой тип информации передается в этом пакете.

Администратор сети может запрограммировать коммутатор обрабатывать трафик в соответствии с приоритетом приложений.

Характеристики, влияющие на производительность коммутаторов

Основными показателями коммутатора, характеризующими его производительность, являются:

скорость фильтрации кадров;

скорость продвижения кадров;

пропускная способность;

задержка передачи кадра.

Скорость фильтрации (filtering)

прием кадра в свой буфер;

уничтожение кадра, если его порт назначения и порт источника принадлежат одному логическому сегменту.

Обычно коммутатор успевает отбрасывать кадры в темпе их поступления.

Скорость продвижения (forwarding) определяет скорость, с которой коммутатор выполняет следующие этапы обработки кадров:

прием кадра в свой буфер;

просмотр адресной таблицы с целью нахождения порта для адреса назначения кадра;

передача кадра в сеть через найденный по адресной таблице порт назначения.

Как скорость фильтрации, так и скорость продвижения измеряется обычно в кадрах в секунду. По умолчанию считается, что эти показатели даются для протокола Ethernet и кадров минимального размера , то есть кадров длиной 64 байт (без преамбулы) с полем данных в 46 байт. Кадры минимальной длины всегда создают для коммутатора наиболее тяжелый режим работы.

Пропускная способность коммутатора измеряется количеством пользовательских данных (в мегабитах или гигабитах в секунду), переданных в единицу времени через его порты.

Максимальное значение пропускной способности коммутатора всегда достигается на кадрах максимальной длины , так как при этом доля накладных расходов на служебную информацию кадра гораздо ниже.

Задержка передачи кадра измеряется как время, прошедшее с момента прихода первого байта кадра на входной порт коммутатора до момента появления этого байта на его выходном порту. Величина вносимой коммутатором задержки зависит от режима его работы. Если коммутация осуществляется «на лету», то задержки обычно невелики и составляют от 5 до 40 мкс, а при полной буферизации кадров - от 50 до 200 мкс (для кадров минимальной длины).

Существует три основных версии Fast Ethernet : 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-FX. Все версии обладают одинаковой скоростью передачи – 100 Мбит/с, но используют разную среду передачи:

Для присоединения витой пары так же, как и в случае 10BASE-T используются 8-контактные разъемы типа RJ-45. звезда с концентратором в центре. Только сетевые адаптеры должны быть Fast Ethernet, и концентратор должен быть рассчитан на подключение сегментов 100BASE-TX .

Физический уровень Fast Ethernet имеет более сложную структуру, чем классический Ethernet. Физический уровень можно условно разделить на три элемента:

подуровень согласования (reconciliation sublayer);

независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, MII);

устройство физического уровня (Physical layer device, PHY).

Устройство физического уровня PHY также можно поделить на несколько подуровней:

подуровень физического кодирования PCS;

подуровень физического присоединения (PMA, Physical Medium Attachment);

подуровень зависимости физической среды (PMD, Physical Medium Dependent);

подуровень автопереговоров о скорости передачи данных (Auto-Negotiation).

Эта структура представлена на рисунке ниже.

Физический уровень PHY ответственен за прием данных в параллельной форме от MAC-подуровня, последовательную трансляцию их в один поток бит (TX или FX) или три потока бит (Т4) с возможностью побитной синхронизации и передачу их через разъем на кабель. Аналогично, на приемном узле уровень PHY должен принимать сигналы по кабелю, определять моменты синхронизации бит, извлекать биты из физических сигналов, преобразовывать их в параллельную форму и передавать подуровню MAC.

Интерфейс MII поддерживает независимый от используемой физической среды способ обмена данными между MAC-подуровнем и подуровнем PHY.

Подуровень согласования Reconciliation необходим для согласования команд между MAC-подуровнем и подуровнем независимого от среды интерфейса MII. Он определяет логические, электрические и механические характеристики для взаимодействия CSMA/CD – контроллера (канальный уровень) и различных физических сред.

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 (рисунок ниже). Микросхема трансивера реализует все функции устройства PHY.

Сетевой адаптер с внутренним интерфейсом MII (сетевой адаптер NIC рабочей станции)

Внешний вариант соответствует случаю, когда трансивер вынесен в отдельное устройство и соединен кабелем MII через разъем MII с микросхемой MAC-подуровня.

Разъем MII имеет 40 контактов, максимальная длина кабеля MII составляет 1 метр. Сигналы, передаваемые по интерфейсу MII, имеют амплитуду 5 В.

Использование внешнего трансивера с интерфейсом MII

Структура физического уровня Fast Ethernet на примере спецификации 100Base-FX представлена на рисунке ниже.

Физический уровень PHY FX

Между спецификациями PHY FX и PHY TX есть много общего, поэтому общие для двух спецификаций свойства будут даваться под обобщенным названием PHY FX/TX.

В спецификациях PHY FX/TX используется метод кодирования 4В/5В. Этот код обладает по сравнению с манчестерским кодом более узкой полосой спектра сигнала, а, следовательно, предъявляет меньшие требования к полосе пропускания кабеля. Однако введение избыточного бита вынуждает передавать биты результирующего кода 4B/5B со скоростью 125 Мбит/c, то есть время передачи одного бита (битовый интервал) в устройстве PHY составляет 8 наносекунд.

Так как из 32 возможных комбинаций 5-битовых кодовых слов для передачи 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 обозначения незанятого состояния среды используется служебный символ Idle (11111), который постоянно циркулирует между передатчиком и приемником, поддерживая их синхронизм и в периодах между передачами информации, а также позволяя контролировать физическое состояние линии.

Непрерывный поток данных спецификаций PHY FX/TX

После преобразования 4-битовых порций MAC-кодов в 5-битовые порции PHY их необходимо представить в виде оптических или электрических сигналов в кабеле, соединяющем узлы сети. Спецификации PHY FX и PHY TX используют для этого различные методы физического кодирования - NRZI и MLT-3 соответственно.

В спецификации PHYT4вместо кодирования 4B/5В используется кодирование 8B/6T. Каждые 8 бит информации MAC-уровня кодируются 6-ю троичными цифрами (ternary symbols). Каждая троичная цифра имеет длительность 40 наносекунд. Группа из 6-ти троичных цифр затем передается на одну из трех передающих витых пар, независимо и последовательно. Четвертая пара всегда используется для прослушивания несущей частоты в целях обнаружения коллизии. Скорость передачи данных по каждой из трех передающих пар равна 33,3 Мбит/c, поэтому общая скорость протокола 100Base-T4 составляет 100 Мбит/c. В то же время из-за принятого способа кодирования скорость изменения сигнала на каждой паре равна всего 25 Мбод, что и позволяет использовать витую пару категории 3.

Функция автопереговоров (Auto-negotiation) позволяет двум устройствам, соединенным одной линией связи, автоматически, без вмешательства оператора, выбрать наиболее высокоскоростной режим работы, который будет поддерживаться обоими устройствами.

Устройства DTE (сетевые адаптеры рабочих станций) напрямую присоединяются к коммутатору (direct-разводка), а коммутаторы (маршрутизаторы) присоединяются к другим устройствам соединения сегментов сетей при помощи “cross-over” разводки, то есть для этого нужны “cross-over”-патчкорды. Обычно у коммутаторов (маршрутизаторов) существует два вида портов – MDI и MDI-X. MDI – это порт с прямой разводкой, MDI-X – порт с внутренней функцией “cross-over”. Значит, в случае порта MDI-X, коммутаторы можно соединять обычным патчкордом.

Дополнительные функции коммутаторов

Коммутатор представляет собой довольно сложное вычислительное устройство, имеющее несколько процессорных модулей. Помимо выполнения основной функции передачи кадров с порта на порт современный коммутатор выполняет дополнительные функции, полезные при построении современных, расширяемых, надежных и гибких сетей. Среди них самые распространенные и наиболее используемые это:

Технологии Виртуальных Сетей – VLAN IEEE 802.q.

Поддержка протокола связующего (покрывающего) дерева Spanning Tree IEEE 802.1d и Rapid Spanning Tree IEEE 802.1w. Алгоритм Spanning Tree (STA) позволяет коммутаторам автоматически определять древовидную конфигурацию связей в сети при произвольном соединении портов коммутаторов между собой.

Объединение каналов Ethernet.

Поддержка SNMP – управления. Протокол SNMP предоставляет средства контроля и управления сетевыми устройствами, конфигурациями, производительностью и безопасностью, а также средства сбора статистической информации.

Приоритетная обработка кадров (IEEE 802.1р). Эта возможность является следствием того, что коммутаторы буферизуют кадры перед их отправкой на другой порт. Коммутатор обычно ведет для каждого входного и выходного порта не одну, а несколько очередей, причем каждая очередь имеет свой приоритет обработки. При этом коммутатор может быть сконфигурирован, например, так, чтобы передавать один низкоприоритетный пакет на каждые 10 высокоприоритетных пакетов. Поддержка приоритетной обработки может особенно пригодиться для приложений, предъявляющих различные требования к допустимым задержкам кадров и к пропускной способности сети для потока кадров.

Обеспечение функции Port Security, или привязка MAC-адреса к определенному порту. Используется для защиты сети от несанкционированного доступа.

Поддержка 802.1х и др. Протокол IEEE 802.1х определяет доступ на основе модели Клиент/Сервер и протокол аутентификации, который не позволяет неавторизованным устройствам подключаться к локальной сети через порты коммутатора. Сервер аутентификации (RADIUS) проверяет права доступа каждого клиента, подключаемого к порту коммутатора прежде, чем разрешить доступ к любому из сервисов, предоставляемых коммутатором или локальной сетью.

Виртуальные локальные сети VLAN

Виртуальная сеть (virtual LAN, VLAN) – это логическая группа узлов сети, трафик которой, в том числе и широковещательный, на канальном уровне полностью изолирован от других узлов сети. Это означает, что передача кадров между разными виртуальными сетями на основании MAC-адреса невозможна, независимо от типа адреса - уникального, группового или широковещательного.

В коммутаторах могут использоваться три типа VLAN:

1. VLAN на базе портов

2. VLAN на базе MAC-адресов.

3. VLAN на основе меток в дополнительном поле кадра – стандарт IEEE 802.1q

Поиск

Мы можем оповещать вас о новых статьях,
чтобы вы всегда были в курсе самого интересного.

Продолжить Нет, спасибо