Стандарты и интерфейсы Ethernet
Технология Ethernet позволяет использовать различные среды передачи, для каждой из которой имеется стандартное название вида XBaseY, где X— скорость передачи, Мбит/с (10, 100, 1000...); Base — ключевое слово (обозначает немодулированную передачу); Y— условное обозначение среды передачи и дальности связи. Все современные версии Ethernet используют кабель «витая пара» или оптоволоконный и звездообразную топологию. Центральным устройством звезды может быть повторитель (он же хаб, hub) или коммутатор (switch). Возможно и двухточечное соединение двух узлов. Для старых версий на коаксиальном кабеле была характерна шинная топология, главным недостатком которой является низкая надежность всей сети. Есть и экзотический вариант пассивной оптической шины lOBaseFP. Иногда в сетях применяются конверторы среды передачи (media converter), преобразующие типы интерфейсов. Чаще всего используются конверторы «витой пары» в оптику, также применяют и конверторы одномодового оптоволокна в многомодовое.
Для Ethernet со скоростью 10 Мбит/с существуют следующие стандарты.
¦ 10Base5 — сеть на толстом коаксиальном кабеле RG-8 (50 Ом) с шинной топологией, максимальная длина кабельного сегмента — 500 м. Для подключения сетевой адаптер должен иметь интерфейс AUI, подключаемый кабелем-спуском (4 экранированные витые пары) к трансиверу, установленному на кабеле. В настоящее время для новых сетей не применяется (дорого, громоздко, неэффективно и бесперспективно).
406______________________________ Глава 10. Интерфейсы компьютерных сетей
¦ 10Base2 — сеть на тонком коаксиальном кабеле RG-58 (50 Ом) с шинной топологией, максимальная длина кабельного сегмента — 185 м. Для подключения сетевой адаптер должен иметь интерфейсный разъем BNC (или AUI с трансивером). Это самый дешевый (по оборудованию) вариант сети; перспектив на развитие нет.
¦ WBaseT— сеть на витой паре категории 3 и выше (2 пары проводов), длина луча — до 100 м (на кабеле категории 5 можно достигать дальности и 200 м, но это не рекомендуется).
Для подключения сетевой адаптер должен иметь интерфейсный разъем RJ-45 (или АШ с трансивером). Это эффективный вариант сети начального уровня, позволяет расширять полосу пропускания заменой концентраторов-повторителей на коммутаторы. При кабельной проводке категории 5 и выше позволяет переходить на скорости 100 и даже 1000 Мбит/с (с заменой карт и концентраторов).
¦ WBaseF и FOIRL — сеть на оптоволоконном кабеле (пара волокон). Для подключения адаптер должен иметь интерфейс AUI, на который устанавливается оптический трансивер. Используются дешевые многомодовые трансиверы (длина волны — 850 нм) с дальностью до 1 км. Для дальних дистанций (десятки км на одномодовом волокне) используются одномодовые трансиверы (1310 нм), которые могут работать и с многомодовым волокном (до 2 км).
Для сетей Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с существуют следующие стандарты.
¦ 100BaseTX — сеть на витой паре категории 5 и выше (2 пары проводов), длина луча — до 100 м. Сетевой адаптер подключается через разъем RJ-45. Это популярный и оптимальный (цена/производительность) вариант подключения узлов к сети. При качественной кабельной проводке позволяет переходить на скорость 1000 Мбит/с (с заменой карт и концентраторов).
¦ 100BaseT4 — сеть на витой паре категории 3 и выше (4 пары проводов), длина луча — до 100 м. Разъем RJ-45, вариант малораспространенный.
¦ 100BaseFX — сеть на оптоволоконном кабеле (пара волокон). Используются одномодовые трансиверы (1310 нм), которые могут работать и с многомодовым волокном (до 2 км). Дальность в полнодуплексном режиме — десятки км.
¦ lOOBaseSX — сеть на оптоволоконном кабеле с дешевыми многомодовыми трансиверами (850 нм), дальность — до 300 м. Совместима с lOBaseF, поддерживается автосогласование режима и скорости (10/100).
Для сетей Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с существуют следующие стандарты.
¦ lOOOBaseCX — соединение активного оборудования коротким (до 25 м) кабелем STP или двухосевым кабелем.
¦ lOOOBaseT — соединение витой парой категории 5 и выше (4 пары) на рассто яние до 100 м. Разъемы RJ-45.
¦ lOOOBaseSX — соединение по паре многомодовых волокон, дальность — 200-500 м (в зависимости от параметров волокна).
¦ lOOOBaseLX — соединение по паре одномодовых волокон, дальность — до 50 км (в зависимости от параметров трансиверов).
10.1. Стандарты и интерфейсы Ethernet__________________________________ 407
Выше были приведены ограничения на длину каждого физического соединения в сети, однако для работоспособности (надежной работы протокола разрешения коллизий) должны выполняться и дополнительные условия, подробно описанные в литературе [3]. Задача уменьшения диаметра домена коллизий решается применением коммутаторов, а преодоление коллизионных ограничений на длину каждого соединения обеспечивается переходом на полнодуплексный режим связи (в котором коллизий нет как таковых). Для 10-Мбитных сетей Ethernet должны соблюдаться перечисленные ниже условия.
¦ Для коаксиала — правило «5-4-3»: не более 5 сегментов могут соединять не более 4 повторителей, станции (адаптеры) можно подключать не более чем в 3 сегментах.
¦ Для витой пары (и оптики) — между любой парой узлов может быть не более 4 повторителей (хабов).
¦ Для любых сетей: диаметр домена коллизий — самое большое расстояние ( «электрическая» длина кабелей между парой узлов) — не должен превышать 5 км.
¦ Число узлов в домене коллизий — не более 1024 (реально их не должно быть более 30-50).
Для сетей Fast Ethernet ограничения жестче.
¦ Диаметр домена коллизий — не более 205 м.
¦ Число повторителей в домене коллизий — не более двух класса II, не более
одного класса I.
В Gigabit Ethernet применяются только коммутаторы, так что действуют только ограничения на длину соединений.
Для оптических соединений применяемые разъемы разнообразны: ST, SC, MT-RJ и другие. Коаксиальные разъемы для «толстого» и «тонкого» кабелей различны (серии «N» и BNC соответственно). Отметим, что каждый сегмент коаксиала должен оканчиваться терминаторами 50 Ом и быть заземлен в одной точке. «Схемная земля» компьютера не имеет гальванической связи с экраном коаксиального разъема, так что следует избегать случайного касания BNC-разъемов с металлическими частями, связанными с шасси компьютера. Сети на коаксиале требуют правильного заземления, нарушение правил чревато выгоранием адаптеров.
Для витой пары применяются разъемы RJ-45 (рис. 10.1), назначение контактов разъема сетевого адаптера (порт MDI) приведено в табл. 10.1. Порты концентраторов lOBaseT, 100BaseTX и 100BaseT4 имеют тип MDIX, у них сигналы ТХ и RX поменяны местами. Для подключения конечных узлов к портам активного оборудования (соединение портов MDI-MDIX, рис. 10.2, а) используется «прямой» кабель (рис. 10.3, а), для непосредственного соединения адаптеров (MDI-MDI, рис. 10.2, 6) или соединения двух коммуникационных устройств (MDIX-MDIX) применяют «перекрестный» кабель (рис. 10.3, б). В коммуникационных устройствах, как правило, один из портов снабжают переключателем MDI-MDIX или дополнительным разъемом.
408
Глава 10. Интерфейсы компьютерных сетей
Таблица 10.1. Разъем RJ-45 адаптера Ethernet
|
1 |
Тх+ |
Tx_D1 + |
BlD1 + |
|
2 |
Тх- |
Tx_D1- |
BlD1- |
|
3 |
RX+ |
Rx_D2+ |
BlD2+ |
|
4 |
Не подключен |
BI_D3+ |
B!_D3+ |
|
5 |
Не подключен |
BI_D3- |
BI_D3- |
|
6 |
Rx- |
Rx_D2- |
BI_D2- |
|
7 |
Не подключен |
BI_D4+ |
BI_D4+ |
|
8 |
Не подключен |
BI_ D4- |
BI_ D4- |
Рис. 10.1. Разъем RJ-45: a — вилка, б — розетка
Рис. 10.2. Сеть 10BaseT/100BaseTX: а —звезда, б—двухточечное соединение
а б
Рис. 10.3. Интерфейсные кабели Ethernet: а — «прямой», б — «перекрестный»
10.1. Стандарты и интерфейсы Ethernet__________________________________ 409
В локальных сетях обычно используется кабельная проводка, состоящая из стационарных кабелей, оканчивающихся розетками, и коммутационных шнуров. Стационарную проводку выполняют так, что она обеспечивает «прямое» соединение кон-' тактов своих интерфейсных разъемов. Коммутационные шнуры могут быть как «прямыми», так и «перекрестными». Заметим, что связи контактов 4, 5, 7 и 8 требуются только в 100BaseT4 и lOOOBaseTX, но для lOBaseT и 100BaseTX они не мешают, так что кабельное хозяйство едино.
В Gigabit Ethernet lOOOBaseTX применяются только «прямые» кабели. Универсальные порты совместимы с Fast Ethernet (поддерживают автосогласование). Если два порта Gigabit Ethernet соединить «перекрестным» кабелем, они свяжутся в режиме 100BaseTX.
Для приведенных выше реализаций Ethernet на витой паре предусмотрен протокол согласования режимов (autonegotiation), который исполняется каждый раз при установлении соединения после физического подключения и (или) инициализации портов. Протокол основан на обмене служебными импульсами (они отличны от кадров передаваемой информации). Этот протокол позволяет соединяемым портам выбрать самый эффективный из режимов, доступных обоим портам. Приоритеты режимов в порядке убывания: ЮООВазеТ, 100BaseTX полнодуплексный, 100BaseT4,100BaseTX полудуплексный, lOBaseT полнодуплексный, lOBaseT полудуплексный. Протокол автоматического согласования может быть отключен (или не реализован), в этом случае режим работы задается принудительно при конфигурировании порта. Возможность переключения режимов отражается в названиях портов (например, Fast Ethernet 10/100), поддержка режима 100BaseT4 встречается нечасто.
Для оптических вариантов тоже появился протокол согласования, но его возможности ограничиваются из-за вероятного несовпадения длин волн, используемых в разных вариантах.
Правда, здесь автосогласование не так уж и необходимо, поскольку оптических соединений гораздо меньше, их тщательно планируют и не так уж часто реконфигурируют.
В стандарте Ethernet (10 Мбит/с) определен интерфейс AUI (Attachment Unit Interface — интерфейс устройства подключения), с помощью которого к адаптеру можно подключать трансивер (приемопередатчик) для любой среды передачи. В трансивере располагаются оконечные цепи передатчика, приемника и детектор коллизий. Назначение контактов интерфейса AUI приведено в табл. 10.2, здесь используется оазъем DB-15 (розетка на адаптере, вилка на трансивере).
Таблица 10.2. Разъем AUI -интерфейса Ethernet Контакт Сигнал
|
1 |
Collision (экран) |
|
2 |
Collision + |
|
3 |
Transmit + |
|
4 |
Receive (экран) |
|
410 |
Глава |
10. |
Интерфейсы |
компьютерных сетей |
|
|
Таблица 10 |
.2 (продолжение) |
||||
|
Контакт |
Сигнал |
|
5 |
Receive + |
|
6 |
DC Power GND |
|
7 |
He подключен |
|
8 |
He подключен |
|
9 |
Collision - |
|
10 |
Transmit - |
|
11 |
Transmit (экран) |
|
12 |
Receive - |
|
13 |
DC Power (+12B) |
|
14 |
DC Power (экран) |
|
15 |
He подключен |
