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

Статьи к прочтению:

10.Ethernet 10Base210Base5

Похожие статьи: