Технология Fast Ethernet

Комитет IEEE 802.3 принял спецификацию Fast Ethernet как стандарт 802.3u, что не является самостоятельным стандартом, а являет собой дополнение к существующему стандарту 802.3 в виде глав с 21 по 30.

Все отличия технологии Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены на физическом уровне (рис. 9.1). Уровни MAC и LLC в Fast Ethernet остались абсолютно теми же.

Официальный стандарт 802.3u установил три разных спецификации для физического уровня Fast Ethernet и дал им следующие названия:

1. 100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой пары UTP категории 5 или экранированной крученной паре STP Type 1;
2. 100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3, 4 или 5;
3. 100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля, используются два волокна.

Для всех три стандартов справедливые следующие утверждения и характеристики.

1. Форматы кадров технологии Fast Ethernet не отличаются от форматов кадров технологий 10Мбітного Ethernet.
2. Межкадровый интервал (IPG) равняется 0,96 мкс, а битовый интервал равняется 10 нс. Все часовые параметры алгоритма доступа (интервал отсрочки, время передачи кадру минимальной длины и тому подобное), обмериваемые в битовых интервалах, остались такими же, потому изменения в разделы стандарта, которые касаются уровня MAC, не вносились.
3. Признаком свободного состояния среды является передача по ней символа Idle соответствующего избыточного кода (а не отсутствие сигналов, как в стандартах Ethernet 10 Мбит/с). Физический уровень включает три элемента:
4. уровень согласования (reconciliation sublayer);
5. независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, MII);
6. устройство физического уровня (Physical layer device, PHY).

Уровень согласования нужен для того, чтобы уровень MAC, рассчитанный на интерфейс AUI, смог работать с физическим уровнем через интерфейс Мii. Устройство физического уровня (PHY) складывается, в свою очередь, из нескольких подуровней:

1. подуровня логической кодировки данных, что изменяют байты, которые поступают от уровня MAC, в символы кода 4В/5В или 8В/6Т (обоих кодов используются в технологии Fast Ethernet);
2. подуровня физического присоединения и подуровня зависимости от физической среды (PMD), которые обеспечивают формирование сигналов в соответствии с методом физической кодировки, например NRZI или MLT-3;
3. подуровни, что позволяют двум взаимодействующим портам автоматически выбрать наиболее эффективный режим работы, например, полудуплексный или полнодуплексный (этот подуровень является факультативным).

Версия физического уровня 100BaseFX определяет работу из многомодовом оптоволокном на длине волны 1300 нм. По одному волокну передаются данные от узла, по второму – к узлу. Из FDDI заимствован метод логической кодировки 4B/5B и метод физической кодировки NRZI. В полудуплексном режиме максимальное расстояние между узлами – 412 м, при полном дуплексе – 2 км (по одномодовому оптоволокну – до 32 км). 100BaseFX несовместимый из 10BaseFL, поскольку использует другую длину волны.

Версия физического уровня 100BaseTX определяет работу с крученной парой (UTP Cat 5 или STP Type 1). Используется две пары,  назначение проводников (разведение по контактам разниманий) полностью совпадает из 10Мбітним Ethernet. Максимальная длина сегмента – 100 м. Логическая кодировка – 4B/5B, физическая кодировка – MLT-3.

Версия физического уровня 100BaseT4 определяет работу с более распространенной и дешевой крученной парой (UTP Cat 3). Используется четыре пары: по трем парам передаются данные, четвертая используется для прослушивания несущей частоты и выявления коллизий. Логическая кодировка – 8B/6T, что имеет больше узкий спектр сигнала и при скорости 33,3 Мбит/с заключается в полосу 16МГц (крученная пара, 3 категория). Поскольку передача идет одновременно по трем парам, суммарная скорость составляет 100Мбіт/c. Максимальная длина сегмента – 100 м.

Устройства, которые поддерживают 100BaseTX или 100BaseT4, должны иметь функцию согласования режимов (auto-negotiation), что позволяет выбрать самый эффективный режим, доступным обоим участникам обмена. Всего определенно 5 режимов (перечисленные в порядке роста приоритета): 10BaseT, дуплексный 10BaseT, 100BaseTX, 100BaseT4, дуплексный 100BaseTX.

Для согласования узлы передают пачки из 17-ти импульсов FLP (Fast Link Pulse), в которых содержится слово, которое кодирует наиболее приоритетный из доступных режимов работы. Если один из узлов посылает импульсы NLP (используемые в 10BaseT для контроля целостности линии), второй узел понимает, что единственный возможный режим – это 10BaseT.

Существует еще несколько версий Fast Ethernet, из которых представляет интерес 100BaseSX, что работает по многомодовому оптоволокну на длине волны 830 нм (максимальная длина кабельного сегмента – 300 м). Этот стандарт совместим из 10BaseFL и поддерживает автоматическое согласование скорости передачи 10/100 Мбит/с.

В зависимости от того, какой набор методов логической кодировки поддерживает повторитель, он относится к классу I (поддерживает и 4B/5B, и 8B/6T) или к классу II (поддерживает только один из методов). Повторители класса I порты всех три типов - 100BaseFX, 100BaseTХ, 100BaseT4, но, за счет необходимости превращения схем кодировки, вносят большую задержку – до 140 bt. Поэтому в одном домене коллизий может быть не больше одного повторителя класса I.

Повторители класса II имеют или порты 100BaseFX и 100BaseTX, или только порты, 100BaseT4. Внесенная задержка может достигать 92 bt (TX/FX) или 67 bt (Т4). Максимальное количество повторителей класса II в одном домене коллизий – 2. Поскольку максимальный диаметр домену коллизий Fast Ethernet для крученный пары – 205 м, а каждая станция может быть изъята от повторителя на расстояние до 100 м, в наихудшем разе повторители (только классу II) должны соединяться кабелем длиной не больше 5 м.