Gigabit Ethernet на витой паре категории 5

Как известно, каждая пара кабеля категории 5 имеет гарантированную полосу пропускания до 100 МГц. Для передачи по такому кабелю данных со скоростью 1000 Мбит/с было решено организовать параллельную передачу одновременно по всем 4 парам кабеля.

Это сразу снизило скорость передачи данных по каждой паре до 250 Мбит/с. Однако и для такой скорости необходимо было придумать метод кодирования, который имел бы спектр не выше 100 МГц. Например, применение кода 4В/5В не может решить поставленную задачу, так как основной вклад в спектр сигнала на такой скорости у него вносит частота 155 МГц. Кроме того, не нужно забы­вать, что каждая новая технология должна поддерживать не только классиче­ский полудуплексный режим, рассматриваемый в этой главе, но и дуплексный режим, о котором мы будем подробно говорить в главе 15. На первый взгляд ка­жется, что одновременное использование четырех пар лишает сеть возможность работы в дуплексном режиме, так как не остается свободных пар для одновре­менной передачи данных в двух направлениях — от узла и к узлу.

На оба эти вопроса проблемная группа 802.3ab нашла ответы.

Для кодирования данных был применен код РАМ5, в котором 5 уровней потен­циала: -2, -1, 0, +1, +2. Поэтому за один такт по одной паре передается 2,322 бит информации (log₂5). Следовательно, для достижения скорости 250 Мбит/с так­товую частоту 250 МГц можно уменьшить в 2,322 раза. Разработчики стандарта решили использовать несколько более высокую частоту, а именно 125 МГц. При этой тактовой частоте код РАМ5 имеет спектр уже, чем 100 МГц, то есть он мо­жет быть передан без искажений по кабелю категории 5.

В каждом такте передается не 2,322 х 4 = 9,288 бит информации, а 8. Это и дает искомую суммарную скорость 1000 Мбит/с. Передача ровно 8 бит в каждом такте достигается за счет того, что при кодировании информации используются не все 625 (5⁴ = 625) комбинаций кода РАМ5, а только 256 (2⁸ = 256). Оставшиеся ком­бинации приемник использует для контроля принимаемой информации и выде­ления правильных комбинаций на фоне шума.

Для организации дуплексного режима разработчики спецификации 802.3ab приме­нили технику выделения принимаемого сигнала из суммарного. Два передатчика работают навстречу друг другу по каждой из 4-х пар в одном и том же диапазоне частот (рис. 13.7). Н-образная схема гибридной развязки позволяет приемнику и передатчику одного и того же узла использовать одновременно витую пару и для приема, и для передачи (так же, как и в трансиверах Ethernet на коаксиале).

Для отделения принимаемого сигнала от собственного приемник вычитает из результирующего сигнала известный ему свой сигнал. Естественно, что это не

простая операция и для ее выполнения используются специальные процессоры цифрового сигнала (Digital Signal Processor, DSP).

Рис. 13.7. Двунаправленная передача по четырем парам UTP категории 5

Выводы

Потребности в высокоскоростной и в то же время недорогой технологии для подключения к сети мощных рабочих станций привели в начале 90-х годов к созданию инициативной груп­пы, которая занялась поисками такой же простой и эффективной технологии, как Ethernet, но работающей на скорости 100 Мбит/с.

Специалисты разбились на два лагеря, что, в конце концов, привело к появлению двух стан­дартов, принятых осенью 1995 года: комитет 802.3 утвердил стандарт Fast Ethernet, почти пол­ностью повторяющий технологию Ethernet 10 Мбит/с, а специально созданный комитет 802.12 утвердил стандарт технологии 100VG-AnyLAN, которая сохраняла формат кадра Ethernet, но существенно изменяла метод доступа.

Технология Fast Ethernet сохранила в неприкосновенности метод доступа CSMA/CD, оставив в нем тот же алгоритм и те же временные параметры в битовых интервалах (сам битовый ин­тервал уменьшился в 10 раз). Все отличия Fast Ethernet от Ethernet проявляются на физиче­ском уровне. В стандарте Fast Ethernet определены три спецификации физического уровня: 100Base-TX, 100Base-FX и 100Base-T4.

Максимальный диаметр сети Fast Ethernet равен приблизительно 200 м, а более точные значе­ния зависят от спецификации физической среды. В домене коллизий Fast Ethernet допускает­ся не более одного повторителя класса I и не более двух повторителей класса II.

Технология Fast Ethernet при работе на витой паре позволяет за счет процедуры автоперего­воров двум портам выбрать наиболее эффективный режим работы — скорость 10 Мбит/с или 100 Мбит/с, а также полудуплексный или дуплексный режим.

В технологии 100VG-AnyLAN арбитром, решающим вопрос о предоставлении станциям досту­па к разделяемой среде,, является концентратор, поддерживающий приоритетный доступ по требованию.

Технология Gigabit Ethernet добавляет в иерархию скоростей семейства Ethernet новую ступень в 1000 Мбит/с. Эта ступень позволяет эффективно строить крупные локальные сети, в которых серверы и магистрали нижних уровней сети работают на скорости 100 Мбит/с, а магистраль Gigabit Ethernet объединяет их, обеспечивая достаточно большой запас пропускной способ­ности.

Разработчики технологии Gigabit Ethernet сохранили большую степень преемственности с тех­нологиями Ethernet и Fast Ethernet. В Gigabit Ethernet те же форматы кадров, что и в преды­дущих версиях Ethernet; Gigabit Ethernet работает в дуплексном и полудуплексном режимах, поддерживая на разделяемой среде тот же метод доступа CSMA/CD с минимальными изме­нениями.

Специальная рабочая группа 802.ЗаЬ разработала вариант Gigabit Ethernet на UTP категории 5. Для обеспечения скорости в 1000 Мбит/с используются: одновременная передача данных по 4 неэкранированным витым парам; метод кодирования РАМ-5, передача информации в дуп­лексном режиме с выделением принимаемого сигнала из общего с помощью процессоров DSP.