Gigabit Ethernet на витой паре категории 5

Как нам 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 уменьшило 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. Кроме того, одновременное использование четырех пар на первый взгляд лишает сеть возможность распознавать коллизии.

На оба эти вопроса комитет 802.Заb нашел ответы.

Для кодирования данных был применен код РАМ5, использующий 5 уровней потенциала: -2, -1,0, +1, +2.

Таким образом, за один такт по одной паре передается 2,322 бит информации.

Следовательно, тактовую частоту вместо 250 МГц можно снизить до 125 МГц.

При этом если использовать не все коды, а передавать 8 бит за такт (по 4 парам), то выдерживается требуемая скорость передачи в 1000 Мбит/с. При этом еще и остается запас неиспользуемых кодов:

так как код РАМ5 содержит 54 = 625 комбинаций, а если передавать за один такт по всем четырем парам 8 бит данных, то для этого требуется всего 28 = 256 комбинаций.

Оставшиеся комбинации приемник может использовать для контроля принимаемой информации и выделения правильных комбинаций на фоне шума.

Код РАМ5 на тактовой частоте 125 МГц укладывается в полосу 100 МГц кабеля категории 5.

Для распознавания коллизий разработчики спецификации 802.3аb применили технику, используемую в современных модемах.

Вместо передачи по разным парам проводов или разнесения сигналов двух одновременно работающих навстречу передатчиков по диапазону частот оба передатчика работают навстречу друг другу по каждой из 4-х пар в одном и том же диапазоне частот, так как используют один и тот же потенциальный код РАМ5.

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 коаксиального Ethernet).

Для отделения принимаемого сигнала от своего собственного приемник вычитает из результирующего сигнала известный ему свой сигнал.

Естественно, что это не простая операция и для ее выполнения используются специальные цифровые сигнальные процессоры - DSP (Digital Signal Processor). Такая техника уже прошла проверку практикой, но в модемах и сетях ISDN она применялась совсем на других скоростях.

Для полудуплексного режима работы получение встречного потока данных считается коллизией, а для полнодуплексного режима работы - нормальной ситуацией. Но с особенностями работы этих двух режимов мы разберемся в последующих уроках.

Ввиду того, что на данный момент работы по стандартизации спецификации Gigabit Ethernet на неэкранированной витой паре категории 5 подходят к концу, многие производители и потребители надеются на положительный исход этой работы. Так как в этом случае для поддержки технологии Gigabit Ethernet не нужно будет заменять уже установленную проводку категории 5 на оптоволокно или проводку категории 7.

Итак, давайте сделаем для себя несколько выводов, о том, что позволила достичь технология Gigabit Ethernet и какими способами.

Технология Gigabit Ethernet добавляет новую ступень в иерархии скоростей семейства Ethernet - 1000 Мбит/с.

Эта ступень позволяет эффективно строить крупные локальные сети, в которых мощные 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:

Gigabit Ethernet использует те же форматы кадров, что и предыдущие версии Ethernet, тот же метод доступа CSMA/CD с минимальными изменениями.

Для нормальной работы разработчикам Gigabit Ethernet пришлось увеличивать максимальный диаметр сети от начально-возможного - 25 м, до желаемого - 200 м.

Они пошли на увеличение минимального размера кадра с 64 до 512 байт.

В технологии Gigabit Ethernet разрешается передавать несколько кадров подряд, не освобождая среду, на интервале 8096 байт, тогда кадры не обязательно дополнять до 512 байт.

Остальные параметры метода доступа и максимального размера кадра остались неизменными.

Gigabit Ethernet использует в качестве физической среды три типа кабеля:

многомодового оптоволоконного (расстояние до 500 м), одномодового оптоволоконного (расстояние до 5000 м) и двойного коаксиального (twinax), по которому данные передаются одновременно по двум медным экранированным проводникам на расстояние до 25 м.

Для разработки варианта Gigabit Ethernet на UTP категории 5 была создана специальная группа 802.3ab, которая уже разработала проект стандарта для работы по 4-м парам UTP категории 5. Принятие этого стандарта ожидается в ближайшее время.

Домашнее задание

Итак, мы с вами в сегодняшнем уроке закончили изучение основы основ всех сетевых технологий - технологии Ethernet.

Кроме этого, изучили усовершенствованные Ethernet: Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Увидели какими средствами удалось повысить пропускную способность сетей Ethernet до 1000 Мб/с.

Мало того, мы познакомились с методикой расчета конфигурации сетей.

Многое из этого урока войдет, так сказать, в фундамент наших последующих уроков, поэтому стоит особенное внимание уделить технологии Ethernet.

Стоит еще раз, вернувшись к предыдущему нашему уроку, повторить все, что мы узнали о принципах работы MAC уровня Ethernet: метод доступа CSMA/CD, критерий распознавания коллизий, стандарты физического уровня сетей Ethernet.

Особенное внимание следует уделить методике расчета конфигурации сети. Поэтому сегодняшнее домашнее задание будет: рассчитать следующую конфигурацию сети Fast Ethernet:

Сеть построена на трех типах физического уровня Fast Ethernet:

100BaseTX (витая пара кат.5), 100BaseFX (оптоволокно) и 100BaseT4 (витая пара кат.3).

Сегменты сети соединены двумя повторителями класса II.

Вам необходимо показать, каким может быть расстояние между концентраторами класса II в случае всех трех типов физической среды. Сделайте вывод о правомерности правила "5-и метров".