Что такое fast ethernet

Обновлено: 01.07.2024

Создание технологии Fast Ethernet было обусловлено необходимостью увеличения скорости передачи данных до 100 Мбит/с. Технология Fast Ethernet выиграла в конкурентной борьбе с другими новыми высокоскоростными технологиями, поскольку обеспечила преемственность и согласованность с широко распространенными сетями Ethernet . То есть в существующей сети Ethernet можно постепенно отдельные сегменты переводить на технологию Fast Ethernet . При этом вся сеть остается работоспособной, в старых сегментах сети Ethernet скорость передачи данных будет 10 Мбит/с, в новых ( Fast Ethernet ) – 100 Мбит/с, между старыми и новыми сегментами – 10 Мбит/с.

Преемственность и согласованность с сетями Ethernet обусловили ряд принципов построения новых сетей Fast Ethernet ( стандарт 802.3u ). Так, в технологии Fast Ethernet сохранился принцип использования общей разделяемой среды . Поскольку скорость передачи по сравнению с Ethernet увеличилась на порядок, то на порядок уменьшилось и время двойного оборота PDV . Поэтому, чтобы не потерять кадры при возникновении коллизий , диаметр сети уменьшился также на порядок – до 200 м. Однако при использовании коммутаторов в полнодуплексном режиме возникновение коллизий исключено, поэтому существуют ограничения только на длину физических сегментов , которые соединяют два соседних устройства: сетевой адаптер с коммутатором или два соседних коммутатора .

В сетях передачи данных передатчик и приемник могут иметь несколько отличающиеся тактовые частоты . Это обусловлено различными причинами. Например, в технологии PDH узлы сети имеют разные тактовые генераторы . В сетях SDH тактовый генератор – единый, однако каналы передачи информации могут иметь различную задержку. Поэтому передаваемые по линии связи данные должны отвечать принципу самосинхронизации, т. е. тактовый генератор приемника должен подстраивать свою частоту под частоту передатчика, используя принимаемые биты данных. Для этого кодированный сигнал должен иметь достаточно частые изменения состояния: 0 и 1.

Спектр сигналов при использовании манчестерского кодирования значительно шире спектра потенциальных избыточных кодов. Поэтому, несмотря на то что применяемый в Ethernet манчестерский код обладает очень хорошими свойствами самосинхронизации, разработчики технологии Fast Ethernet и других технологий отказались от него. На уровне логического кодирования в Fast Ethernet используются избыточные коды 4B/5B или 8B/6T, а на физическом уровне – коды NRZI или MLT-3.

На рис. 5.1 приведены временные диаграммы информационных сигналов с использованием различных кодов.

Потенциальный код без возврата к нулю ( NRZ – Non-Return to Zero) является наиболее простым, нулю соответствует низкий уровень сигнала, единице – высокий ( рис. 5.1а). Однако при длинных последовательностях нулей или единиц его свойства самосинхронизации очень плохие, поскольку нет переходов сигнала из одного состояния в другое. Поэтому данный код в сетях телекоммуникаций применяется редко.

Модифицированный потенциальный код ( NRZI – Non-Return to Zero Inverted ) изменяет свое состояние на противоположное при передаче нуля и не меняет – при передаче единицы ( рис. 5.1b). Его свойства самосинхронизации несколько лучше, чем кода NRZ , поэтому он применяется в технологии Fast Ethernet спецификации 100 Base-FX.

Существенно лучшими свойствами самосинхронизации характеризуются биполярные коды: AMI – Alternate Mark Inversion ( рис. 5.1c) и MLT -3 – Multi Level Transmission ( рис. 5.1d). Нулевые биты кода AMI представлены нулевым уровнем сигнала, а единичные биты – чередующимися значениями +V, -V. При передаче нулевого бита кода MLT -3 значение сигнала не изменяется, оставаясь таким, каким оно было к этому моменту. При передаче единичных бит данных значение сигнала изменяется в следующей последовательности: +V, 0, -V, 0, +V и т. д. Сигналы кода MLT -3 характеризуются более узкой полосой частот по сравнению с кодом NRZI , модификацией которого он является. Код MLT -3 используется в технологии Fast Ethernet спецификации 100 Base-ТX.

Манчестерский код ( рис. 5.1е) обладает наилучшими свойствами самосинхронизации. Однако у него более широкая полоса частот по сравнению с потенциальным кодом NRZI и особенно по сравнению с биполярными кодами AMI и MLT -3.

Недостатком кодов AMI и MLT -3 является плохая самосинхронизация при передаче длинной последовательности нулей. Для устранения этого недостатка используется либо избыточный код 4В/5В, либо специальное устройство – скремблер . В случае применения избыточного кода 4В/5В (таблица 5.1) из 32 кодовых комбинаций для кодирования символа используются только 16 комбинаций, содержащих чередующиеся значения нулей и единиц. В последовательности передаваемых бит число нулей не может быть больше трех. Остальные кодовые комбинации считаются запрещенными.

Спектр потенциального избыточного кода 4B/5B уже спектра манчестерского кода , поэтому избыточный код применяется в новых высокоскоростных технологиях, например, в Fast Ethernet .

Другим способом исключения в передаваемых данных длинных последовательностей нулей является скрэмблирование. Результирующий код вычисляется на основании исходного кода по определенному алгоритму . Например, в качестве такого алгоритма может быть использовано следующее соотношение:

$B_</p> <p> =A_ \oplus B_ \oplus B_$
,

$\oplus$

где – символ сложения по модулю 2,

B_i – значение двоичного кода на выходе скремблера на i-ом такте,

A_i – значение двоичного кода на входе скремблера на i-ом такте,

B_i-3 – значение двоичного кода на выходе скремблера на 3 такта ранее текущего i-го такта,

B_i-5 – значение двоичного кода на выходе скремблера на 5 тактов ранее текущего i-го такта.

Временные параметры Fast Ethernet , указанные в битовых интервалах, остались неизменными по сравнению с технологией Ethernet , но сам битовый интервал уменьшился на порядок и стал равен 0,01 мкс. Технология Fast Ethernet ориентирована на использование в качестве физической среды:

витой пары 5-й категории (спецификация 100Base-TX );
витой пары 3-й категории ( 100Base-T4 );
многомодового волоконно-оптического кабеля ( 100Base-FX ).

Поскольку технология Fast Ethernet должна, во-первых, обеспечивать согласованность с сетями Ethernet , а во-вторых, работать с разной физической средой, физический уровень семиуровневой модели усложнен по сравнению с Ethernet и включает три подуровня:

подуровень согласования (reconciliation sublayer );
подуровень независимого от среды интерфейса (Media Independent Interface, MII);
устройство физического уровня ( Physical Layer Device, PHY ).

Подуровень согласования необходим, чтобы МАС-уровень, который был связан в Ethernet с физическим уровнем интерфейсом AUI , мог работать с новым интерфейсом MII. Кроме того, устройство физического уровня также разделено на три подуровня:

подуровень логического кодирования данных, на котором используются избыточные коды 4B/5B или 8B/6T;
подуровень физического присоединения в зависимости от физической среды формирует сигналы в соответствие с кодами NRZI или MLT -3;
подуровень автопереговоров, позволяющий определить режим работы (полудуплексный или полнодуплексный), скорость передачи данных (10 Мбит/с или 100 Мбит/c) и тип среды передачи в зависимости от спецификации.

В спецификации 100Base-ТX для соединения сетевого адаптера и коммутатора (или коммутаторов между собой) применяются две витых пары UTP 5-й категории или STP Type 1. Максимальная длина сегмента – 100 м. Логическое кодирование – 4В/5В, физическое кодирование – MLT -3. В данной спецификации используется функция автопереговоров для возможности соединения с сетью Ethernet или с устройствами спецификации 100Base-Т4.

Спецификация 100Base-Т4 была создана для того, чтобы задействовать в новой технологии Fast Ethernet уже существующие во многих зданиях витые пары UTP 3-й категории. Полоса пропускания витой пары UTP 3-й категории составляет 16 МГц. Для того чтобы пропустить трафик со скоростью 100 Мбит/с, в данной спецификации используется три витых пары ( рис. 5.2). Четвертая витая пара работает при прослушивании несущей для определения занятости среды.

Рис. 5.2. Четыре витых пары спецификации 100Base-Т4

Таким образом, по каждой витой паре необходимо передавать данные со скоростью 33,3 Мбит/с, что также превышает возможности UTP 3-й категории. Поэтому в этой спецификации используется метод кодирования 8В/6Т, обладающий более узким спектром сигналов по сравнению с 4В/5В. Каждые 8 бит информации кодируются шестью троичными цифрами (триадами). Указанные меры позволили передавать данные со скоростью 100 Мбит/с по трем витым парам UTP 3-й категории.

Витые пары являются самой распространенной средой передачи данных в локальных сетях. Поэтому для них определено 5 режимов обмена данными, которые могут быть реализованы устройствами совместимых технологий Ethernet и Fast Ethernet :

10Base -T – 2 пары UTP 3-й категории;
10Base -T full duplex – 2 пары UTP 3-й категории;
100Base-TX – 2 пары UTP 5-й категории;
100Base-T4 – 4 пары UTP 3-й категории;
100Base-TX full duplex – 2 пары UTP 5-й категории.

Fast Ethernet спецификация 100Base-FX предусматривает работу по двум волокнам оптического многомодового кабеля 62,5/125 мкм в полудуплексном или полнодуплексном режиме. Максимальная длина сегмента в полудуплексном режиме составляет 412 м, а в полнодуплексном – 2000 м. Метод логического кодирования – 4В/5В, физического кодирования – NRZI .

В Ethernet -совместимых технологиях скорость передачи возрастала с 10 Mбит/с до 100 Mбит/с в Fast Ethernet , затем до 1000 Mбит/с в Gigabit Ethernet и, наконец, до 10000 Mбит/с в 10 Gigabit Ethernet . При этом требование преемственности и совместимости было одним из основных, что позволило этим технологиям победить в конкурентной борьбе. Требование совместимости было удовлетворено за счет реализации процесса автопереговоров ( Auto-Negotiation ) о скорости обмена данными. Этот процесс определяет, как два узла связи автоматически договариваются о режиме и скорости обмена данными.

В процессе обмена информацией о допустимой скорости и режиме работы оба коммутатора согласовывают и устанавливают связь с максимальной скоростью, общей для обоих коммутаторов .

Таким образом, до начала обмена данными два устройства должны в процессе автопереговоров установить, в каком режиме они будут работать. Устройство, которое инициирует начало обмена данными, посылает адресату сведения о своем наиболее приоритетном режиме. Низшим приоритетом обладает спецификация 10Base -T. Если адресат поддерживает предложенную технологию, то он подтверждает данный режим, и автопереговоры на этом завершаются. Если адресат не поддерживает предложенную технологию, то он указывает свой режим, в котором и будет производиться обмен данными .

Узлы спецификации 10Base -T не воспринимают запросы узлов с высокоприоритетными спецификациями 100Base-TX и другими. Поэтому, если узел технологии Fast Ethernet не получает ответ на свой запрос , то он устанавливает для себя низкоприоритетный режим 10Base -T.

Автопереговоры были первоначально определены для UTP - реализаций Ethernet , но были расширены для работы с волоконнооптическими линиями.

Для обеспечения совместимости и преемственности формат кадра Fast Ethernet спецификаций 100Base-FX , 100Base-TX в основном совпадает с форматом Ethernet (табл. 5.2).

Основное отличие заключается в том, что в технологии Ethernet признаком свободного состояния среды служило отсутствие несущей, а в технологии Fast Ethernet признаком свободного состояния служит передача по физической среде специального символа Idle . Начало кадра протокола Fast Ethernet отделяется от символов Idle парой символов J и K (11000 и 10001) кода 4В/5В, а конец – символом Т.

Таким образом, технология Fast Ethernet обладает достаточно высокой скоростью 100 Мбит/с и является совместимой с существующей широко распространенной технологией Ethernet . Ограничения диаметра сети до 200 м снимаются при использовании коммутаторов . Технология характеризуется разнообразием используемой физической среды ( оптоволокно , UTP категории 5, UTP категории 3). Перечисленные свойства предопределили широкое распространение технологии Fast Ethernet , которая практически вытеснила технологию Ethernet .

На рис. 5.1 приведены временные диаграммы информационных сигналов с использованием различных кодов.

$B_</p> <p> =A_ \oplus B_ \oplus B_$
,

$\oplus$

где – символ сложения по модулю 2,

B_i – значение двоичного кода на выходе скремблера на i-ом такте,

A_i – значение двоичного кода на входе скремблера на i-ом такте,

B_i-3 – значение двоичного кода на выходе скремблера на 3 такта ранее текущего i-го такта,

B_i-5 – значение двоичного кода на выходе скремблера на 5 тактов ранее текущего i-го такта.

витой пары 5-й категории (спецификация 100Base-TX );
витой пары 3-й категории ( 100Base-T4 );
многомодового волоконно-оптического кабеля ( 100Base-FX ).

подуровень согласования (reconciliation sublayer );
подуровень независимого от среды интерфейса (Media Independent Interface, MII);
устройство физического уровня ( Physical Layer Device, PHY ).

подуровень логического кодирования данных, на котором используются избыточные коды 4B/5B или 8B/6T;
подуровень физического присоединения в зависимости от физической среды формирует сигналы в соответствие с кодами NRZI или MLT -3;
подуровень автопереговоров, позволяющий определить режим работы (полудуплексный или полнодуплексный), скорость передачи данных (10 Мбит/с или 100 Мбит/c) и тип среды передачи в зависимости от спецификации.

Рис. 5.2. Четыре витых пары спецификации 100Base-Т4

10Base -T – 2 пары UTP 3-й категории;
10Base -T full duplex – 2 пары UTP 3-й категории;
100Base-TX – 2 пары UTP 5-й категории;
100Base-T4 – 4 пары UTP 3-й категории;
100Base-TX full duplex – 2 пары UTP 5-й категории.

Ethernet - это группа сетевых технологий, которая используется для подключения нескольких систем для разработки локальной сети (LAN). На рынке существует много типов Ethernet, среди которых Fast Ethernet и Gigabit Ethernet используются чаще. В этой статье мы подробно рассмотрим сравнение Fast Ethernet vs Gigabit Ethernet.

Что такое Fast Ethernet?

Fast Ethernet (FE) - это термин Ethernet в вычислительных сетях, который означает передачу трафика со скоростью 100 Мбит/с. Он появился на рынке в 1995 году со стандартом IEEE 802.3u, а оригинальная версия работала со скоростью 10 Мбит/с. Fast Ethernet включает 100BASE-FX, 100BASE-TX, 100Base-T4 и так далее. "100" относится к скорости передачи 100 Мбит/с, в то время как "BASE" относится к сигнализации основной полосы частот. Буква, следующая за тире ("T" or "F"), относится к физической среде (витая пара или оптоволокно, соответственно), которая несет сигнал, в то время как последний символ ("X", "4" и т. Д.) Относится к используемый метод линейного кода. В таблице ниже приведены распространенные типы Fast Ethernet.

Название	Кабель	Макс.сегмент	Преимущества
100Base-T4	Витая пара	100m	Используйте Cat3 UTP
100Base-Tx	Витая пара	100m	Полный дуплекс на скорости 100 Мбит/с
100Base-FX	Оптические кабели	2000m	Полный дуплекс на скорости 100 Мбит/с; длинные работы

Из физических уровней Fast Ethernet, 100BASE-TX является наиболее распространенным на каждом сегменте сети с максимальным расстоянием кабельной системы 100 м.

Что такое Gigabit Ethernet?

По сравнению с Fast Ethernet, Gigabit Ethernet (GE) предлагает 1000 Мбит/с в вычислительных сетях, поэтому получил название гигабит. Gigabit Ethernet был выпущен в 1999 году, только через несколько лет после появления Fast Ethernet, но он не широко использовали до тех пор, пока в 2010 году требования к Интернету увеличились. Gigabit Ethernet использует формат кадра 803.2, а также работает в полудуплексном и дуплексном режимах. GE поделится аналогичные кабели и оборудование с Fast Ethernet, но становится более распространенным и экономичным. С непрерывным развитием Gigabit Ethernet появилась более совершенная версия GE, такая как 40G Ethernet, 100G Ethernet. Существуют различные стандарты физического уровня для Gigabit Ethernet, такие как 1000BASE-X с оптическими кабелями в качестве среднего, 1000BASE-T с использованием кабеля витой пары или 1000BASE-CX с использованием экранированного сбалансированного медного кабеля. В таблице ниже представлены различные типы Gigabit Ethernet.

Название	Кабель	Макс.сегмент	Преимущества
1000Base-SX	Оптические кабели	550m	Многомодовое волокно (50, 62.5 microns)
1000Base-LX	Оптические кабели	5000m	Одномод (10u) or многомод (50, 62.5 u)
1000Base-CX	2 пары STP	25m	Экранированная витая пара
1000Base-T	4 пары UTP	100m	Стандартная категория 5 UTP

Fast Ethernet vs Gigabit Ethernet: в чем разница?

В приведенной ниже таблице показаны различия между fast Ethernet vs Gigabit Ethernet.

Название	Fast Ethernet	Gigabit Ethernet
Скорость	До 100Mbps	До 1000Mbps
Двусторонняя задержка	100-500 bit times	4000 bit times
Кабель	оптоволоконный кабель или медная средства как Cat5/Cat5e	оптоволоконный кабель или медная средства как Cat5e/Cat6
Расстояние	within 10km	up to 70km
Стоимость	Дешевле	Дороже
Применение	жильё и небольшие сетевые среды	Крупные корпоративные сети

Вывод

В этой статье объясняются и сравниваются два типа Ethernet: Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Самая большая разница между Fast Ethernet и Gigabit Ethernet - это скорость. На самом деле, оба они постепенно теряют популярность во многих приложениях. И Gigabit Ethernet постепенно заменяет Fast Ethernet для домашнего использования. В настоящее время 10G или 25G Ethernet предпочтает в корпоративных сетях. и 40G, 100G или даже выше 200G и 400G Ethernet в основном используются в крупных ЦОД и магистральных сетях.

Семейство технологий Ethernet.

Модификации Ethernet.

Варианты соединения	Скорость
Ethernet	Коаксиальный кабель, оптика, витая пара	10 Мб/с
Fast Ethernet	Оптика, витая пара	100 Мб/с
Gigabit Ethernet	Оптика, витая пара	1 Гб/с
10G Ethernet	Оптика, витая пара	10 Гб/с

Как мы и отметили сразу, различаются, в первую очередь, скорость передачи данных и тип используемого кабеля. На заре развития Ethernet использовались исключительно коаксиальные кабели, и лишь затем появились варианты с витой парой и оптикой, что привело к значительному расширению возможностей. К примеру, использование витой пары дает одновременно:

Ethernet (10 Мб/с)
10Base-2
10Base-5
10Base-T
10Base-F
10Base-FL

При этом различная физическая реализация подключения (разные кабели) приводят к возможности использования разных топологий сети. Для 10Base-5 максимально топорно:

А вот 10Base-T уже может использовать полнодуплексную передачу данных:

Здесь, как видите присутствует устройство под названием сетевой концентратор. Поэтому небольшое лирическое отступление на эту тему.

Зачастую термины сетевой концентратор, сетевой коммутатор и маршрутизатор перемешиваются и могут использоваться для описания одного и того же. Но строго говоря, все эти три термина относятся к абсолютно разному типу устройств:

Сетевой концентратор (хаб) работает на 1-м (физическом) уровне модели OSI и ретранслирует сигнал с одного входящего порта, на несколько исходящих. На этом его функционал заканчивается.
Сетевой коммутатор (свитч) работает на 2-м (канальном уровне). Здесь также происходит передача данных от одного устройства нескольким, но при этом коммутатор анализирует кадры на предмет MAC-адреса получателя и передает пакет только тому узлу, которому он адресован(!). Адресацию и структуру кадров подробно разберем чуть ниже.
Маршрутизатор же и вовсе работает на 3-м уровне (сетевом) модели OSI.

Кадр Ethernet.

Вся передаваемая информация поделена на пакеты/кадры, имеющие следующий формат:

Рассмотрим блоки подробнее:

Все поля, кроме поля данных, являются служебными.

При этом контрольная сумма в данном случае никоим образом не может помочь в устранении ошибки, она только сигнализирует о ее наличии. В результате принятый кадр целиком считается некорректным. Это, в свою очередь, приводит к необходимости передать ошибочный кадр еще раз.

При работе он позволяет идентифицировать все устройства в сети и определить, какому именно из них предназначен тот или иной кадр данных. Распределением MAC-адресов занимается регулирующий комитет IEEE Registration Authority, именно сюда производитель сетевого устройства должен обращаться для выделения ему некоего диапазона адресов, которые он сможет использовать для своей продукции.

И на этой ноте заканчиваем вводную теоретическую часть по Ethernet, в дальнейшем приступим к практическому использованию в своих устройствах. До скорого!

Читайте также: