Автосогласование — это механизм и процедура сигнализации, используемые Ethernet по витой паре , с помощью которых два подключенных устройства выбирают общие параметры передачи, такие как скорость, дуплексный режим и управление потоком . В этом процессе подключенные устройства сначала обмениваются своими возможностями относительно этих параметров, а затем выбирают режим передачи с наивысшей производительностью, который они оба поддерживают.
Автосогласование для витой пары определено в пункте 28 IEEE 802.3. [1] и изначально было необязательным компонентом в стандарте Fast Ethernet . [2] Он обратно совместим с обычными импульсами связи ( NLP ), используемыми 10BASE-T . [3] Протокол был значительно расширен в стандарте Gigabit Ethernet и является обязательным для 1000BASE-T gigabit Ethernet по витой паре. [4]
В модели OSI автосогласование осуществляется на физическом уровне .
В 1995 году был выпущен стандарт Fast Ethernet . Поскольку он ввел новый скоростной параметр для тех же проводов, он включал средство для подключенных сетевых адаптеров для согласования наилучшего возможного общего режима работы. Протокол автосогласования, включенный в пункт 28 IEEE 802.3, был разработан на основе запатентованной технологии National Semiconductor , известной как NWay . Компания дала гарантийное письмо для любого, кто будет использовать ее систему за единовременную лицензионную плату. [5] С тех пор другая компания купила права на этот патент. [6] [a]
Первая версия спецификации автосогласования в стандарте IEEE 802.3u Fast Ethernet 1995 года была реализована по-разному разными производителями, что привело к проблемам взаимодействия . Эти проблемы заставили многих сетевых администраторов вручную устанавливать скорость и дуплексный режим каждого сетевого интерфейса. Однако использование ручных настроек может привести к несоответствиям дуплекса . Их может быть трудно диагностировать, поскольку сеть номинально работает. Простые утилиты тестирования сети, такие как ping, могут сообщать о допустимом соединении. Однако производительность сети будет существенно зависеть от прерываний передачи и последующих потерь кадров Ethernet , которые возникают из-за несоответствия дуплекса. Когда происходит несоответствие дуплекса, сторона соединения, использующая полудуплекс, будет сообщать о поздних столкновениях, в то время как сторона, использующая полный дуплекс, будет сообщать об ошибках FCS .
Спецификация автосогласования была улучшена в выпуске IEEE 802.3 1998 года. За этим последовал выпуск стандарта IEEE 802.3ab Gigabit Ethernet в 1999 году, который определил обязательное автосогласование для 1000BASE-T . Автосогласование также является обязательным для реализаций 1000BASE-TX и 10GBASE-T . В настоящее время большинство производителей сетевого оборудования рекомендуют использовать автосогласование на всех портах доступа и включают его в качестве заводской настройки по умолчанию. [7] [8] [9]
Автосогласование может использоваться устройствами, которые поддерживают более одной скорости передачи данных, различные дуплексные режимы (полудуплекс и полный дуплекс) и различные стандарты передачи данных на одной и той же скорости (хотя на практике широко поддерживается только один стандарт на каждой скорости).
Во время автосогласования каждое устройство объявляет свои технологические возможности , то есть возможные режимы работы. Выбирается наилучший общий режим, при этом более высокая скорость предпочтительнее низкой, а полный дуплекс предпочтительнее полудуплекса при той же скорости.
Параллельное обнаружение используется, когда устройство, способное к автосогласованию, подключено к устройству, которое не поддерживает автосогласование. Это происходит, если устройство не поддерживает автосогласование или автосогласование отключено на устройстве. В этом состоянии устройство, способное к автосогласованию, может определить и сопоставить скорость с другим устройством. Эта процедура не может определить дуплексную способность, поэтому всегда предполагается полудуплекс.
Помимо скорости и дуплексного режима, для передачи параметров «главный-подчиненный» для гигабитного Ethernet используется автосогласование . [10] [11]
Получив технологические возможности другого устройства, оба устройства выбирают наилучший возможный режим работы, поддерживаемый обоими устройствами. Среди режимов, поддерживаемых обоими устройствами, каждое устройство выбирает тот, который имеет наивысший приоритет. Приоритет среди режимов следующий: [12] [13]
Автосогласование основано на импульсах, похожих на те, которые используются устройствами 10BASE-T для обнаружения наличия соединения с другим устройством. Эти импульсы проверки целостности соединения (LIT) отправляются устройствами Ethernet, когда они не отправляют и не получают никаких кадров. Это однополярные положительные электрические импульсы номинальной продолжительностью100 нс , с максимальной шириной импульса200 нс , [14] генерируется приИнтервал времени 16 мс с допуском изменения времени8 мс . Устройство обнаруживает сбой соединения, если ни один кадр, ни два импульса LIT не получены в течение 50-150 мс. Чтобы эта схема работала, устройства должны отправлять импульсы LIT независимо от получения. В спецификации автосогласования эти импульсы называются обычными импульсами соединения (NLP).
НЛП, используемые при автосогласовании, по-прежнему являются однополярными, только позитивными и имеют номинальную продолжительность100 нс ; но каждый LIT заменяется пачкой импульсов, состоящей из 17–33 импульсов, отправленных125 мкс друг от друга. Каждый пакет импульсов называется пакетом импульсов быстрого соединения (FLP). Интервал времени между началом каждого пакета FLP тот же16 мс между NLP.
Пакет FLP состоит из 17 NLP одновременно.Интервал времени 125 мкс с допуском14 мкс . Между каждой парой из двух последовательных NLP (т.е. в62,5 мкс после первого NLP пары импульсов) может присутствовать дополнительный положительный импульс. Наличие этого дополнительного импульса указывает на логическую 1, его отсутствие — на логический 0. В результате каждый FLP содержит 16-битное слово данных. Это слово данных называется кодовым словом связи (LCW). Биты LCW пронумерованы от 0 до 15, где бит 0 соответствует первому возможному импульсу по времени, а бит 15 — последнему.
Каждый импульсный пакет быстрой связи передает 16 бит данных, известных как кодовое слово связи. Первое такое слово известно как базовое кодовое слово связи , и его биты используются следующим образом:
Поле технологических возможностей состоит из восьми бит. Для IEEE 802.3 это следующие биты:
Кодовые слова ссылок также называются страницами . Поэтому базовое кодовое слово ссылок называется базовой страницей. Бит следующей страницы базовой страницы равен 1, когда устройство намеревается отправить другие страницы, которые могут использоваться для передачи других возможностей. Эти дополнительные страницы отправляются только в том случае, если оба устройства отправили базовые страницы с битом следующей страницы, установленным на 1. Дополнительные страницы по-прежнему кодируются как кодовые слова ссылок (используя 17 тактовых импульсов и до 16-битных импульсов).
Базовой страницы достаточно для того, чтобы устройства могли объявить, какие из режимов 10BASE-T, 100BASE-TX и 100BASE-T4 они поддерживают. Для гигабитного Ethernet требуются две другие страницы. Эти страницы отправляются, если оба устройства отправили базовые страницы с битом следующей страницы, установленным на единицу.
Дополнительные страницы бывают двух видов: страницы сообщений и неформатированные страницы . Эти страницы по-прежнему представляют собой 16-битные слова, закодированные как импульсы таким же образом, как и базовая страница. Их первые одиннадцать бит — это данные, а их предпоследний бит указывает, является ли страница страницей сообщений или неформатированной страницей. Последний бит каждой страницы указывает на наличие дополнительной страницы. [15]
Поддерживаемые режимы 1000BASE-T и данные master-slave (которые используются для определения, какое из двух устройств выступает в качестве master, а какое — в качестве slave) отправляются с использованием одной страницы сообщений, за которой следует одна неформатированная страница. Страница сообщений содержит:
Неформатированная страница содержит 10-битное слово, называемое начальным значением главного-подчиненного устройства.
Несоответствие дуплекса происходит, когда два подключенных устройства настроены на разные дуплексные режимы. Это может произойти, например, если одно из них настроено на автосогласование, а другое имеет фиксированный режим работы, который является полным дуплексом (без автосогласования). В таких условиях устройство автосогласования правильно определяет скорость работы, но не может правильно определить дуплексный режим. В результате оно устанавливает правильную скорость, но предполагает полудуплексный режим.
Когда одно устройство работает в полнодуплексном режиме, а другое — в полудуплексном, соединение работает надежно только при очень низкой пропускной способности. Полнодуплексное устройство может передавать данные во время приема. Однако если полудуплексное устройство получает данные во время отправки, оно обнаруживает коллизию и прерывает передачу, а затем пытается повторно отправить кадр. Полнодуплексное устройство будет сообщать об ошибках последовательности проверки кадра (FCS) в прерванных передачах. В зависимости от времени полудуплексное устройство может обнаружить позднюю коллизию , которую оно будет интерпретировать как серьезную ошибку, а не как обычное последствие CSMA/CD, и может не пытаться повторно отправить кадр. Полнодуплексное устройство не обнаруживает никаких коллизий и предполагает, что кадр был получен без ошибок. Эта комбинация (поздних) коллизий, сообщенных на полудуплексном конце, и ошибок FCS, сообщенных на полнодуплексном конце, является индикатором того, что присутствует несоответствие дуплекса.
Автосогласование защищено патентами США: патент США 5,617,418 , патент США 5,687,174 , E, патент США RE39,405 E , E, патент США RE39,116 E , заявка США 971018 (подана 02.11.1992), заявка США 146729 (подана 01.11.1993), заявка США 430143 (подана 26.04.1995); [6] : 6 европейских патентных заявок SN 93308568.0 (DE, FR, GB, IT, NL); корейский патент № 286791; тайваньский патент № 098359; японский патент № 3705610; японский патент 4234. Заявки SN H5-274147; Корейские патентные заявки SN 22995/93; Тайваньские патентные заявки SN 83104531. [a]
В силу своей природы однопарный Ethernet имеет свой собственный, необязательный вариант Auto-Negotiation. Он использует страницы дифференциального манчестерского кодирования (DME) для согласования возможностей в полудуплексном режиме. Используются две разные скорости сигнализации: 10/5/2.5GBASE-T1, 1000BASE-T1, 100BASE-T1 и 10BASE-T1S поддерживают высокоскоростной режим (HSM) на скорости 16.667 Мбит/с и опционально низкоскоростной режим (LSM) на скорости 625 кбит/с, в то время как 10BASE-T1L поддерживает LSM и опционально HSM. [16]
Приоритет выбора для согласованных режимов: [17]
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )Cisco рекомендует оставить автосогласование включенным для устройств, совместимых с
802.3u
.
Использование автосогласования является стандартом IEEE 802.3, и клиентам рекомендуется следовать "намерению" стандартов IEEE 802.3u/z и внедрять автосогласование в своих средах Ethernet.