В компьютерных сетях физические уровни Fast Ethernet передают трафик с номинальной скоростью 100 Мбит/с. Предыдущая скорость Ethernet составляла 10 Мбит/с. Из физических уровней Fast Ethernet 100BASE-TX является наиболее распространенным.
Fast Ethernet был представлен в 1995 году как стандарт IEEE 802.3u [1] и оставался самой быстрой версией Ethernet в течение трех лет до появления Gigabit Ethernet . [2] Аббревиатура GE/FE иногда используется для устройств, поддерживающих оба стандарта. [3]
100 в обозначении типа среды относится к скорости передачи 100 Мбит/с, в то время как BASE относится к сигнализации в основной полосе частот . Буква, следующая за тире ( T или F ), относится к физической среде, которая переносит сигнал (витая пара или оптоволокно соответственно), в то время как последний символ ( X , 4 и т. д.) относится к используемому методу линейного кода . Fast Ethernet иногда называют 100BASE-X , где X — это заполнитель для вариантов FX и TX. [4]
Fast Ethernet — это расширение стандарта 10-мегабитного Ethernet . Он работает на витой паре или оптоволоконном кабеле в топологии «звезда-шина» , аналогичной стандарту IEEE 802.3i, называемому 10BASE-T , который сам по себе является развитием 10BASE5 (802.3) и 10BASE2 (802.3a). Устройства Fast Ethernet, как правило, обратно совместимы с существующими системами 10BASE-T, что позволяет производить обновления с 10BASE-T по принципу plug-and-play. Большинство коммутаторов и других сетевых устройств с портами, поддерживающими Fast Ethernet, могут выполнять автосогласование , обнаруживая часть оборудования 10BASE-T и устанавливая порт в режим полудуплекса 10BASE-T, если оборудование 10BASE-T не может выполнить автосогласование самостоятельно. Стандарт определяет использование CSMA/CD для управления доступом к среде. Также указан полнодуплексный режим, и на практике все современные сети используют коммутаторы Ethernet и работают в полнодуплексном режиме, хотя устаревшие устройства, использующие полудуплекс, все еще существуют .
Адаптер Fast Ethernet можно логически разделить на контроллер доступа к среде (MAC), который занимается проблемами доступности среды более высокого уровня, и интерфейс физического уровня ( PHY ). MAC обычно связан с PHY с помощью четырехбитного синхронного параллельного интерфейса 25 МГц, известного как интерфейс, независимый от среды (MII), или с помощью двухбитного варианта 50 МГц, называемого сокращенным интерфейсом, независимым от среды (RMII). В редких случаях MII может быть внешним соединением, но обычно это соединение между микросхемами в сетевом адаптере или даже двумя секциями в пределах одной микросхемы. Спецификации написаны на основе предположения, что интерфейс между MAC и PHY будет MII, но они не требуют этого. Концентраторы Fast Ethernet или Ethernet могут использовать MII для подключения к нескольким PHY для их различных интерфейсов.
MII фиксирует теоретическую максимальную скорость передачи данных для всех версий Fast Ethernet на уровне 100 Мбит/с. Скорость передачи информации , фактически наблюдаемая в реальных сетях, меньше теоретического максимума из-за необходимых заголовков и концевиков (адресация и биты обнаружения ошибок) в каждом кадре Ethernet , а также требуемого межпакетного промежутка между передачами.
100BASE-T — это любой из нескольких стандартов Fast Ethernet для витых пар , [ сомнительный – обсудить ], включая: 100BASE-TX (100 Мбит/с по двухпарному кабелю Cat5 или лучше), 100BASE-T4 (100 Мбит/с по четырехпарному кабелю Cat3 или лучше, несуществующий), 100BASE-T2 (100 Мбит/с по двухпарному кабелю Cat3 или лучше, также несуществующий). Длина сегмента для кабеля 100BASE-T ограничена 100 метрами (328 футов) (тот же предел, что и для 10BASE-T и гигабитного Ethernet ). Все они являются или являлись стандартами IEEE 802.3 (утвержден в 1995 году). Почти все установки 100BASE-T являются 100BASE-TX.
100BASE-TX является преобладающей формой Fast Ethernet и работает по двум парам проводов внутри кабеля категории 5 или выше. Расстояние между узлами может достигать 100 метров (328 футов). Для каждого направления используется одна пара, что обеспечивает полнодуплексную работу со скоростью 100 Мбит/с в каждом направлении.
Как и в случае 10BASE-T , активные пары в стандартном соединении подключаются к контактам 1, 2, 3 и 6. Поскольку типичный кабель категории 5 содержит четыре пары, а требования к производительности 100BASE-TX не превышают возможностей даже самой худшей пары, один типичный кабель может передавать два соединения 100BASE-TX с простым адаптером проводки на каждом конце. [6] Кабели обычно подключаются к одному из стандартов терминации ANSI/TIA-568 , T568A или T568B. 100BASE-TX использует пары 2 и 3 (оранжевые и зеленые).
Конфигурация сетей 100BASE-TX очень похожа на 10BASE-T. При использовании для построения локальной сети устройства в сети (компьютеры, принтеры и т. д.) обычно подключаются к концентратору или коммутатору , создавая звездообразную сеть . В качестве альтернативы можно напрямую соединить два устройства с помощью перекрестного кабеля . С современным оборудованием перекрестные кабели, как правило, не нужны, поскольку большинство оборудования поддерживает автоматическое согласование вместе с автоматическим MDI-X для выбора и согласования скорости, дуплекса и сопряжения.
С оборудованием 100BASE-TX необработанные биты, представленные шириной 4 бита с тактовой частотой 25 МГц в MII, проходят через двоичное кодирование 4B5B для генерации серии символов 0 и 1 с тактовой частотой 125 МГц . Кодирование 4B5B обеспечивает выравнивание постоянного тока и формирование спектра. Так же, как и в случае 100BASE-FX, биты затем передаются на физический уровень прикрепления носителя с использованием кодирования NRZI . Однако 100BASE-TX вводит дополнительный, зависящий от носителя подуровень, который использует MLT-3 в качестве окончательного кодирования потока данных перед передачей, что приводит к максимальной основной частоте 31,25 МГц. Процедура заимствована из спецификаций ANSI X3.263 FDDI с небольшими изменениями. [7]
В 100BASE-T1 [8] данные передаются по одной медной паре, 3 бита на символ, каждый из которых передается как кодовая пара с использованием PAM3. Он поддерживает полнодуплексную передачу. Требуется кабель витой пары для поддержки 66 МГц, с максимальной длиной 15 м. Конкретный разъем не определен. Стандарт предназначен для автомобильных приложений или когда Fast Ethernet должен быть интегрирован в другое приложение. Он был разработан как Open Alliance BroadR-Reach (OABR) до стандартизации IEEE. [9]
В 100BASE-T2 , стандартизированном в IEEE 802.3y, данные передаются по двум медным парам, но эти пары должны быть только категории 3, а не категории 5, требуемой 100BASE-TX. Данные передаются и принимаются по обеим парам одновременно [10], что позволяет осуществлять полнодуплексную работу. Передача использует 4 бита на символ. 4-битный символ расширяется до двух 3-битных символов с помощью нетривиальной процедуры скремблирования, основанной на регистре сдвига с линейной обратной связью . [11] Это необходимо для выравнивания полосы пропускания и спектра излучения сигнала, а также для соответствия свойствам линии передачи. Отображение исходных битов в коды символов не является постоянным во времени и имеет довольно большой период (проявляясь как псевдослучайная последовательность). Окончательное отображение символов в уровни модуляции линии PAM-5 подчиняется таблице справа. 100BASE-T2 не получил широкого распространения, но разработанная для него технология используется в 1000BASE-T. [5]
100BASE-T4 был ранней реализацией Fast Ethernet. Для него требовалось четыре витые медные пары голосового класса витой пары , кабель с более низкой производительностью по сравнению с кабелем категории 5, используемым 100BASE-TX. Максимальное расстояние было ограничено 100 метрами. Одна пара была зарезервирована для передачи, а одна для приема, а оставшиеся две коммутировали направление. Тот факт, что три пары использовались для передачи в каждом направлении, делал 100BASE-T4 по своей сути полудуплексным. Использование трех пар кабелей позволяло ему достигать 100 Мбит/с при работе на более низких несущих частотах, что позволяло ему работать на старых кабелях, которые многие компании недавно установили для сетей 10BASE-T.
Для преобразования 8 бит данных в 6 цифр с основанием 3 использовался очень необычный код 8B6T (формирование сигнала стало возможным, поскольку существует почти в три раза больше 6-значных чисел с основанием 3, чем 8-значных чисел с основанием 2). Два полученных 3-значных символа с основанием 3 были отправлены параллельно по трем парам с использованием 3-уровневой амплитудно-импульсной модуляции (PAM-3).
100BASE-T4 не был широко принят, но некоторые из разработанных для него технологий используются в 1000BASE-T . [5] Было выпущено очень мало концентраторов с поддержкой 100BASE-T4. Некоторые примеры включают 3com 3C250-T4 Superstack II HUB 100, IBM 8225 Fast Ethernet Stackable Hub [12] и Intel LinkBuilder FMS 100 T4. [13] [14] То же самое относится к контроллерам сетевых интерфейсов . Для соединения 100BASE-T4 с 100BASE-TX требовалось дополнительное сетевое оборудование.
Предложенный и продвигаемый компанией Hewlett-Packard , 100BaseVG был альтернативным проектом, использующим кабели категории 3 и концепцию маркера вместо CSMA/CD. Он был запланирован для стандартизации как IEEE 802.12, но быстро исчез, когда стал популярен коммутируемый 100BASE-TX. Позднее стандарт IEEE был отозван. [15]
VG был похож на T4 тем, что использовал больше пар кабелей в сочетании с более низкой несущей частотой, что позволяло ему достигать 100 Мбит/с на кабелях голосового класса. Он отличался способом назначения этих кабелей. В то время как T4 использовал бы две дополнительные пары в разных направлениях в зависимости от направления обмена данными, VG вместо этого использовал два режима передачи. В одном, управлении, две пары используются для передачи и приема, как в классическом Ethernet, в то время как другие две пары используются для управления потоком . Во втором режиме, передаче, все четыре используются для передачи данных в одном направлении. Концентраторы реализовали схему передачи маркеров , чтобы выбрать, каким из подключенных узлов разрешено общаться в любой момент времени, на основе сигналов, отправленных ему от узлов, использующих режим управления. Когда один узел выбирался для активации, он переключался в режим передачи, отправлял или получал пакет и возвращался в режим управления. [15]
Эта концепция была призвана решить две проблемы. Первая заключалась в том, что она устраняла необходимость в обнаружении столкновений и тем самым уменьшала конкуренцию в загруженных сетях. Хотя любой конкретный узел мог оказаться заблокированным из-за интенсивного трафика, сеть в целом не теряла бы эффективность из-за столкновений и возникающих в результате повторных передач. При интенсивном использовании общая пропускная способность была увеличена по сравнению с другими стандартами. Другая заключалась в том, что концентраторы могли проверять типы полезной нагрузки и планировать узлы на основе их требований к полосе пропускания. Например, узел, отправляющий видеосигнал, может не требовать большой полосы пропускания, но потребует, чтобы он был предсказуем с точки зрения того, когда он будет доставлен. Концентратор VG мог планировать доступ на этом узле, чтобы гарантировать, что он получит необходимые ему временные интервалы передачи, при этом открывая сеть в любое другое время для других узлов. Этот стиль доступа был известен как приоритет по требованию . [15]
Варианты Fiber используют оптоволоконный кабель с перечисленными типами интерфейсов. Интерфейсы могут быть фиксированными или модульными, часто как подключаемые с малым форм-фактором (SFP).
Скорость Fast Ethernet доступна не на всех портах SFP, [19] но поддерживается некоторыми устройствами. [20] [21] Порт SFP для Gigabit Ethernet не следует считать обратно совместимым с Fast Ethernet.
Для обеспечения взаимодействия необходимо соблюдать некоторые критерии: [22]
100BASE-X Ethernet не имеет обратной совместимости с 10BASE-F и прямой совместимости с 1000BASE-X .
100BASE-FX — это версия Fast Ethernet по оптоволокну . Физический зависимый от среды (PMD) подуровень 100BASE-FX определяется PMD FDDI , [24] поэтому 100BASE-FX несовместим с 10BASE-FL , версией 10 Мбит/с по оптоволокну.
100BASE-FX по-прежнему используется для существующих установок многомодового оптоволокна , где не требуется большая скорость, например, на промышленных предприятиях автоматизации. [17]
100BASE-LFX — нестандартный термин для обозначения передачи Fast Ethernet. Он очень похож на 100BASE-FX, но достигает больших расстояний до 4–5 км по паре многомодовых волокон за счет использования лазерного передатчика Фабри–Перо [25], работающего на длине волны 1310 нм. Затухание сигнала на км при 1300 нм составляет примерно половину потерь при 850 нм. [26] [27]
100BASE-SX — это версия Fast Ethernet по оптоволокну, стандартизированная в TIA/EIA-785-1-2002. Это более дешевая и более близкая альтернатива 100BASE-FX. Из-за более короткой используемой длины волны (850 нм) и более короткого поддерживаемого расстояния 100BASE-SX использует менее дорогие оптические компоненты (светодиоды вместо лазеров).
Поскольку он использует ту же длину волны, что и 10BASE-FL , 10 Мбит/с версия Ethernet по оптоволокну, 100BASE-SX может быть обратно совместим с 10BASE-FL. Стоимость и совместимость делают 100BASE-SX привлекательным вариантом для тех, кто обновляется с 10BASE-FL и тех, кому не нужны большие расстояния.
100BASE-LX10 — это версия Fast Ethernet по оптоволокну, стандартизированная в пункте 58 стандарта 802.3ah-2004. Она обеспечивает дальность связи 10 км по паре одномодовых волокон.
100BASE-BX10 — это версия Fast Ethernet по оптоволокну, стандартизированная в 802.3ah-2004, пункт 58. Она использует оптический мультиплексор для разделения сигналов TX и RX на различные длины волн в одном и том же волокне. Она имеет дальность действия 10 км по одной жиле одномодового волокна.
100BASE-EX очень похож на 100BASE-LX10, но достигает больших расстояний до 40 км по паре одномодовых волокон благодаря более качественной оптике, чем LX10, работающей на лазерах с длиной волны 1310 нм. 100BASE-EX не является формальным стандартом, а является общепринятым в отрасли термином. [28] Иногда его называют 100BASE-LH (long haul), и его легко спутать с 100BASE-LX10 или 100BASE-ZX, поскольку использование -LX(10), -LH, -EX и -ZX неоднозначно у разных поставщиков.
100BASE-ZX — это нестандартный, но многопоставщикский [29] [ нужен лучший источник ] термин для обозначения передачи Fast Ethernet с использованием длины волны 1550 нм для достижения расстояний не менее 70 км по одномодовому волокну. Некоторые поставщики указывают расстояния до 160 км по одномодовому волокну, иногда называемому 100BASE-EZX. Дальность свыше 80 км сильно зависит от потерь на трассе используемого волокна, в частности, от показателя затухания в дБ на км, количества и качества разъемов/коммутационных панелей и соединений, расположенных между трансиверами. [30]