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 обозначения устройств, поддерживающих оба стандарта. [3]
Цифра 100 в обозначении типа носителя относится к скорости передачи 100 Мбит/с, а BASE относится к передаче сигналов в основной полосе частот . Буква после тире ( T или F ) относится к физической среде, по которой передается сигнал (витая пара или оптоволокно соответственно), а 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 по витой паре или оптоволоконному кабелю в топологии звездообразной шины , 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 выполнять модернизацию с 10BASE-T по принципу «включай и работай». Большинство коммутаторов и других сетевых устройств с портами, поддерживающими Fast Ethernet, могут выполнять автосогласование , распознавая часть оборудования 10BASE-T и настраивая порт на полудуплексный режим 10BASE-T, если оборудование 10BASE-T не может выполнить автоматическое согласование самостоятельно. Стандарт определяет использование CSMA/CD для управления доступом к среде передачи. Также указан полнодуплексный режим, и на практике все современные сети используют коммутаторы Ethernet и работают в полнодуплексном режиме, даже несмотря на то, что устаревшие устройства, использующие полудуплекс, все еще существуют .
Адаптер Fast Ethernet можно логически разделить на контроллер доступа к среде передачи (MAC), который занимается вопросами 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 независимый от среды интерфейс (MII), или двухбитного варианта 50 МГц, называемого сокращенным независимым от среды интерфейсом (RMII). В редких случаях MII может быть внешним соединением, но обычно это соединение между микросхемами сетевого адаптера или даже двумя разделами внутри одной микросхемы. Спецификации написаны на основе предположения, что интерфейсом между MAC и PHY будет MII, но он не требуется. Концентраторы Fast Ethernet или Ethernet могут использовать MII для подключения к нескольким PHY для своих различных интерфейсов.
MII фиксирует теоретическую максимальную скорость передачи данных для всех версий Fast Ethernet на уровне 100 Мбит/с. Реально наблюдаемая скорость передачи данных в реальных сетях меньше теоретического максимума из-за необходимости наличия заголовка и трейлера (биты адресации и обнаружения ошибок) в каждом кадре Ethernet , а также необходимого межпакетного промежутка между передачами.
100BASE-T — это любой из нескольких стандартов Fast Ethernet для витых пар , [ сомнительно ] , включая: 100BASE-TX (100 Мбит/с по двухпарному кабелю Cat5 или выше), 100BASE-T4 (100 Мбит/с по четырем парам). -парный кабель Cat3 или лучше, несуществующий), 100BASE-T2 (100 Мбит/с по двухпарному кабелю Cat3 или лучше, также несуществующий). Длина сегмента кабеля 100BASE-T ограничена 100 метрами (328 футов) (тот же предел, что и для 10BASE-T и Gigabit Ethernet ). Все они являются или были стандартами IEEE 802.3 (утверждены в 1995 г.). 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 кабеля между узлами может составлять до 100 метров (328 футов). Для каждого направления используется одна пара, обеспечивающая полнодуплексную работу со скоростью 100 Мбит/с в каждом направлении.
Как и 10BASE-T , активные пары в стандартном соединении терминируются на контактах 1, 2, 3 и 6. Поскольку типичный кабель категории 5 содержит четыре пары и требования к производительности 100BASE-TX не превышают возможности даже самых худших -работающая пара: один типичный кабель может передавать два канала 100BASE-TX с простым адаптером проводки на каждом конце. [6] Кабели обычно подключаются к одному из стандартов терминирования ANSI/TIA-568 : T568A или T568B. 100BASE-TX использует пары 2 и 3 (оранжевый и зеленый).
Конфигурация сетей 100BASE-TX очень похожа на 10BASE-T. При построении локальной сети устройства в сети (компьютеры, принтеры и т. д.) обычно подключаются к концентратору или коммутатору , образуя звездообразную сеть . Альтернативно можно соединить два устройства напрямую с помощью перекрестного кабеля . При использовании современного оборудования перекрестные кабели, как правило, не нужны, поскольку большая часть оборудования поддерживает автосогласование наряду с автоматическим MDI-X для выбора и согласования скорости, дуплекса и сопряжения.
При использовании аппаратного обеспечения 100BASE-TX необработанные биты, представленные шириной 4 бита с тактовой частотой 25 МГц на MII, проходят двоичное кодирование 4B5B для генерации серии символов 0 и 1 с тактовой частотой 125 МГц . Кодировка 4B5B обеспечивает выравнивание постоянного тока и формирование спектра. Как и в случае 100BASE-FX, биты затем передаются на уровень подключения физической среды с использованием кодирования NRZI . Однако 100BASE-TX вводит дополнительный, зависящий от среды подуровень, который использует MLT-3 в качестве окончательного кодирования потока данных перед передачей, в результате чего максимальная основная частота составляет 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. Кабель витая пара должен поддерживать частоту 66 МГц и максимальную длину 15 м. Конкретный разъем не определен. Стандарт предназначен для автомобильных приложений или когда Fast Ethernet необходимо интегрировать в другое приложение. Он был разработан как BroadR-Reach 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 обеспечивает полнодуплексную работу. При передаче используется 4 бита на символ. 4-битный символ расширяется до двух 3-битных символов с помощью нетривиальной процедуры скремблирования, основанной на сдвиговом регистре с линейной обратной связью . [11] Это необходимо для выравнивания полосы пропускания и спектра излучения сигнала, а также для согласования свойств линии передачи. Отображение исходных битов в коды символов непостоянно во времени и имеет достаточно большой период (проявляется как псевдослучайная последовательность). Окончательное преобразование символов в уровни линейной модуляции PAM-5 соответствует 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 этого требуются четыре витые медные пары голосового класса — кабель с более низкими характеристиками по сравнению с кабелем категории 5, используемым 100BASE-TX. Максимальное расстояние ограничено 100 метрами. Одна пара зарезервирована для передачи, одна для приема, а остальные две переключают направление. Тот факт, что для передачи в каждом направлении используются 3 пары, делает 100BASE-T4 по своей сути полудуплексным.
Очень необычный код 8B6T используется для преобразования 8 бит данных в 6 цифр с основанием 3 (формирование сигнала возможно, поскольку 6-значных чисел с основанием 3 почти в три раза больше, чем 8-значных чисел с основанием 2). . Два результирующих 3-значных символа по основанию 3 передаются параллельно по трем парам с использованием трехуровневой амплитудно-импульсной модуляции (PAM-3).
100BASE-T4 не получил широкого распространения, но некоторые технологии, разработанные для него, используются в 1000BASE-T . [5] Очень немногие концентраторы были выпущены с поддержкой 100BASE-T4. Некоторые примеры включают 3com 3C250-T4 Superstack II HUB 100, стекируемый концентратор Fast Ethernet IBM 8225 [12] и Intel LinkBuilder FMS 100 T4. [13] [14] То же самое относится и к картам контроллера сетевого интерфейса . Для соединения 100BASE-T4 с 100BASE-TX потребовалось дополнительное сетевое оборудование.
100BaseVG, предложенный и продаваемый компанией Hewlett-Packard , представлял собой альтернативную конструкцию, в которой использовались кабели категории 3 и концепция токена вместо CSMA/CD. Его планировалось стандартизировать как IEEE 802.12, но он быстро исчез, когда стал популярным переход на 100BASE-TX.
В вариантах с оптоволокном используется оптоволоконный кабель с указанными типами интерфейсов. Интерфейсы могут быть фиксированными или модульными, часто в виде подключаемых модулей малого форм-фактора (SFP).
Скорость Fast Ethernet доступна не на всех портах SFP [18] , но поддерживается некоторыми устройствами. [19] [20] Не следует считать, что порт SFP для Gigabit Ethernet обратно совместим с Fast Ethernet.
Для обеспечения совместимости необходимо соблюдать некоторые критерии: [21]
100BASE-X Ethernet не имеет обратной совместимости с 10BASE-F и прямой совместимости с 1000BASE-X .
100BASE-FX — это версия Fast Ethernet по оптоволоконному кабелю . Подуровень 100BASE-FX, зависящий от физической среды (PMD), определяется PMD FDDI, [ 23], поэтому 100BASE-FX несовместим с 10BASE-FL , версией 10 Мбит/с по оптоволоконному кабелю.
100BASE-FX по-прежнему используется для существующей установки многомодового оптоволокна там, где не требуется большая скорость, например, на предприятиях промышленной автоматизации. [16]
100BASE-LFX — это нестандартный термин, обозначающий передачу Fast Ethernet. Он очень похож на 100BASE-FX, но обеспечивает большие расстояния до 4–5 км по паре многомодовых волокон за счет использования лазерного передатчика Фабри-Перо [24] , работающего на длине волны 1310 нм. Затухание сигнала на километр на длине волны 1300 нм составляет примерно половину потерь на длине волны 850 нм. [25] [26]
100BASE-SX — это версия Fast Ethernet по оптоволоконному кабелю, стандартизированная в TIA/EIA-785-1-2002. Это более дешевая альтернатива 100BASE-FX на более короткие расстояния. Из-за более короткой длины волны (850 нм) и меньшего поддерживаемого расстояния в 100BASE-SX используются менее дорогие оптические компоненты (светодиоды вместо лазеров).
Поскольку он использует ту же длину волны, что и 10BASE-FL , версия Ethernet по оптоволоконному кабелю со скоростью 10 Мбит/с, 100BASE-SX может быть обратно совместим с 10BASE-FL. Стоимость и совместимость делают 100BASE-SX привлекательным вариантом для тех, кто переходит с 10BASE-FL и кому не требуются большие расстояния.
100BASE-LX10 — это версия Fast Ethernet по оптоволоконному кабелю, стандартизированная в пункте 58 стандарта 802.3ah-2004. Он имеет радиус действия 10 км по паре одномодовых волокон.
100BASE-BX10 — это версия Fast Ethernet по оптоволоконному кабелю, стандартизированная в пункте 58 стандарта 802.3ah-2004. Он использует оптический мультиплексор для разделения сигналов TX и RX на разные длины волн по одному и тому же волокну. Его дальность действия составляет 10 км по одной нити одномодового волокна.
100BASE-EX очень похож на 100BASE-LX10, но обеспечивает большие расстояния до 40 км по паре одномодовых волокон благодаря более качественной оптике, чем LX10, работающий на лазерах с длиной волны 1310 нм. 100BASE-EX — это не формальный стандарт, а общепринятый термин. [27] Иногда его называют 100BASE-LH (дальняя связь), и его легко спутать с 100BASE-LX10 или 100BASE-ZX, поскольку использование -LX(10), -LH, -EX и -ZX неоднозначно. между продавцами.
100BASE-ZX — это нестандартный, но используемый несколькими поставщиками [28] [ нужен лучший источник ] термин для обозначения передачи Fast Ethernet с использованием длины волны 1550 нм для достижения расстояний не менее 70 км по одномодовому оптоволокну. Некоторые поставщики указывают расстояния до 160 км по одномодовому оптоволокну, иногда называемому 100BASE-EZX. Расстояние свыше 80 км сильно зависит от потерь на трассе используемого волокна, в частности, от показателя затухания в дБ на км, количества и качества разъемов/патч-панелей и соединений, расположенных между приемопередатчиками. [29]