Физические уровни Ethernet

Поскольку устройства Ethernet работают только на двух нижних уровнях стека протоколов OSI, они обычно реализуются как платы сетевого интерфейса (Network Interface Card — NIC), устанавливаемые на материнской плате компьютера. Платы NIC идентифицируются именем, состоящим из трех частей и основанному на атрибутах физического уровня.

Имя состоит из трех частей, указывающих скорость и метод передачи, а также типы среды и кодирования сигнала, например:

•     lOBaseT — 10 Мбит/с, смодулированная передача по двум кабелям витой пары;

•     100BaseT2 — 100 Мбит/с, смодулированная передача по двум кабелям витой пары;

•          100BaseT4 — 100 Мбит/с, смодулированная передача по четырем кабелям витой пары;

•          1000BaseLX — 100 Мбит/с, смодулированная низкочастотная передача по оптоволоконному кабелю.

Иногда возникает вопрос о том, почему в обозначении всегда присутствует слово "Base". Первые версии протокола допускали также широкополосную передачу (например lOBroad), но они не имели успеха на рынке. Все современные реализации Ethernet предусматривают немодулированную передачу.

Кодирование передаваемого сигнала

При смодулированной передаче информация фрейма передается прямо по каналу связи в виде последовательности импульсов, которые обычно ослабляются (уменьшается амплитуда) и искажаются (изменяют форму), прежде чем достигают другого конца линии. Задача получателя заключается в том, чтобы распознать каждый поступающий импульс и правильно определить его значение, перед тем как передать восстановленную информацию принимающему МАС-устройству.

Хотя для восстановления размера и формы полученного сигнала применяются фильтры и цепи формирования импульсов, однако для того, чтобы обеспечить правильную выборку полученных сигналов в соответствии с периодом импульсов и с той же скоростью, с какой они передаются, требуются описанные ниже дополнительные меры.

•          Синхросигнал получателя должен быть восстановлен на основе входного потока данных, для того чтобы принимающий физический уровень мог синхронизироваться с входными импульсами.

•          Необходимо принять меры по компенсации эффекта передачи, известного как блуждание базовой линии.

Восстановление синхросигнала требует анализа переходов уровня во входном сигнале идентификации и синхронизации границ импульсов. Чередующиеся единицы и нули заголовка фрейма не только сообщают о поступлении фрейма, но и помогают восстановить синхросигнал. Однако восстановленные синхросигналы могут смещаться и терять синхронизацию, если уровень импульсов не изменяется и переходы обнаружить не удается (например, при передаче длинной цепочки нулей).

Блуждание базовой линии является следствием того, что каналы Ethernet связаны по переменному току с трансиверами и эта связь может обеспечить стабильный уровень напряжения только на короткое время. В результате переданные импульсы искажаются, появляются спады наподобие тех, которые (в увеличенном масштабе) показаны на рис. 8.12. В длинных цепочках единиц или нулей спад может быть настолько сильным, что уровень напряжения превышает пороговый, приводя к ошибочному распознаванию искаженных импульсов.

Рис. 8.12. Схематический пример блуждания базовой линии

К счастью, кодирование выходного сигнала перед передачей может существенно ослабить влияние этих неблагоприятных факторов, а также снизить вероятность ошибок при передаче. В первых версиях Ethernet, в том числе в версии lOBaseT, использовался т.н. манчестерский код (рис. 8.13), где каждый импульс явно идентифицировался по направлениям перехода среднего импульса, а не выбранным значениям уровня.

Рис. 8.13. Манчестерское двоичное кодирование, основанное на направлении перехода

Однако при манчестерском кодировании возникает ряд сложных проблем, связанных с частотой, что делает его непригодным для более высоких скоростей передачи данных. В версиях Ethernet после lOBaseT используются иные процедуры кодирования, основанные на некоторых или на всех из перечисленных ниже методов.

•          Перестановка данных. Упорядоченная (и обратимая) перестановка битов в каждом байте. Некоторые нули заменяются единицами, а единицы — нулями, при этом другие биты не изменяются. В результате уменьшается длина серий одинаковых битов, увеличивается плотность передачи и упрощается восстановление синхронизации.

•          Расширение кодового пространства. Методика, которая позволяет назначать символам данных и символам управления различные коды (такие, как признаки начала и конца потока, биты расширения и т.п.), что помогает обнаруживать ошибки передачи.

•          Прямое исправление ошибок. Кодирование, при котором к пересылаемому потоку данных добавляется избыточная информация, благодаря которой некоторые типы ошибок передачи можно исправить при приеме фреймов.

Внимание!

В версии 1000BaseT коды прямого исправления позволяют значительно снизить частоту битовых ошибок. Обработка ошибок в протоколе Ethernet ограничивается обнаружением битовых ошибок в полученном фрейме. Восстановление фреймов, полученных с неисправленными ошибками, или отсутствующих фреймов производится на более высоких уровнях используемого стека протоколов.

Литература:

Руководство по технологиям объединенных сетей, 4-е издание. : Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильяме», 2005. — 1040 с.: ил. – Парал. тит. англ.

Вы можете следить за любыми ответами на эту запись через RSS 2.0 ленту. Вы можете оставить ответ, или trackback с вашего собственного сайта.

Оставьте отзыв

XHTML: Вы можете использовать следующие теги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

 
Rambler's Top100