Физический уровень технологии Ethernet.

Media

Hub dependen

5 5

Media

Gateway

OSI model 802.3 model

7

indep.

Router

Switch Bridge 3 media

Рис. 7.1. Структура протокола Ethernet применительно к модели OSI.

Как следует из рис. 7.1, технология Ethernet охватывает все уровни 7-уровневой модели. Более того, в настоящее время в связи с широким распространением Ethernet, системщики предлагают отказаться от 7-уровневой модели в пользу более упрощенной 5-уровневой модели, которая объединила бы сессионный, представительский уровни и уровень приложений. В зависимости от уровня коммутации в технологии Ethernet используются различные устройства:

• Объединение сетей на уровне физической среды передачи выполняют самые простые устройства – хабы (Hub)
• Коммутацию на канальном уровне выполняют коммутаторы (Switch, Bridge)
• Коммутация сетевого уровня выполняется маршрутизаторами (Router)
• Преобразование на уровне приложений выполняется различными шлюзами (Gateway)

Таблица 7.1. Различные варианты интерфейсов Ethernet по стандарту IEEE 802.3.

Стандарт	Название	Тип интерфейса	H/F	Кодиро- вание	Линейный код	MFS	Размер сети
10GEth. IEEE 802.3ae (clause 48-53)XGMII	10GBASE-SR	Двойной 50/125 мкм MMF, 850 нм	F	64B/66B	NRZ	N/A	2/550 м
10GBASE- SW	Двойной 62,5/125 мкм MMF, 850 нм	F	64B/66B	NRZ	N/A	2/33 м
10GBASE- LX4	Двойной 50/125 мкм MMF, 4xDWM signal	F	8B/10B	NRZ	N/A	300 м
10GBASE- LX4	Двойной 62,5/125 мкм MMF, 4xDWM signal	F	8B/10B	NRZ	N/A	300 м
10GBASE- LX4	Двойной 8-10 мкм SMF,1310 нм 4xDWM signal	F	8B/10B	NRZ	N/A	10 км
10GBASE- LR	Двойной 8-10 мкм SMF,1310 нм	F	64B/66B	NRZ	N/A	10 км
10GBASE- LW	Двойной 8-10 мкм SMF,1310 нм	F	64B/66B	NRZ	N/A	10 км
10GBASE- ER	Двойной 8-10 мкм SMF,1550 нм	F	64B/66B	NRZ	N/A	2/40 км
10GBASE- EW	Двойной 8-10 мкм SMF,1550 нм	F	64B/66B	NRZ	N/A	2/40 км
Gigabit Ethernet IEEE 802.3z/ab (clauses 34-42) GMII     Fast Ethernet IEEE802.3u (clauses 21-29) MII	1000BASE- ZX	Двойной 8-10 мкм SMF,1310 нм	F	8B/10B	NRZ		80 км
1000BASE- LX	Двойной 8-10 мкм SMF,1310 нм	F	8B/10B	NRZ		5 км
1000BASE- LX	Двойной 50/125 мкм МMF,1310 нм	F	8B/10B	NRZ		550/2000м
1000BASE- LX	Двойной 62,5/125 мкм МMF,1310 нм	F	8B/10B	NRZ		550/1000м
1000BASE- SX	Двойной 50/125 мкм МMF,850 нм	F	8B/10B	NRZ		550/750 м
1000BASE- SX	Двойной 62,5/125 мкм МMF,850 нм	F	8B/10B	NRZ		220/400 м
1000BASE- CX	Двойной 150 Ом SТР (twinax)	F	8B/10B	NRZ		25 м
1000BASE- T	Четыре пары UTP 5 (или лучше)	H/F	4D-PAM5	PAM5		<100 м
100BASE-Fx	Двойной 50/125 мкм SMF	F	4B/5B	NRZI		40 км
100BASE- Fx	Двойной 62,5/125 мкм MMF	F	4B/5B	NRZI		2 км
100BASE-Tx	Двойная пара кабеля STP	F	4B/5B	MLT3		200 м
100BASE-Tx	Двойной UTP 5 (или лучше)	H/F	4B/5B	MLT3		<100м
100BASE-T4	Четыре пары UTP 3 (или лучше)	H	8B/6T	MLT3		<100м

Первоначально технология Ethernet предусматривала полный доступ всех клиентских устройств к единому ресурсу сети, но по мере эволюции технологии сети были сегментированы, и в настоящее время доступ к ресурсам сети ограничен.

Стандарт IEEE 802.3 предусматривает деление протокола на 4 уровня:

• Уровень физической среды передачи (физический уровень в модели OSI), который в свою очередь делится на несколько подуровней (рис. 6.1)
• Уровень управления средой передачи (Medium Access Control – MAC)
• Уровень управления логическим соединением ( Logical Link Control – LLC)
• Верхние уровни протокола.

Рассмотрим теперь отдельно все перечисленные уровни.

Физический уровень технологии Ethernet состоит из нескольких подуровней. Часть из них связана со средой передачи, часть является независимой от среды передачи. Из табл. 7.1 видно, что в качестве среды передачи сигналов в технологии Ethernet могут использоваться коаксиальные кабели, витая пара UTP и STP, одномодовые и многомодовые оптические кабели. Такое многообразие возможных физических сред передачи обусловлено самой историей технологии, поскольку она адаптировалась к уже существующим кабельным системам для обеспечения быстрого внедрения на рынке.

Чтобы обеспечить разделение стандартов физического уровня Ethernet на зависящие и независимые от среды передачи части, в технологии было предложено аппаратное разделение устройств интерфейса на два типа:

· Контроллеры интерфейсов обеспечивают функции физического уровня и выше (например, уровня МАС), не зависящие от среды передачи

· Трансиверы интерфейсов преобразуют сигналы интерфейса от контроллера в линейный код и физические сигналы для соответствующей среды передачи

Таким образом, если мы рассматриваем функции физического уровня, связанные со средой передачи сигналов, то речь идет о трансивере. Если же мы говорим об универсальном интерфейсе Ethernet, то речь идет о функциях контроллера.

Data 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0

Clock

NRZ

RZ

NRZ

(Inverse)

Manchester

MLT-3

Multi Level

Threshold

PAM5 +2

+1

pair #1

-2

+2

+1

pair#2 0

-1

-2

Рис. 7.2. Различные типы линейного кода, используемые в технологии Ethernet.

Для корректной работы трансиверов особенное значение имеет формирование линейного кода. Различные интерфейсы требуют различных типов линейного кода (табл. 7.1). Варианты линейных кодов представлены на рис. 7.2. Разные коды имеют разное количество уровней линейного сигнала, например, код РАМ5 использует 5-уровневое кодирование. В связи с этим помехоустойчивость линейных сигналов также различается, что находит отражение в параметре максимального размера сети.

Первые технические решения Ethernet в части интерфейсов были целиком зависящими от среды передачи. По мере развития технологии трансиверы начали отделять от контроллеров. Первый опыт выделения универсального интерфейса Ethernet привел к появлению интерфейса AUI (Attachment Unit Interface), который обеспечивал работу на скорости до 10 Мбит/с. По интерфейсу AUI передавалось 4 типа сигналов: передаваемые данные, принимаемые данные, информация о неисправностях (коллизиях) и питание интерфейса. Дальность подключения не превышала 50м.

Развитие идеологии разделения в интерфейсе трансиверов и контроллеров нашло завершение в формировании подуровня независимого от среды передачи интерфейса MII (Medium Independent Interface), который находится на самом верху физического уровня модели IEEE 802.3 (рис.7.1). Интерфейс MII был разработан для технологии Fast Ethernet (100 Мбит/с) с тем условием, что пользователи могут в равной степени использовать этот интерфейс для систем на металлическом или оптическом кабеле. В результате часть функций преобразования сигналов, в том числе и линейное кодирование, были переданы трансиверу. Интерфейс MII реализует функции 4 групп сигналов: подачу питания на интерфейс, формирование сигналов управления (синхронизация, контроль и пр.), передачу/прием данных и передачу/прием сигналов управления CS, CD и пр.

Развитием технологии MII стал интерфейс GMII (Gigabit Medium Independent Interface), разработанный для сетей Gigabit Ethernet (GE). В отличие от MII интерфейс GMII был ориентирован на современные достижения микропроцессорной техники. Спецификации GMII ориентированы на описание логического соединения, а сам интерфейс находится внутри микропроцессора GE.