Немного об интерфейсе 1000BASE-T.

MDI

PMD

PMA

Layer

Physical

GMII

8 bits, 125 MHz

(125 Mbytes/s)

8B (parallel)

8 bites=HGFEDCBA PCS

10B (parallel)

10bites=abcdei-fghj

1,25 Gbaud

(serial interface)

1,25 Gbaud

(optical interf.)

Tx Rx

Fiber/Copper Fiber/Copper

parallel transmission serial transmission

Рис. 7.13. Схема физического уровня технологии 1000BASE-X.

Кодирование 8В/10В соответствует блок-ориентированному коду, используемому в технологии Fiber Channel. Суть процедуры состоит в кодировании каждого 8-битного октета в 10-битный символ (рис. 7.14). Для этого байт разделяется на две группы X и Y. Y-группа содержит 3 наиболее важных бита, Х-группа – 5 менее важных битов. В результате формируется кодовая группа /Dx.y/. Например, рассмотрим кодирование байта с содержимым 5С в 16-

ричном представлении (Hex). Кодирование этого байта приводит к кодовой группе /D28.2/ (см. табл. 7.2).

y x abcdei fghj

5C hex = 010 11100 = /Dx.y/ = /D28.2/ 001110 0101

Помимо преобразования последовательностей 8В в 10В передатчик старается в динамическом режиме обеспечить баланс количества единиц и нулей. Для этого используется два типа кода RD (Running Disparity): RD- (слишком много нулей) и RD+ (слишком много единиц), взаимно инверсных друг к другу. В результате среднее количество 1 и 0 в линейном сигнале равно.

Idle Idle

Рис. 7.14. Принцип кодирования 8В/10В.

Таблица 7.2. Варианты кодирования различных последовательностей в коде 8В/10В.

Кадры Ethernet всех трех рассмотренных выше типов кодируются с использованием правил 8В/10В. Затем полученная кодовая комбинация передается с кодом группы /S/, который одновременно обозначает начало передачи кадра. Окончание передачи кадра обозначается как минимум двумя полями кодовых групп /T/ и /R/. Кадры, содержащие четное количество кодовых групп заканчиваются двойным полем /R/. Для передачи защитного интервала GAP или IFG используются поля свободного кода /I1/ и /I2/, которые можно считать полями заполнения 8В/10В (рис. 7.14).

Применение кода 8В/10В в технологии Fiber Channel, принятой ANSI, было обусловлено использованием его для систем хранения информации. Этот код имеет ряд преимуществ, таких как высокая плотность преобразования (большое

число переходов от 0 на 1), устойчивый баланс по постоянному току (отсутствие постоянной составляющей) и, главное, высокая устойчивость к появлению ошибок, которая определяется разделением информации на два класса по уровню ценности. Все перечисленные преимущества позволяют эффективно использовать код 8В/10В в распределенных системах передачи байт-ориентированной информации.

Уровень адаптации к среде передачи PMA (Physical Medium Attachment).

Следующим вниз за уровнем PCS расположен уровень адаптации к среде передачи PMA. Этот уровень является последним уровнем, не зависящим от среды передачи. Роль уровня PMA состоит в передаче последовательности сигналов в формате NRZ от уровня PCS к уровню PMD, где последовательность импульсов преобразуется в оптические или электрические сигналы. PMA также выполняет функции выделения сигналов синхронизации из входящего потока данных.

Уровень преобразования сигнала в физические сигналы PMD (Physical Medium Dependent).

Ниже уровня PMA находится уровень PMD, уже привязанный к специфике среды передачи. Здесь сигнал, кодированный на уровне PCS и переданный через уровень PMA, преобразуется в электрический или оптический сигнал в соответствии с правилами, установленными для соответствующих интерфейсов. Затем с уровня PMD сигналы поступают на уровень MDI (Medium Dependent Interface), где непосредственно загружаются в систему передачи.

Поскольку для технологии GE электрический интерфейс рассматривается скорее как дополнительный, рассмотрим оптический интерфейс 1000BASE-X. Он включает в себя три основных части:

· Тип оптического интерфейса

· Протокол автоконфигурации

· Процедуры управления

В современных оптических сетях и, в частности, в сетях GE широко используются сменные оптические интерфейсы SFP. Применение сменного интерфейсного модуля имеет несколько преимуществ:

· Любая неисправность в оптическом интерфейсе не требует замены всего модуля оборудования, достаточно заменить сам интерфейс

· Модули в оборудовании оказываются независимыми от длины волны оптической системы передачи. При необходимости перехода на другую длину волны достаточно поменять интерфейсный модуль SFP

Процедура автоконфигурации в интерфейсе 1000BASE-X используется также как и в интерфейсах обычных сетей Ethernet для определения режима передачи (полнодуплексный или полудуплексный), управления потоками данных и идентификации неисправностей.

В отличие от оптического интерфейса, интерфейс GE на основе витой пары UTP 1000BASE-T на практике имеет меньшую ценность и встречается довольно редко. На физическом уровне этот интерфейс использует витую пару UTP категории 5, что позволяет выполнять переход от технологии Ethernet в GE без реконструкции кабельной системы оператора. Как и в интерфейсе 1000BASE-X, физический уровень 1000BASE-T разделен на подуровни PCS, где формируется логическая структура потоков передачи и кодирование сигнала, PMA, где выполняется аналого-цифровое преобразование сигналов для передачи их по кабельной системе и PMD, где осуществляется сама передача.

При разработке стандарта 1000BASE-T учитывалось, что пропускная способность кабелей UTP категории 5 ограничена полосой в 125 МГц. Поэтому в интерфейсе используется 4 пары, по каждой из которых передается по 250 Мбит/с, итого – 1 Гбит/с. В процессе кодирования сигнала используется метод кодовых групп и специальная технология кодирования по 4 парам одновременно (4D-PAM5). Кодирование включает в себя следующие правила:

· Все 4 пары кабеля используются одновременно для передачи и приема сигналов

· Каждый байт кодируется 4 импульсами с модуляцией РАМ

· Используется 5-уровневое кодирование (+2, +1, 0, -1, -2)

· Для кодирования используются только 4 уровня, 5 уровень применяется для процедуры коррекции ошибок FEC (Forward Error Correction)

· В отсутствии передаваемых данных в интерфейсе используется последовательность символов заполнения IDLE (+2, 0, -2), которая обеспечивает сохранение режима фазовой синхронизации

В результате использования 4-уровневого кодирования по одной паре при символьной скорости 125 Мбод, характерной для UTP, передается информация со скоростью 250 Мбит/с, а по всем парам – 1 Гбит/с. При этом в каждой паре спектральная плотность сигнала соответствует интерфейсу 100BASE-TX. Это позволяет осуществить переход из Ethernet в GE без коренной реконструкции кабельной системы.

Использование принципа передачи по 4 парам одновременно составляет основную специфику, присущую интерфейсу 1000BASE-T. Все остальные нюансы технологии Ethernet для этого интерфейса во многом аналогичны обычному Ethernet. Также как и в Ethernet в интерфейсе 1000BASE-T могут быть реализованы полудуплексный и полнодуплексный режимы передачи. Режим автоидентификации также реализован аналогично Ethernet, с использованием практически тех же форматов данных и соответствующих полей.