Волоконно-оптические линии связи

Рассмотрим технологию 100BASE-TX. Потребность в сетях большей скоростью передачи данных привела в 1995 году к появлению технологии 100BASE-T Fast Ethernet и стандарта автоматического определения скорости (изначально 802.3u-1995). Благодаря технологии 100 BASE-T скорость передачи в сетях Ethernet увеличилась до 100 Мбит/с. Стандарт 100BASE-TX, являющийся модификацией 100BASE-T для кабеля UTP-типа категории 5, имел и имеет несомненный коммерческий успех. Вскоре появились двухскоростные концентраторы и коммутаторы 10/100, позволяющие организовать одновременную передачу данных в сетях Ethernet как на базовой скорости 10 Мбит/с, так и на скорости 100 Мбит/с.

Исходная технология Ethernet, в которой использовался коаксиальный кабель, может работать только в полудуплексном режиме. Следовательно, только одно устройство может передавать данные в определенный момент времени. В 1997 году технология Ethernet была доработана; появился дуплексный режим передачи (изначально стандарт 802.3x), позволяющий передавать данные более чем одной станции одновременно. Изобретение Ethernet-коммутаторов дало возможность использовать дуплексный режим передачи и за счет этого более эффективно организовать сетевой трафик, чем это делали концентраторы. Коммутаторы все более активно заменяют концентраторы в высокоскоростных сетях благодаря их способности работать в дуплексном режиме и более эффективно обрабатывать Ethernet-фреймы.

В технологии 100BASE-TX данные кодируются по алгоритму 4B/5B, потом «перемешиваются» (scrambling – перестановка элементов) и преобразуются в многоуровневый сигнал для передачи MLT-3 (MultiLevel Transmit 3 – трехуровневый сигнал), являющийся кодовым сигналом в линии на основе UTP-кабеля категории 5. Алгоритм MLT-3 преобразует двоичный поток данных в электрическую волновую форму, используя постоянную сигнальную схему. Кодирование с инверсией без возврата к нулю (NonReturn-to-Zero, Invert – NRZI) отличается от алгоритма MLT-3 тем, что в последнем уровень сигнала изменяется от отрицательных до положительных значений, в отличие от двух уровней в коде NRZI.

Основное правило для кода MLT-3 гласит, что двоичное число 1 соответствует циклическому переходу сигнала на более низкий уровень, после чего должен произойти возврат к исходному значению. Двоичное число 0 не вызывает изменений уровня сигнала.

В процессе начальной установки соединения принимающая сторона ожидает только 4B/5B-группы с кодом «среда свободна».

Схема подключения кабеля для 100BASE-TX полностью совпадает с применяемой в стандарте 10BASE-T. Используется две отдельные пары для приема и передачи. Для соединения между станциями и повторителями или концентраторами применяется прямой кабель. Внутри концентратора для скорости 100 Мбит/с реализована общая шина, являющаяся общим доменом коллизий. Однако для широко распространенных сегодня концентраторов с автоматическими определением скорости 10/100 Мбит/с внутренняя структура устройств несколько сложнее. Следует также отметить, что несмотря на то что концентраторы для сетей Ethernet со скоростью передачи 100 Мбит/с значительно быстрее концентраторов, которые работают со скоростью 10 Мбит/с, коллизии по-прежнему являются общей проблемой, поскольку устройства обоих типов основаны на принципах структуры с общей шиной. Только использование коммутаторов и дуплексного режима передачи данных может помочь избежать проблем с коллизиями.

Для соединения коммутатора с рабочей станцией служит прямой кабель. Схема внутреннего устройства коммутатора дает возможность использовать полностью полосу пропускания по каждому из его портов и избежать коллизий.

Все соединения типа «станция-станция», «коммутатор-коммутатор» и «станция-коммутатор» в технологии Fast Ethernet являются соединениями «точка-точка»: они имеют два раздельных коммуникационных канала. В этой ситуации коллизии не являются физическим явлением, а результатом административного логического решения не разрешать одновременно использовать сигналы Tx и Rx (прием и передача). Таким образом, использование полудуплексного (административное ограничение алгоритма CSMA/CD) или дуплексного режима (когда физические коллизии отсутствуют) определяет качество работы системы и может быть задано в конфигурации устройства. В большинстве случаев используется дуплексный режим передачи.

При подключении рабочей станции к концентратору необходимо учитывать, что внутри концентратора реализована шинная технология, определяющая домен коллизий. Следовательно, в таких соединениях может использоваться только полудуплексный режим передачи, подчиняющийся правилам алгоритма CSMA/CD.

Возникает вполне логичный вопрос: «Доступны лм в Fast Ethernet скорости передачи 200 Мбит/с?» Технология 100BASE-TX передает трафик со скоростью 100 Мбит/с в полудуплексном режиме (хотя часть передаваемых данных является служебной информацией). Но в дуплексном режиме 100BASE-TX поддерживает передачу данных на скорости до 200 Мбит/с (хотя, опять-таки, часть передаваемых данных является служебной информацией.) Концепция использования дуплексного режима передачи приобрела исключительное значение в связи с потребностью в увеличения скорости передачи данных в Ethernet-сетях.