... 3 Fast Ethernet. 3.1 Überblick. 3.2 Übertragungsmedien. 3.3 Codierung und Übertragung. 3.4 Selbstkonfiguration. 3.

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1 Überblick: 3 Fast Ethernet Switch Überblick 3.2 Übertragungsmedien 3.3 Codierung und Übertragung Repeater... Repeater Selbstkonfiguration 3.5 Pause-Protokoll R R R R 3.6 Topologieregeln Kollisionsraum Kollisionsraum 1995: Standard IEEE 802.3u: "100Base-T4/TX/FX" 1997: Standard IEEE 802.3x: "Full Duplex Ethernet" 1997: Standard IEEE 802.3y: "100Base-T2"

2 Vergleich von 10 Mb/s Ethernet mit 100 Mb/s Ethernet: (i) Beide nutzen die gleiche Zugriffsmethode CSMA/CD. (ii) Beide nutzen das gleiche Rahmenformat. (iii) Vergleichstabelle: Eigenschaft Ethernet Fast Ethernet Bitrate 10 Mb/s 100 Mb/s Rahmenlücke 9,60 µs 0,960 µs Bitzeit 100 ns 10 ns Kollisionsfenster 512 Bitzeiten 512 Bitzeiten Übertragungsversuche Störimpuls 32 Bit 32 Bit Maximaler Rahmen Byte Byte Minimaler Rahmen 64 Byte 64 Byte (iv) Fast Ethernet kann nicht Koaxialkabel nutzen. (v) Ethernet und Fast Ethernet benutzen unterschiedliche Methoden der Datenübertragung. (vi) Netze nach Fast Ethernet Standard haben einen kleineren Durchmesser als Netze nach dem klassischen Ethernet Standard. Schichtenmodell für 100 Mb/s Ethernet Schichtenmodell für 10 Mb/s Ethernet Logical Link Control Media Access Control Reconciliation Sublayer Media Independent Interface Physical Coding Sublayer Physical Medium Attachment Physical Medium Dependent Auto-Negotiation Medium Dependent Interface Medium Logical Link Control Media Access Control Physical Layer Signaling Attachment Unit Interface Physical Medium Attachment Physical Medium Dependent Medium Dependent Interface Medium Bemerkung: In einem Repeater für 100 Mb/s Ethernet ist die Abgleichsteilschicht nicht vorhanden.

3 Fast Ethernet Übertragungsmedien: Zu 100BASE-T4: Überblick: 100BASE-T4: 4 Paare verdrillte Kupferkabel (Kategorie 3 UTP oder besser), Codierung: 8B6T, Übertragung: Ternärcode, maximale Leiterlänge: 100 m. 100BASE-X 100BASE-TX: 2 Paare verdrillte Kupferkabel (Kategorie 5 UTP oder STP), Codierung: 4B5B, Übertragung: verwürfeltes MLT-3, maximale Leiterlänge: 100 m. 100BASE-FX: 2 Glasfasern, Codierung: 4B5B, Übertragung: NRZI, maximale Leiterlänge: 412 m. (i) (ii) (iii) Die Datenübertragung erfolgt parallel über drei verdrillte Kupferadernpaare. Jedes Oktett wird durch 6 Ternärsymbole dargestellt. Es existieren Bit-Gruppen und Ternärzeichen-Gruppen. Folgende Randbedingungen wurden bei der Konstruktion des 8B6T-Codes eingehalten: - mindestens zwei Übergänge in einem 6T-Codewort müssen erfolgen, - Codewörter müssen eine DC-Balance von 0 oder 1 besitzen, - Codewörter, die mit 4 Nullen beginnen oder enden, werden ausgeschlossen. 6 Oktette 3 Leitungen 100BASE-T2: 2 Paare verdrillte Kupferkabel (Kategorie 3 UTP oder besser), Codierung: PAM 5, Übertragung: PAM 5x5, maximale Leiterlänge: 100 m. 6 Ternärwörter: T0, T1, T2, T3, T4, T5 T3 T0 T4 T1 T5 T2 (Bemerkung: PAM = Pulse Amplitude Modulation)

4 (iv) Die Übertragung erfolgt gleichstromfrei. Es wird darauf geachtet, daß die DC-Balance nur 0 oder 1 beträgt. Falls die DC-Balance 1 beträgt und ein Codewort mit der Balance 1 zu übertragen ist, wählt man das inverse Codewort mit der Balance 1. Ein Beispiel: 0x2222: (v) Die Übertragungsrate von 100 Mb/s wird durch die Ternärcodierung auf eine kleinere Schrittrate gesenkt Baud = Baud 8 3 (vi) Für Paketrahmungen werden spezielle 6T- Konstanten benutzt: sosa: ; Start of Stream A sosb: ; Start of Stream B eop1: ; End of Packet 1 eop2: ; End of Packet 2 eop3: ; End of Packet 3 eop4: ; End of Packet 4 eop5: ; End of Packet 5 P3: + ; P4: + + ; Abbildung eines Ethernetrahmens auf Übertragungsstrukturen: SOSA SOSA SOSB D 2 D 5... D N 1 EOP 2 P3 SOSA SOSA SOSB D 3 D 6... D N EOP 3 P4 SOSA SOSB D 1 D 4... D N 2 EOP 1 EOP 4 Vorspann Rahmendaten inklusive FCS Zusätzliche Endezeichen

5 Codetabelle für 8B6T-Code, (1) verwendet in 100BASE-T4 nach Annex 23A IEEE Std Codetabelle für 8B6T-Code, (2) verwendet in 100BASE-T4 nach Annex 23A IEEE Std Datenoktett Codewort Balance A B C D E F A B C D E F Datenoktett Codewort Balance A B C D E F A B C D E F

6 Codetabelle für 8B6T-Code, (3) verwendet in 100BASE-T4 nach Annex 23A IEEE Std Codetabelle für 8B6T-Code, (4) verwendet in!00base-t4 nach Annex 23A IEEE Std Datenoktett Codewort Balance A B C D E F A B C D E F Datenoktett Codewort Balance A B C D E F A B C D E F

7 Codetabelle für 8B6T-Code, (5) verwendet in 100BASE-T4 nach Annex 23A IEEE Std Codetabelle für 8B6T-Code, (6) verwendet in 100BASE-T4 nach Annex 23A IEEE Std Datenoktett Codewort Balance A B C D E F A B C D E F Datenoktett Codewort Balance A A A A A A A A A A AA AB AC AD AE AF B B B B B B B B B B BA BB BC BD BE BF

8 Codetabelle für 8B6T-Code, (7) verwendet in 100BASE-T4 nach Annex 23A IEEE Std Codetabelle für 8B6T-Code, (8) verwendet in 100BASE-T4 nach Annex 23A IEEE Std Datenoktett Codewort Balance C C C C C C C C C C CA CB CC CD CE CF D D D D D D D D D D DA DB DC DD DE DF Datenoktett Codewort Balance E E E E E E E E E E EA EB EC ED EE EF F F F F F F F F F F FA FB FC FD FE FF

9 100BASE-FX: 4B/5B - Codierung: (i) (ii) (iii) Verwendet werden 2 Glasfasern, so daß ein Vollduplexbetrieb möglich ist. Zur Codierung wird ein 4B/5B-Code eingesetzt, in einem 100 MB/s Netz erfolgt die Datenübertragung mit 125 Mbaud. Es wird der Leitungscode NRZI benutzt. Bemerkung: Jede Vierbitgruppe wird durch eine Fünfbitgruppe codiert. Bei der Auswahl der Fünfbitgruppen achtet man darauf, daß niemals mehr als drei 0-Bit in einem mittels Fünfbitgruppen codierten Bitstrom aufeinanderfolgen. (iv) Nutzt man Monomodefasern, dann lassen sich im Vollduplexbetrieb Entfernungen von mehr als 2 km überbrücken. Beispiel zur Übertragung: Daten: B/5B: Leitungszustände: B/5B-Codiertabelle Vierbitgruppe Fünfbitgruppe

10 Bemerkungen: Zur Bestimmung des 4B/5B-Codes: (1) (i) (ii) (iii) Die Umsetzung Vierbitgruppe nach Fünfbitgruppe wird von FDDI und Fast Ethernet genutzt. Ein Teil der für die Datencodierung nicht benötigten Bitmuster wird für Kontrollsymbole eingesetzt. Dies sind: Idle Start of stream delimiter, part Start of stream delimiter, part End of stream delimiter, part End of stream delimiter, part Transmit error Über Lichtwellenleiter werden die Fünfbitgruppen im NRZI-Format übertragen. Auf verdrillten Kupferkabeln benutzt man die MLT-3 Leitungscodierung. Für 100BASE-T4 wird eine ternäre Codierung 8B/6T benutzt. Die ternären Symbole werden parallel über drei Kupferadernpaare übertragen. Alle Fünfbitgruppen:

11 Zur Bestimmung des 4B/5B-Codes: (2) Entfernung aller Bitgruppen mit mehr als 3 aufeinanderfolgenden Nullen Zur Bestimmung des 4B/5B-Codes: (3) Entfernung aller Bitgruppen, die in mehr als zwei Nullbit enden oder mit mehr als ein Nullbit beginnen

12 Zur Bestimmung des 4B/5B-Codes: (4) 100BASE-TX: Es bleiben 21 Bitgruppen übrig. Von diesen werden 16 ausgewählt, es sind die mit einem Stern gekennzeichneten. (i) Verwendet werden 2 hochwertige Paare verdrillter Kupferkabel, so daß ein Vollduplexbetrieb möglich ist * * * * * * * * * * * * * * * * (ii) (iii) Zur Codierung wird ein 4B/5B-Code eingesetzt. Als Leitungscode wird ein verwürfelter MLT-3 Code eingesetzt. Daten Beispiel zur Übertragung: 4B/5B- Codierer Scrambler MLT3- Codierer Daten: B/5B: Zufallsfolge: XOR: Leitungszustände:

13 MLT-3 Codierung: 100BASE-T2: Zustandsdiagramm: 0 (i) Verwendet werden 2 Paare verdrillter Kupferkabel der Kategorie 3, die gleichzeitig bidirektional genutzt werden. 1 0V 1 0 +V V 0 (ii) Master Slave Jeweils zwei Bit werden zu einem Quinärcode zusammengefaßt. 1 0V 1 (iii) Als Leitungscode wird ein Faltungscode über Quinärcode-Paare eingesetzt. 0 (iv) Codierungsfeld: 2 Codierungsbeispiel: 1 +V +0 -V (Bemerkung: MLT = Multi Level Transmission, dies ist eine weitverbreitete Deutung von MLT.)

14 "Auto-Negotiation (802.3 u)": PAUSE-Rahmen: Fast Ethernet kennt 5 Übertragungsmodi zwischen zwei Geräten, dies sind in abnehmender Priorität: 100BASE-TX full duplex, 100BASE-T4, 100BASE-TX, 10BASE-T full duplex, 10BASE-T. Bei Inbetriebnahme einer Verbindung tauschen die beiden Partner Statusinformationen aus. Die Statusinformation ist codiert in einem 16-Bit Wort. S0 S1 S2 S3 S4 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 RF AK NP Es bedeuten: S0... S4: Selektorfeld, es sind zwei Werte definiert, = IEEE 802.3, = IEEE A1... A7: Technologiefeld, es sind fünf Werte definiert, A0 = 10BASE-T, A1 = 10BASE-T full duplex, A2 = 100BASE-TX, A3 = 100BASE-TX full duplex, A4 = 100BASE-T4, A5 = PAUSE. RF: "Remote fault bit" AK: "Acknowledge bit" NP: "Next page bit", Anzeige, daß ein erweiteter Datenaustausch gewünscht wird. Zieladresse: C Oktette Quelladresse: Unicast-Adress 6 Oktette Typ: Oktette MAC Kontroll-Code: Oktette Parameterdaten und Fülldaten 44 Oktette Prüfcode 4 Oktette Bemerkung: Die Wartezeit wird in Vielfachen ( ) von 512 Bitzeiten angegeben.

15 Topologie-Regeln für Fast Ethernet, Model 1: Drei Konfigurationen: iii) Zwei Regeneratoren: i) Zwei Datenendgeräte: DEE A DEE Regenerator Class II C Regenerator Class II Maximale Länge von A: 100 Base-TX: 100 m 100 Base-T4: 100 m 100 Base-FX: 412 m A B DEE DEE ii) Ein Regenerator: Regenerator Class I oder Class II Annahme: C ist verdrilltes Kupferkabel der Maximallänge 5 m. Medium A Medium B Max A Max B A B DEE DEE Cat-5,-4,-3 Cat-5,-4, m 100 m Cat-5(TX) LWL 100 m 116,2 m Cat-3,-4(T4) LWL 100 m 136,3 m LWL LWL 114 m 114 m Med. A Med. B Regenerator Max A Max B Cat-5,-4,-3 Cat-5,-4,-3 Class I, II 100 m 100 m Cat-5(TX) LWL Class I 100 m 160,8 m Cat-3,-4(TX) LWL Class I 100 m 131 m LWL LWL Class I 136 m 136 m Cat-5(TX) LWL Class II 100 m 208,8 m Cat-3,-4(T4) LWL Class II 100 m 204 m LWL LWL Class II 160 m 160 m Bemerkung: Für die obigen Maximalwerte wurde angenommen, daß MII-Kabel höchstens eine Länge von 5 m haben. Abkürzungen: MII = Media Independent Interface LWL = Lichtwellenleiter

16 Dimensionstabellen: Medium Medium Regenerator Max A Max B Cat-5,-4,-3 Cat-5,-4,-3 Class I or II Cat-5(TX) LWL Class I ,8 Cat-3,-4(TX) LWL Class I LWL LWL Class I Cat-5(TX) LWL Class II ,8 Cat-3,-4(T4) LWL Class II LWL LWL Class II Topologie-Regeln für Fast Ethernet, Model 2: Bemerkung: Es ist üblich in Bitzeiten (BZ) zu rechnen, eine Bitzeit beträgt 10 ns. Grundregel: Die doppelte maximale Signallaufzeit muß kleiner als 512 BZ sein. Die Signallaufzeiten für Kabel und Geräte gewinnt man durch Messung oder entnimmt sie den Spezifikationen. Einige Richtwerte: Kabelart Signallaufzeit in BZ pro Meter Tabelle Class II: Medium Medium Max A Max B Cat-5,-4,-3 Cat-5,-4, Cat-5(TX) LWL ,2 Cat-3,-4(T4) LWL ,3 LWL LWL Cat-3, Cat-4 0,57 Cat-5 0,556 Lichtwellenleiter 0,5 Gerät Bearbeitungszeit in BZ Class I Regenerator 70 Class II Regenerator (nur T4) 33,5 Class II Regenerator (T4, TX, FX) 46 TX or FX NIC 25 T4 NIC 34,5 Sicherheitszuschlag: 4 BZ. Bemerkung: NIC = Network Interface Card

17 Ein Beispiel: Class II R 100 m Cat-5 DEE 5 m Cat-5 Class II R 100 m Cat-5 DEE 100 m Cat-5 Brücke Berechnung: Kabel 100 m: 111,2 100 m: 111,2 5 m: 5,56 Regeneratoren Class II: 92 Class II: 92 TX NIC ,96 Bemerkung: Kein Sicherheitszuschlag!