Автосогласование

Автосогласование — это механизм и процедура сигнализации, используемые Ethernet по витой паре , с помощью которых два подключенных устройства выбирают общие параметры передачи, такие как скорость, дуплексный режим и управление потоком . В этом процессе подключенные устройства сначала делятся своими возможностями в отношении этих параметров, а затем выбирают режим передачи с максимальной производительностью, который они оба поддерживают.

Автосогласование для витой пары определено в пункте 28 стандарта IEEE 802.3. ^{[ 1 ]} и изначально был дополнительным компонентом стандарта Fast Ethernet . ^{[ 2 ]} Он обратно совместим с обычными импульсами канала связи ( NLP ), используемыми в 10BASE-T . ^{[ 3 ]} Протокол был значительно расширен в стандарте Gigabit Ethernet и является обязательным для гигабитного Ethernet 1000BASE-T по витой паре. ^{[ 4 ]}

В модели OSI автосогласование находится на физическом уровне .

Стандартизация и совместимость

В 1995 году Fast Ethernet был выпущен стандарт . Поскольку это представило новую опцию скорости для тех же проводов, оно включало в себя средства для подключенных сетевых адаптеров для согласования наилучшего совместного режима работы. Протокол автосогласования, включенный в пункт 28 IEEE 802.3, был разработан на основе запатентованной технологии National Semiconductor, известной как NWay . Компания предоставила всем желающим гарантийное письмо на использование их системы за единовременную лицензионную плату. ^{[ 5 ]} Другая компания с тех пор купила права на этот патент. ^{[ 6 ]}

Первая версия спецификации автосогласования в стандарте IEEE 802.3u Fast Ethernet 1995 года была реализована разными производителями по-разному, что приводило к проблемам совместимости . Эти проблемы заставили многих сетевых администраторов вручную устанавливать скорость и дуплексный режим каждого сетевого интерфейса. Однако использование ручных настроек может привести к несоответствию дуплексных режимов . Их может быть трудно диагностировать, поскольку сеть номинально работает. Простые утилиты сетевого тестирования, такие как ping , могут сообщить о правильном соединении. Однако на производительность сети будут существенно влиять прерывания передачи и последующие потери кадров Ethernet , возникающие в результате несоответствия дуплексного режима. При возникновении дуплексного несоответствия сторона соединения, использующая полудуплекс, сообщит о поздних коллизиях, а сторона, использующая полнодуплексный режим, сообщит об ошибках FCS .

Спецификация автосогласования была улучшена в выпуске IEEE 802.3 1998 года. За этим последовал выпуск стандарта IEEE 802.3ab Gigabit Ethernet в 1999 году, который предусматривал обязательное автосогласование для 1000BASE-T . Автосогласование также является обязательным для 1000BASE-TX и 10GBASE-T реализаций . В настоящее время большинство производителей сетевого оборудования рекомендуют использовать автосогласование на всех портах доступа и включать его в качестве заводской настройки по умолчанию. ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}^{[ 9 ]}

Функция

Автосогласование может использоваться устройствами, которые поддерживают более одной скорости передачи, разные дуплексные режимы (полудуплексный и полнодуплексный) и разные стандарты передачи на одной и той же скорости (хотя на практике широко поддерживается только один стандарт на каждой скорости).

В ходе автосогласования каждое устройство заявляет о своих технологических возможностях , то есть возможных режимах работы. Выбирается лучший общий режим: более высокая скорость предпочтительнее низкой, а полнодуплексный режим предпочтительнее полудуплексного при той же скорости.

Параллельное обнаружение используется, когда устройство, поддерживающее автосогласование, подключено к устройству, которое не поддерживает автосогласование. Это происходит, если устройство не поддерживает автосогласование или на устройстве отключено автосогласование. В этом состоянии устройство, способное к автосогласованию, может определять и согласовывать скорость с другим устройством. Эта процедура не может определить возможность дуплексного режима, поэтому всегда предполагается полудуплексный режим.

Помимо режима скорости и дуплексного режима, для передачи параметров «ведущий-подчиненный» для гигабитного Ethernet используется автосогласование . ^{[ 10 ]}^{[ 11 ]}

Приоритет

Получив технологические возможности другого устройства, оба устройства определяют наилучший возможный режим работы, поддерживаемый обоими устройствами. Среди режимов, которые поддерживаются обоими устройствами, каждое устройство выбирает тот, который имеет наивысший приоритет. Приоритет среди режимов следующий: ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]}

Полнодуплексный режим 40GBASE-T
25GBASE-T полнодуплексный
10GBASE-T полнодуплексный
5GBASE-T полнодуплексный
Полнодуплексный режим 2,5GBASE-T
1000BASE-T полнодуплексный
Полудуплекс 1000BASE-T
100BASE-T2 полнодуплексный
100BASE-TX полнодуплексный
Полудуплекс 100BASE-T2
Полудуплекс 100BASE-T4
Полудуплекс 100BASE-TX
10BASE-T полнодуплексный
Полудуплекс 10BASE-T

Электрические сигналы

Последовательность обычных импульсов канала, используемая устройствами 10BASE-T для установления целостности канала.

Автосогласование основано на импульсах, аналогичных тем, которые используются устройствами 10BASE-T для обнаружения наличия соединения с другим устройством. Эти импульсы проверки целостности канала (LIT) отправляются устройствами Ethernet, когда они не отправляют и не получают никаких кадров. Это униполярные положительные электрические импульсы номинальной длительностью 100 нс с максимальной длительностью импульса 200 нс . ^{[ 14 ]} генерируется с интервалом времени 16 мс с допуском на изменение времени 8 мс . Устройство обнаруживает сбой канала, если в течение 50-150 мс не получен ни кадр, ни два LIT-импульса. Чтобы эта схема работала, устройства должны отправлять импульсы LIT независимо от их получения. В спецификации автосогласования эти импульсы называются импульсами нормальной линии связи (NLP).

Три пакета *импульсов быстрой связи* , используемые устройствами автосогласования для объявления своих возможностей.

NLP, используемые при автосогласовании, по-прежнему являются униполярными, только положительными и имеют номинальную длительность 100 нс ; но каждый LIT заменяется пакетом импульсов, состоящим из 17–33 импульсов, отправляемых с интервалом 125 мкс . Каждый пакет импульсов называется пакетом импульсов быстрой линии связи (FLP). Временной интервал между началом каждого пакета FLP составляет те же 16 мс , что и между NLP.

Как кодовое слово канала (16-битное слово) кодируется в пакете быстрых импульсов канала

Пакет FLP состоит из 17 NLP с интервалом времени 125 мкс с допуском 14 мкс . Между каждой парой двух последовательных NLP (т.е. через 62,5 мкс после первого NLP пары импульсов) может присутствовать дополнительный положительный импульс. Наличие этого дополнительного импульса указывает на логическую 1, его отсутствие — на логический 0. В результате каждый FLP содержит 16-битное слово данных. Это слово данных называется кодовым словом канала (LCW). Биты LCW пронумерованы от 0 до 15, где бит 0 соответствует первому возможному импульсу по времени, а бит 15 — последнему.

Кодовое слово базовой ссылки

Каждый пакет импульсов быстрого канала передает 16 бит данных, известных как кодовое слово канала. Первое такое слово известно как кодовое слово базовой линии , и его биты используются следующим образом:

0–4: поле выбора — указывает, какой стандарт используется между IEEE 802.3 и IEEE 802.9.
5–12: поле технологических возможностей – последовательность битов, которые кодируют возможные режимы работы среди режимов 100BASE-T и 10BASE-T (см. ниже).
13: удаленная ошибка – устанавливается на единицу, когда устройство обнаруживает сбой канала.
14: подтверждение – устройство устанавливает это значение на единицу, чтобы указать на правильный прием кодового слова базовой линии связи от другой стороны; это обнаруживается путем приема по меньшей мере трех идентичных слов основного кода. Получив эти три идентичные копии, устройство отправляет кодовое слово связи с битом подтверждения, установленным на единицу, от шести до восьми раз.
15: следующая страница – используется для указания намерения отправить другие кодовые слова ссылки после кодового слова базовой ссылки.

Поле технологических способностей состоит из восьми битов. Для IEEE 802.3 это следующие:

бит 0: устройство поддерживает 10BASE-T
бит 1: устройство поддерживает 10BASE-T в полнодуплексном режиме.
бит 2: устройство поддерживает 100BASE-TX
бит 3: устройство поддерживает 100BASE-TX в полнодуплексном режиме.
бит 4: устройство поддерживает 100BASE-T4
бит 5: устройство поддерживает кадр паузы
бит 6: устройство поддерживает асимметричную паузу для полнодуплексного режима
бит 7: зарезервирован

Кодовые слова ссылки также называются страницами . Поэтому кодовое слово базовой ссылки называется базовой страницей. Следующий бит базовой страницы равен 1, когда устройство намеревается отправить другие страницы, которые можно использовать для передачи других возможностей. Эти дополнительные страницы отправляются только в том случае, если оба устройства отправили базовые страницы с битом следующей страницы, установленным в 1. Дополнительные страницы по-прежнему кодируются как кодовые слова канала (с использованием 17 тактовых импульсов и до 16 битовых импульсов).

Сообщение и неформатированная следующая страница

Базовой страницы достаточно, чтобы устройства могли объявить, какие из режимов 10BASE-T, 100BASE-TX и 100BASE-T4 они поддерживают. Для гигабитного Ethernet требуются еще две страницы. Эти страницы отправляются, если оба устройства отправили базовые страницы с битом следующей страницы, установленным в единицу.

Дополнительные страницы бывают двух видов: страницы сообщений и неформатированные страницы . Эти страницы по-прежнему представляют собой 16-битные слова, закодированные в виде импульсов так же, как и базовая страница. Их первые одиннадцать бит представляют собой данные, а предпоследний бит указывает, является ли страница страницей сообщения или неформатированной страницей. Последний бит каждой страницы указывает на наличие дополнительной страницы. ^{[ 15 ]}

Поддерживаемые режимы 1000BASE-T и данные «ведущий-подчиненный» (которые используются для определения того, какое из двух устройств действует как ведущее, а какое — как ведомое) передаются с использованием одной страницы сообщения, за которой следует одна неформатированная страница. Страница сообщения содержит:

возможность полудуплекса
является ли устройство однопортовым или многопортовым
независимо от того, настроен ли ведущий/ведомый вручную или нет
настроено ли устройство вручную как ведущее или ведомое

Неформатированная страница содержит 10-битное слово, называемое начальным значением «главный-подчиненный».

Несоответствие дуплекса

Несоответствие дуплексного режима возникает, когда два подключенных устройства настроены в разных дуплексных режимах. Это может произойти, например, если один из них настроен на автосогласование, а другой имеет фиксированный полнодуплексный режим работы (без автосогласования). В таких условиях устройство автосогласования правильно определяет скорость работы, но не может правильно определить дуплексный режим. В результате он устанавливает правильную скорость, но предполагает полудуплексный режим.

Когда одно устройство работает в полнодуплексном режиме, а другое — в полудуплексном, соединение работает надежно только при очень низкой пропускной способности. Полнодуплексное устройство может передавать данные во время их приема. Однако если полудуплексное устройство получает данные во время отправки, оно обнаруживает коллизию и прерывает передачу, а затем пытается повторно отправить кадр. Полнодуплексное устройство сообщит об ошибках последовательности проверки кадров (FCS) при прерванной передаче. В зависимости от времени полудуплексное устройство может обнаружить позднюю коллизию , которую оно будет интерпретировать как серьезную ошибку, а не как обычное следствие CSMA/CD, и может не пытаться повторно отправить кадр. Полнодуплексное устройство не обнаруживает коллизий и предполагает, что кадр был получен без ошибок. Эта комбинация (поздних) коллизий, сообщаемых на полудуплексном конце, и ошибок FCS, сообщаемых полнодуплексным концом, является индикатором наличия дуплексного несоответствия.

Патенты

Автосогласование защищено патентами США. Патент США 5,617,418 , Патент США 5687174 , E Патент США RE39,405 E , E Патент США RE39,116 E , заявка США 971018 (подана 2 ноября 1992 г.), заявка США 146729 (подана 1 ноября 1993 г.), заявка США 430143 (подана 26 апреля 1995 г.); ^{[ 6 ]}^: 6 Европейские патентные заявки SN 93308568.0 (Германия, Франция, Великобритания, Италия, Нидерланды); Патент Кореи № 286791; Патент Тайваня № 098359; патент Японии № 3705610; Патент Японии 4234. Заявки SN H5-274147; Корейские патентные заявки SN 22995/93; Заявка на патент Тайваня SN 83104531.

Автосогласование для однопарного Ethernet

В силу своей природы однопарный Ethernet имеет собственный дополнительный вариант автосогласования. Он использует страницы дифференциального манчестерского кодирования (DME) для согласования возможностей в полудуплексном режиме. Используются две разные скорости передачи сигналов: 10/5/2,5GBASE-T1, 1000BASE-T1, 100BASE-T1 и 10BASE-T1S поддерживают высокоскоростной режим (HSM) со скоростью 16,667 Мбит/с и опционально низкоскоростной режим (LSM). на скорости 625 кбит/с, а 10BASE-T1L поддерживает LSM и опционально HSM. ^{[ 16 ]}

Приоритет выбора для согласованных режимов: ^{[ 17 ]}

10GBASE-T1
5GBASE-T1
2,5 ГБАЗ-Т1
1000BASE-T1
100BASE-T1
10BASE-T1S полнодуплексный
Полудуплекс 10BASE-T1S
10BASE-T1L

См. также

Auto MDI-X для автоматической настройки прямого или перекрестного подключения кабеля.

Ссылки

^ «Пункт 28: Сигнализация канала физического уровня для автоматического согласования по витой паре», Стандарт IEEE для Ethernet , стр. 278, номер doi : 10.1109/IEESTD.2018.8457469 , ISBN 978-1-5044-5090-4 ^{[ мертвая ссылка ]}
^ Джаясвал, Кайлас (2005). Администрирование серверов центров обработки данных, хранилищ и передачи голоса по IP . Хобокен: Джон Уайли и сыновья. п. 168. ИСБН 0471783358 .
^ Шмидт, Дэниел Миноли, Эндрю (1998). Коммутируемые сетевые службы . Нью-Йорк: Компьютерный паб Wiley. п. 93. ИСБН 0471190802 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ IEEE. «Часть 3. Метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD) и спецификации физического уровня» (PDF) . РАЗДЕЛ ВТОРОЙ: Этот раздел включает пункты 21–33 и приложения 22A–33E. Архивировано из оригинала (PDF) 26 ноября 2013 года . Проверено 3 июня 2014 г.
^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 19 ноября 2008 г. Проверено 2 декабря 2009 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
^ Перейти обратно: ^а ^б ООО «Переговорные данные решения». «Предложение стандартной патентной лицензии NWay/IEEE | Negotiated Data Solutions LLC» . Negotiateddata.com. Архивировано из оригинала 6 января 2009 г. Проверено 2 февраля 2010 г.
^ «Настройка и устранение неполадок полу-/полнодуплексного автоматического согласования Ethernet 10/100/1000 Мбит» . Циско . Проверено 12 января 2012 г. Cisco рекомендует оставлять автосогласование включенным для устройств, совместимых со стандартом 802.3u .
^ Джим Эггерс и Стив Ходнетт (июль 2004 г.). «Лучшие практики автосогласования Ethernet» (PDF) . Сан Микросистемс . Архивировано из оригинала (PDF) 20 мая 2011 г. Использование автосогласования является стандартом IEEE 802.3, и клиентам рекомендуется следовать «намерению» стандартов IEEE 802.3u/z и реализовывать автосогласование в своих средах Ethernet.
^ Рич Эрнандес (2001). «Автосогласование Gigabit Ethernet» . Делл . Проверено 12 января 2012 г.
^ «Автосогласование; 802.3-2002» (PDF) . Интерпретации стандартов IEEE . IEEE. Архивировано из оригинала (PDF) 30 января 2006 г. Проверено 5 ноября 2007 г.
^ Техническое описание DP83865 (PDF) , стр. 29 , получено 19 мая 2023 г.
^ IEEE 802.3-2018, Приложение 28B.
^ «Настройка скорости порта и дуплексного режима» . docs.ruckuswireless.com . Проверено 25 сентября 2020 г.
^ «Автоопределение IEEE Link Task Force, спецификация для автоопределения NWay» (PDF) . п. 57. Архивировано из оригинала (PDF) 14 июля 2011 г.
^ IEEE 802.3, пункт 28.2.1.2.6, следующая страница.
^ IEEE 802.3, пункт 98.
^ IEEE 802.3 Приложение 98B

Внешние ссылки

[1] «Пункт 28: Сигнализация канала физического уровня для автоматического согласования по витой паре», Стандарт IEEE для Ethernet , стр. 278, номер doi : 10.1109/IEESTD.2018.8457469 , ISBN 978-1-5044-5090-4 ^{[ мертвая ссылка ]}

[2] Джаясвал, Кайлас (2005). Администрирование серверов центров обработки данных, хранилищ и передачи голоса по IP . Хобокен: Джон Уайли и сыновья. п. 168. ИСБН 0471783358 .

[3] Шмидт, Дэниел Миноли, Эндрю (1998). Коммутируемые сетевые службы . Нью-Йорк: Компьютерный паб Wiley. п. 93. ИСБН 0471190802 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[4] IEEE. «Часть 3. Метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD) и спецификации физического уровня» (PDF) . РАЗДЕЛ ВТОРОЙ: Этот раздел включает пункты 21–33 и приложения 22A–33E. Архивировано из оригинала (PDF) 26 ноября 2013 года . Проверено 3 июня 2014 г.

[5] «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 19 ноября 2008 г. Проверено 2 декабря 2009 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )

[nwaylic-6] Перейти обратно: ^а ^б ООО «Переговорные данные решения». «Предложение стандартной патентной лицензии NWay/IEEE | Negotiated Data Solutions LLC» . Negotiateddata.com. Архивировано из оригинала 6 января 2009 г. Проверено 2 февраля 2010 г.

[7] «Настройка и устранение неполадок полу-/полнодуплексного автоматического согласования Ethernet 10/100/1000 Мбит» . Циско . Проверено 12 января 2012 г. Cisco рекомендует оставлять автосогласование включенным для устройств, совместимых со стандартом 802.3u .

[8] Джим Эггерс и Стив Ходнетт (июль 2004 г.). «Лучшие практики автосогласования Ethernet» (PDF) . Сан Микросистемс . Архивировано из оригинала (PDF) 20 мая 2011 г. Использование автосогласования является стандартом IEEE 802.3, и клиентам рекомендуется следовать «намерению» стандартов IEEE 802.3u/z и реализовывать автосогласование в своих средах Ethernet.

[9] Рич Эрнандес (2001). «Автосогласование Gigabit Ethernet» . Делл . Проверено 12 января 2012 г.

[10] «Автосогласование; 802.3-2002» (PDF) . Интерпретации стандартов IEEE . IEEE. Архивировано из оригинала (PDF) 30 января 2006 г. Проверено 5 ноября 2007 г.

[11] Техническое описание DP83865 (PDF) , стр. 29 , получено 19 мая 2023 г.

[12] IEEE 802.3-2018, Приложение 28B.

[13] «Настройка скорости порта и дуплексного режима» . docs.ruckuswireless.com . Проверено 25 сентября 2020 г.

[negotiateddata-nway-spec-14] «Автоопределение IEEE Link Task Force, спецификация для автоопределения NWay» (PDF) . п. 57. Архивировано из оригинала (PDF) 14 июля 2011 г.

[15] IEEE 802.3, пункт 28.2.1.2.6, следующая страница.

[16] IEEE 802.3, пункт 98.

[17] IEEE 802.3 Приложение 98B

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

v т и Ethernet Семейство локальных сетей технологий
Скорости	10 Мбит/с 100 Мбит/с 1 Гбит/с 2,5 и 5 Гбит/с 10 Гбит/с 25 и 50 Гбит/с 40 и 100 Гбит/с 200, 400, 800 и 1600 Гбит/с
Общий	Физический уровень Автосогласование Тип Эфира Управление потоком Рамки Джамбос
Организации	ИЭЭЭ 802.3 Ethernet Альянс
СМИ	Волокно Витая пара Коаксиальный Первая миля 10G-ЭПОН
Исторический	CSMA/CD СтарЛАН 10ШИРОКИЙ36 10BASE-ФБ 10BASE-ФЛ 10BASE5 10BASE2 ВСЕГДА ФОЙРЛ 100BaseVG ЛаттисНет Дальний охват
Приложения	Аудио Автомобильная промышленность Перевозчик Дата-центр Энергоэффективность Промышленный Метро Власть синхронный
Трансиверы	ГБИК СФП/СФП+/КСФП/КСФП+/ОСФП КСЕНПАК / X2 XFP CFP
Интерфейсы	АУИ ЕАД МДИ ТЫСЯЧА Вторая мировая война XGMII ХАУИ
Категория Коммонс