Физический уровень технологии Ethernet

Все технологии семейства Ethernet имеют одинаковую реализацию МАС-подуровня – форматы кадров и способы доступа к среде передачи. Однако эти технологии отличаются реализацией физического уровня, который определяет различные скорости передачи сигналов и типы среды передачи.

В настоящее время стандарт IEEE 802.3-2012 определяет спецификации физического уровня для скоростей передачи 10 Мбит/с, 100 Мбит/с (технология Fast Ethernet), 1000 Мбит/с (технология Gigabit Ethernet), 10 Гбит/с (технология 10 Gigabit Ethernet), 40 Гбит/с (технология 40 Gigabit Ethernet) и 100 Гбит/с (технология 100 Gigabit Ethernet).

Следует отметить, что ранее спецификации Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet, 40 Gigabit Ethernet и 100 Gigabit Ethernet описывались в отдельных стандартах.

Архитектура физического уровня IEEE 802.3-2012 представляет собой набор интерфейсов и подуровней, каждый из которых выполняет определенную функцию.

Рис. 5. 30 Архитектура физических уровней Ethernet 10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1000 Мбит/с, 10 Гбит/с

Рис. 5.31 Архитектура физических уровней Ethernet 40 Гбит/с и 100 Гбит/с

Физический уровень технологий Ethernet 100 Мбит/с, 1000 Мбит/с, 10 Гбит/с, 40 Гбит/с и 100 Гбит/с включает следующие элементы:

● подуровень согласования (Reconciliation sublayer);

● независимый от физической среды интерфейс (xMII):

Media Independent Interface (MII) – интерфейс, независимый от физической среды для технологии Fast Ethernet;

Gigabit Media Independent Interface (GMII) – гигабитный интерфейс, независимый от физической среды для технологии Gigabit Ethernet;

10 Gigabit Media Independent Interface (XGMII) – 10-гигабитный интерфейс, независимый от физической среды для технологии 10 Gigabit Ethernet;

40Gb/s Media Independent Interface (XLGMII) - независимый от физической среды интерфейс 40 Гбит/с;

100Gb/s Media Independent Interface (CGMI) - независимый от физической среды интерфейс 100 Гбит/с.

● устройство физического уровня (Physical layer device, PHY);

● зависимый от физической среды интерфейс (Medium Dependent Interface, MDI).

Интерфейсы xMII поддерживают независимый от физической среды способ обмена данными между подуровнем MAC и устройством физического уровня (PHY).

Устройство физического уровня (PHY) состоит, в свою очередь, из нескольких подуровней:

● подуровня физического кодирования (Physical Coding Sublayer, PCS), зависящего от среды передачи и выполняющего кодирование данных (например, 4В/5В или 8В/10В), поступающих с МАС-подуровня;

● подуровня физического присоединения (Physical Medium Attachment, PMA), который является интерфейсом между подуровнями PCS и PMD и выполняет преобразование данных при их передаче между этими подуровнями;

● подуровня зависимости от физической среды (Physical Medium Dependent, PMD), который обеспечивает интерфейс со средой передачи. Он преобразует закодированные данные, полученные от подуровня PMA в сигналы, предназначенные для передачи через соответствующую физическую среду. Интерфейс MDI, который логически относится к PMD, фактически является средством физического присоединения к различным поддерживаемым стандартом средам передачи. Другими словами, он является портом сетевого устройства с соответствующим разъемом (RJ-45, SC, LC и др.), служащим для подключения кабеля;

● подуровня автосогласования (Auto-Negotiation), который позволяет портам двух взаимодействующих устройств автоматически выбрать наиболее эффективный общий режим работы. В технологии Fast Ethernet этот подуровень является опциональным; в технологиях Gigabit Ethernet и 10 Gigabit Ethernet - обязательным; в технологиях 40 Gigabit Ethernet и 100 Gigabit Ethernet наличие этого подуровня зависит от типа устройства физического уровня.

Опционально в спецификациях 10 Gigabit Ethernet, 40 Gigabit Ethernet и 100 Gigabit Ethernet, предназначенных для работы с медными кабелями, имеется подуровень прямой коррекции ошибок (FEC, Forward Error Correction), который выполняет помехоустойчивое кодирование.