Стандарт 100Base-SX – последний кирпичик Fast Ethernet

     Оптоволоконные сети в нашем регионе, как и черная икра, не пользуются большим спросом. Однако там, где речь идет о безопасности информации, высокой помехозащищенности или о преодолении дистанционных ограничений топологии, другого выбора не представляется.

     Вряд ли будет ошибочным утверждение, что победное шествие технологии Ethernet началось с появлением стандартов 10Base-Т для витой пары. Одной из основных причин этого являлась укладка кабеля UTP 3 или UTP 5 в строящихся зданиях по умолчанию (речь, конечно, идет о Западе). Серия стандартов 10Base-F для оптоволокна явилась логическим расширением стандартов 10Base-Т. Но если инкрементная миграция к стандарту 100Base-T для сетей на витой паре, в общем, не представляла проблем, то это было не так в случае оптоволоконных сетей ввиду несовместимости соответствующих стандартов по длине волны: 850 нм для 10Base-F и 1300 мкм для 100Base-FX.

     В то же время инсталлированная база 10-мегабитовых оптоволоконных сетей Ethernet оказалась достаточной для оказания необходимого давления на индустрию. Попытки создать проект в рамках группы IEEE 802.3 для решения этой проблемы оказались безуспешными, и производители, заинтересованные в разработке соответствующего стандарта, организовали группу под эгидой TIA (Telecommunications Industry Association). Группа TIA надеется, что разрабатываемый ею стандарт, который называется 100Base-SX (S обозначает short wavelength), будет, в конечном счете, принят IEEE.

     По тем или иным причинам 10-мегабитовым оптоволоконным сетям Ethernet уделялось недостаточно внимания на страницах нашего еженедельника, и сейчас представился повод подробнее рассказать о данной технологии. Вероятнее всего для большинства наших читателей это будет иметь лишь исторический интерес, однако описание соответствующих стандартов не только восполнит пробел, но и поможет прояснить суть проблемы.

     Основные свойства оптического кабеля

     Прежде чем переходить к описанию стандартов 10Base-F, остановимся на некоторых особенностях строения и свойствах оптоволокна, необходимых для дальнейшего. Из конструктивных особенностей для нас важна только рабочая зона кабеля, а именно сердцевина и оболочка (не защитная). Сердцевина выполняется из кварцевого стекла или оптического пластика и имеет высокий коэффициент преломления. У оболочки, которая охватывает сердцевину, коэффициент преломления более низкий. Таким образом, луч, распространяющийся в сердцевине, испытывает на границе сред полное внутреннее отражение.

     Существуют два основных типа оптоволоконного кабеля: одномодовый и многомодовый. Их оптические свойства определяются диаметром сердцевины. Наиболее характерные размеры: 8,3 мкм для одномодового волокна, 50 или 62,5 мкм для многомодового и 125 мкм для оболочки. Кабель маркируется двумя этими числами, указанными через косую (например, 8,3/125 — для одномодового волокна или 62,5/125 — для многомодового).

     По одномодовому оптоволокну без значительного затухания может распространяться луч одной определенной частоты (одна мода), в то время как по многомодовому — лучи из довольно большого диапазона частот (много мод).

     В отличие от монохромного излучения, в случае одномодового волокна передатчик для многомодового волокна излучает свет в некотором узком диапазоне частот. Лучи входят в сердцевину под слегка отличающимися углами, в результате чего длины их путей не совпадают. Это приводит к тому, что к приемнику они приходят в разное время, формируя эффект, называемый модальной дисперсией, который вызывает деградацию сигнала. Этого не происходит в одномодовом волокне, поэтому оно способно передавать сигнал на более длинные дистанции. Многомодовое волокно имеет два так называемых окна прозрачности, т. е. две длины волны с относительно низкой величиной затухания: коротковолновое — около 850 нм (порог видимого спектра) и длинноволновое — приблизительно 1300 нм (инфракрасный спектр).

     Краткая история оптических стандартов Ethernet

     Будем помнить, что речь идет о "медленной", 10-мегабитовой технологии Ethernet. Первый оптический стандарт, который назывался Fiber Optic Inter-Repeater Link (FOIRL), был принят в 1987 г. и являлся частью спецификации репитера. Он был разработан с целью обеспечить связь типа точка—точка между двумя относительно далеко (до 1 км) отстоящими репитерами. Стандарт поддерживал пропускную способность 10 Mbps по двум многомодовым оптоволоконным кабелям, образующим дуплексный канал, и использовал излучение длиной 850 нм.

     Несколькими годами позже был принят стандарт 10Base-F с такими же средой передачи и длиной волны, обратносовместимый с FOIRL. Идентификатор 10Base-F относился к группе из трех типов оптических сегментов: 10Base-FL, 10Base-FB и 10Base-FP, которые были несовместимы друг с другом по оптическим интерфейсам. Перейдем теперь к краткому их описанию.

     10Base-FL (Fiber Link) — стандарт разрабатывался для замены FOIRL. Он поддерживает длину сегмента до 2 км. Эта технология позволяет связать два компьютера, два репитера или компьютер и репитер. Все сегменты 10Base-FL являются соединениями типа точка—точка с трансивером на каждом конце. Компьютер подсоединяется к среде передачи (в типичном случае — к двум оптоволоконным кабелям 62,5/125) с помощью внешнего трансивера, а сетевая карта компьютера — к трансиверу с помощью кабеля AUI (Attachment Unit Interface). Прием и передача ведутся по отдельным кабелям, что позволяет опционально организовать дуплексный канал. В дуплексном режиме 10Base-FL может поддерживать длину сегмента более 2 км, так как не существует больше временных ограничений, накладываемых возможностью коллизий. К примеру, при использовании высококачественного многомодового оптоволокна длина сегмента может достигать 5 км.

     10Base-FB (Fiber Backbone) — эта технология разрабатывалась исключительно для соединения двух репитеров и не допускала непосредственного соединения компьютера и репитера. Кроме того, что она поддерживала длину индивидуального сегмента до 2 км, технология позволяла увеличить количество репитеров, которое могло быть использовано в сети. Это достигалось с помощью специального синхронизирующего протокола. Стандарт использовал те же типы кабеля и коннекторы, что и 10Base-FL, однако порты репитеров этих двух типов не могли быть прямо соединены из-за различия сигнальных протоколов. 10Base-FB не поддерживал также дуплексный режим.

     10Base-FP (Fiber Passive) — реализация данной спецификации представляет собой систему пассивной звезды. Ее "луч" может достигать длины 500 м, а хаб — связывать до 33 компьютеров. Поскольку хаб не требует питания, то эта технология идеально подходит для мест, куда нельзя подвести электричество. Устройство получает оптический сигнал от специального трансивера 10Base-FP и распределяет его равномерно по всем остальным трансиверам, подключенным к нему, включая и тот, от которого получен сигнал. Технология не поддерживает дуплексный режим и вообще не получила широкого распространения.

     Вот вкратце то, что представляла собой с технологической точки зрения инсталлированная база оптоволоконных 10-мегабитовых сетей Ethernet. Для миграции к Fast Ethernet в этой ситуации имелись три препятствия:

стандарты 10Base-FL и 100Base-FX несовместимы по длине волны (850 и 1300 нм, соответственно);

несовместимость не позволяла использовать схему автосогласования (autonegotiation), которая требуется для инкрементной миграции;

первоначальная стоимость разворачивания сетей на многомодовом оптоволокне выше, чем в случае медной проводки.

     Конечно, возникает справедливый вопрос: почему же при разработке оптоволоконных стандартов Fast Ethernet 100Base-FX не была принята с целью совместимости длина волны 850 нм? А дело в том, что, когда в начале 90-х комитет стандартов начал работу над Fast Ethernet, уже существовала технология 100 Mbps, использующая в качестве среды передачи витую пару и оптоволокно. Это FDDI. Было удобно (и целесообразно) применить проверенную технологию. Поэтому стандарты Fast Ethernet 100Base-ТX (витая пара) и 100Base-FX (оптоволокно) используют один и тот же физический уровень FDDI, который предписывает длину волны 1300 нм.

     Стандарт 100Base-SX

     Основной мотивацией для разработки нового стандарта было обеспечение инкрементной миграции (и тем самым снижение стоимости) к Fast Ethernet для оптоволоконных сетей Ethernet предыдущего поколения. Как уже отмечалось выше, стандарт 100Base-FX не поддерживает длину волны 850 нм, что выглядит совершенно нелепо, так как оптические компоненты для технологий 10 и 100 Mbps совершенно идентичны. Это значит, что трансиверы для обеих технологий имеют примерно одинаковую стоимость при десятикратной разнице в поддерживаемых скоростях.

     Предлагаемый стандарт 100Base-SX состоит из двух основных частей. Первая часть описывает подуровень, зависимый от физической среды передачи, — Physical Medium Dependent (PMD). Он предусматривает скорость передачи 100 Mbps и использование света с длиной волны 850 нм (номинально). Основные требования стандарта следующие:

тип оптоволокна — многомодовое, 50/125 или 62,5/125;

максимальное затухание — 3,75 дБ/км;

минимальная модальная полоса — 160 MHz на 1 км;

тип коннекторов — ST или SC;

минимальная дистанция — 500 м.

     Вторая часть относится к сигнализации на физическом уровне (в смысле протокола), с помощью которой должен обеспечиваться режим автосогласования. Как и в случае для витой пары, эта часть является опциональной.

     Вследствие дистанционных ограничений стандарт не рассматривается как решение для магистрали, хотя, конечно, ничто не препятствует его использованию для этой цели в случае небольших расстояний.

     Первое голосование по предлагаемому стандарту (SP-4360) состоялось в TIA в конце февраля 1999 г. С этого момента каких-либо технических проблем не предвидится. Ратификация стандарта ожидается в конце этого года. Предлагаемый стандарт поддерживают более 25 компаний. Некоторые из них уже выпустили продукты, удовлетворяющие предварительной версии, многие находятся в процессе разработки. По очевидным причинам эта технология вряд ли найдет широкое применение в нашем регионе, однако те организации, которые в свое время установили сети 10Base-FL, могут значительно сэкономить, проявив необходимое терпение.