LAN: Fast Ethernet

U prethodnim nastavcima upoznali smo se sa principima rada Ethernet mreže i osnovama savremenih kablovskih sistema. Rekli smo da nam trebaju UTP kat 5 (ili bolji) kablovi i jedan ili više Fast Ethernet Switch uređaja. Preostalo je da bolje objasnimo novine koje je doneo Fast Ethernet i kažemo zašto neka Fast Ethernet LAN mreža ne radi kako treba.

Počećemo sa kratkim objašnjenjem rada Fast Ethernet ripitera i nešto više ćemo se zadržati na principima i problemima signalizacije između dva povezana Ethernet uređaja.


Slika 1. 24 portni Fast Ethernet 10/100 Switch sa upravljanjem

100BASE-TX ripiteri

Fast Ethernet standard definiše dva tipa ripitera (pojačavača signala): Klase I i Klase II. Standard takođe nalaže da Fast Ethernet ripiteri budu obeleženi simbolom koji se sastoji od kruga sa rimskim brojevima “I” i “II”.

Ripiter klase I može imati veće kašnjenje signala i radi tako što pretvara signal sa ulaza u digitalni oblik i zatim ga prevodi nazad u linijski signal pri slanju na druge portove. Ovaj postupak omogućava da se pojačavaju signali između media segmenata sa  različitim signalizacionim šemama kao što su 100Base-Tx/Fx i 100Base-T4, odnosno da se razni tipovi segmenata mešaju u istom ripiter habu. Kako proces prevođenja signala u ripiteru klase I uzima neki broj bit vremena, samo jedan ripiter klase I se može koristiti u kolizionom domenu, pri maksimalnim dužinama kablova.

Ripiter klase II radi sa manjim kašnjenjem signala i trenutno ponavlja ulazni signal na ostalim portovima bez procesa prevođenja u digitalni oblik. Da bi ostvarili manje vreme kašnjenja ripiteri klase II povezuju isključivo iste tipove segmenata mreže. Dozvoljena je upotreba najviše dva ripitera klase II pri maksimalnoj dužini kablova.

100BASE-TX  test integriteta linka

Fast Ethernet transiveri kontinualno nadgledaju prijem signala da bi ustanovili da li link ispravno radi. Pri tome se koristi modifikovani ANSI FDDI signalni sistem koji kontinualno šalje signale, čak i tokom perida bez mrežnog saobraćaja.

To je razlog zbog čega 100Base-Tx transiveri šalju i primaju link impulse (poznatije kao FLP - Fast Link Pulses) koji se takođe koriste i tokom pregovora o brzini i tipu prenosa. Proces pregovora (Auto-Negotiation) omogućava uređajima sa dve ili više brzina prenosa (10, 100, pa i 1.000 Mbps) da odrede brzinu uređaja sa kojima su povezani i prema tome prilagode rad svojih portova.

Pregovori o brzini veze - Auto-Negotiation

Pregovori o brzini i tipu veze su dodatni deo Ethernet standarda koji omogućava da se uređaji usaglase oko svojih mogućnosti nad LAN linkom koji ih povezuje.
Osim brzine pregovara se i o drugim mogućnostima kao što je Full-Duplex režim rada, koji omogućava dodatno ubrzanje rada linka.

Fast Link Pulse

Pregovor o brzini veze (Auto-Negotiation) se  obavlja korišćenjem signala koji se nazivaju “brzi link impulsi” (FLP). Ovi signali su izmenjena verzija “normalnih link impulsa” (NLP) koji su definisani originalnom 10Base-T specifikacijom. FLP impulsi automatski nastaju po uključivanju napajanja ili se mogu ručno podesiti na samom Fast Ethernetnet uređaju.

FLP impulsi su projektovani da koegzistiraju sa NLP signalima, tako da 10Base-T uređaj priključen na uređaj sa dve brzine prenosa (10/100) svojim NLP signalima ispravno detektuje integritet veze. FLP signali se šalju tokom perioda bez mrežnog saobraćaja i ne utiču na normalan protok podataka na mreži. Interesantno je da su NLP i FLP signali namenjeni isključivo za UTP medije sa 8-pinskim konektorima, što sa druge strane znači da mrežni uređaji povezani preko optičkih veza ne mogu da pregovaraju o brzini.

Međutim, kako je proces progovora o brzini prenosa naknadno dodat u Ethernet standard, protokol pregovaranja je projektovan da radi i sa 100Base-T interfejsima koji ne podržavaju FLP signale, kao i sa starijim 10Base-T interfejsima koji su napravljani pre nego je standard pregovora o brzini postojao. Ovo je razlog zbog čega “Auto-negotiation” sistemi imaju interfejs koji omogućava da se proces pregovaranja ukine, ručno pokrene ili da se zada određeni tip rada na portu uređaja.
Full-Duplex i Half-Duplex
Najčešći problem pri pregovaranju je kada se jedan mrežni interfejs ostavi u automatskom režimu, a drugi ručno podesi na ne-maksimalnu vrednost. Kao primer može da posluži link koji na jednom kraju ima port Fast Ethernet Switcha podešen na »Auto« i na drugom kraju LAN kartu u serveru podešenu na Half-Duplex 100 Mbps. Kako je LAN karta u serveru ručno podešena i time isključena iz pregovaranja, neće se odazvati na FLP signale Switcha. Kao rezultat ćemo dobiti pogrešan Duplex režim i neaktivnost veze.

U ovakvim slučajevima je najpametnije ostaviti oba kraja veze u Auto režimu, ili čak da oba kraja ručno postavimo u isti mod veze (Half-Duplex 100Mbps). U prvom slučaju će se proces progovaranja uspešno završiti i uspostaviti optimalni režim, a u drugom pregovaranja neće biti ni na jednom kraju veze. Pri ovome se preporučuje da se namenske i stalne veze (recimo veza Switch - Ruter) reše na ovaj drugi način, tj. da se tačno definiše šta je na krajevima i potpuno isključi pregovaranje.

Full Duplex Ethernet

Proces pregovora o brzini veze pokriva sve vrste TP Ethernet segmenata, kao i Full-Duplex Ethernet linkove. Full-Duplex je varijanta Ethernet tehnologije koja je relativno nova, te se može dogoditi da oprema jednog proizvođača ne sarađuje sa opremom drugog.

U suštini Full Duplex rad je veoma jednostavan u odnosu na normalni Ethernet, jer uređaji na oba kraja veze mogu da istovremeno šalju i primaju podatke.
Jedna od prednosti ovakvog pristupa je da Full Duplex Ethernet teoretski pruža dvostruku brzinu rada u odnosu na normalni (Half Duplex) Ethernet. Međutim, Full Duplex rad zahteva da se na svakom kraju linka nalazi samo jedan uređaj, kao što je na primer veza PC računara i Ethernet Switcha.

Kako se na Full Duplex linku nalaze samo dva uređaja, link ne pokušava da napravi deljeni Ethernet kanal koji podržava rad više uređaja, pa stoga i nema potrebe za standardnom Ethernet kontrolom pristupa mediju (MAC).

Bez potrebe da se koristi kontrola pristupa mediju - uređaj na kraju Full Duplex linka ne mora da sluša tuđe prenose ili da pazi na kolizije pre nego pošalje podatke.

U slučaju optičkih veza, standard 100Base-Fx podržava Full-Duplex rad, jer ima razdvojene predajne i prijemne putanje signala, pa time one mogu da budu istovremeno aktivne. Dodatno, optički segmenti u Full-Duplex režimu mogu da budu dosta duži u odnosu na standardni 100Base-Fx segment, čak i do       2 km.

Pregovori o brzini i tip kabla

Sistem za pregovore o brzini je projektovan tako da link ne bude aktivan dok se ne usaglase mogućnosti rada na oba kraja. Međutim, proces progovaranja nema mogućnost da ispita kabl kojim je formiran link. Zbog ovoga moramo da obezbedimo da je instalirana ispravna vrsta LAN kabla ili da je ispravno podešen režim rada.

Zamislite link sa habom na jednom kraju, PC-jem na drugom i uključenim pregovaranjem na oba kraja. Ako je upotrebljen UTP kabl kategorije 3, rad 100Base-Tx Etherneta će biti problem. Po uključenju napajanja pokreće se proces pregovaranja. Ako su i hab i PC sposobni da rade i pod 10Base-T i 100Base-Tx režimima odlučiće da rade u najjačem zajedničkom režimu, a to je 100Base-Tx. Kako su FLP impulsi veoma slični link impulsima slabijeg 10Base-T standarda, FLP impulsi će bez problema proći kroz kabl kategorije 3 i proces pregovaranja će se obaviti. Kako 100Base-Tx traži kabl kategorije 5, ako link uopšte proradi, to će biti sa visokim nivoom grešaka.

“Auto-Negotiation” je zgodno svojstvo koje omogućava da se uspostavi režim sa najvećom performansom, ali pri tome zahteva i odgovarajući tip kabla.

Kako da znamo u čemu je problem?
Za početak, LED diode na uređajima nam najverovatnije neće pomoći. Njihova namena je da pokažu ispravnu vezu, a ne razliku u Duplex režimu. Može se desiti da zelena link LED dioda počne da ravnomerno trepće, što je prvi znak da nešto (ali šta?) nije u redu.

Najsigurnije je da proverimo kako su krajevi veze podešeni. Međutim, ako iz nekog razloga to ne možemo da uradimo, preostaje nam da preko konzole upravljivog Switcha pogledamo izveštaj o greškama na problematičnom portu:
Zakasnele kolizije (Late Collisions) i nepostojanje veze ukazuju na vezu Half-Duplex ka Full-Duplex portu.
Frame (Frame Check Sequence) greške ukazuju na vezu Full-Duplex ka Half-Duplex portu. Frame greške će nastati i ako je na drugom kraju stari 10Base-T Half-Duplex uređaj bez mogućnosti pregovaranja. Tihi problemi – retransmisije

U prethodnom izlaganju bavili smo se očiglednim problemima, odnosno situacijama kada pojedini link Fast Ethernet mreže ne radi. Međutim, osim ovih drastičnih problema u LAN mrežama postoje i tihi, ali podjednako neugodni, problemi – retransmisije.

Radi se o greškama koje imaju značajan uticaj na efikasnost i propusnu moć mreže. Samo 1% ponovnih slanja paketa usled Frame (odnosno CRC i Align) grešaka efektivno usporava 100 Mbps mrežu na samo 20 Mbps!

 
Retransmisije (%)          Efektivna brzina     
0                                    100    Mbps     
1                                      20    Mbps     
2                                        4    Mbps      
3                                        0,5 Mbps      
4                                        0,1 Mbps       
5                                        0,032 Mbps     

Pomenute Frame greške najvećim delom nastaju usled loše kablovske instalacije, odnosno primene kabla i priključnih elemenata neodgovarajućih karakteristika (tj. kategorije).

Jedan od načina da saznate zašto vaša mreža loše radi je da imate Fast Ethernet uređaj sa mogućnošću upravljanja i nadzora mreže. Na takvom uređaju možete da vidite statistiku prenosa paketa po pojedinom LAN portu i tako otkrijete neispravnu trasu.

Na slici 2. je dat snimak statistike jednomesečnog rada porta Fast Ethernet Switcha. Već na prvi pogled se vidi da je trasa potpuno ispravna, jer su tokom prenosa više od 1 GB podataka svih šest brojača grešaka ostali na nuli.

Iskorišćenje porta je 4% (Utilization), a Broadcast paketa ima nešto ispod 1% u odnosu na ukupni saobraćaj. Interesantno je da je najveći broj prenetih paketa upravo maksimalne veličine (dužine 1024-1518 bajta).

Slika 2.

Zaključak

Ethernet je otvoreni standard čiji se razvoj bazira na stalnom procesu predlaganja i usvajanja novih opcija i režima rada. Kako proces usaglašavanja standarda ume da potraje, dešava se da pod pritiskom konkurencije renomirani proizvođači započnu proizvodnju opreme po specifikacijama koje su sami (tek) predložili. Napredne funkcije ovakvih uređaja su problematične, osim u slučaju kada se vežete isključivo za jednog proizvođača i nadalje nabavljate samo njegove proizvode.

Sa druge strane, životni vek aktivne mrežne opreme je značajno duži od PC-ja i servera koje povezuju. Zbog toga ne postoji razlog da bacite i dalje potpuno ispravni stari Ethernet Hub sa 10Base-T portovima. Šta ćete uraditi? Prebacićete ga dalje ka periferiji mreže ili do manje zahtevnih korisnika, a za centar mreže ćete kupiti novi, moderni, brzi i upravljivi Fast Ethernet 10/100 Switch. Međutim, kada veza ova dva uređaja počne da pada bar jednom dnevno, stari uređaj će se neminovno naći na listi za otpis. Čitajući ovaj članak videli ste da sve što je potrebno je da na portu novog upravljivog Switcha oborite brzinu i Duplex režim i stari uređaj će nastaviti sasvim ispravno da radi.

Za rad Fast Ethernet mreže ipak je najvažnije kvalitetna kablovska instalacija, jer se sve ostalo može lako (i u suštini jeftino) zameniti.

Sasvim solidan 24-portni Fast Ethermet Switch sa upravljanjem danas košta od 500 do 1.000 evra, što je i 10 puta jeftinije od cene koju biste za sličan uređaj platili pre samo 4-5 godina.