Стандарт третьего поколения в. Олифер Н. Олифер

Gigabit Ethernet на витой паре категории 5
Как известно, каждая пара кабеля категории 5 имеет гарантированную полосу пропускания 
до 100 МГц. Организовать передачу по такому кабелю данных со скоростью 1000 М бит/с 
очень трудно, так как применяемые в локальных сетях методы кодирования имеют на 
такой тактовой частоте спектр с шириной, намного превышающий 100 МГц. В качестве 
решения было предложено организовать параллельную передачу данных одновременно 
по всем четырем парам кабеля.
Это сразу снизило скорость передачи данных по каждой паре до 250 Мбит/с. Однако и для 
такой скорости необходимо было придумать метод кодирования со спектром, не превы­
шающим 100 МГц. Усложняло задачу и то обстоятельство, что стандарт Gigabit Ethernet 
должен поддерживать не только полудуплексный, но и дуплексный режим. На первый 
взгляд кажется, что одновременное использование четырех пар лишает сеть возможности 
работы в дуплексном режиме, так как не остается свободных пар для одновременной пере­
дачи данных в двух направлениях — от узла и к узлу.
Тем не менее проблемная группа 802.3аЬ нашла решения обеих проблем.
Для физического кодирования данных был применен код РАМ5 с пятью уровнями по­
тенциала: -2 , -1 , 0, +1, +2. В этом случае за один такт по одной паре передается 2,322 бит 
информации (log25). Следовательно, для достижения скорости 250 М бит/с тактовую 
частоту 250 МГц можно уменьшить в 2,322 раза. Разработчики стандарта решили исполь­
зовать несколько более высокую частоту, а именно 125 МГц. При этой тактовой частоте 
код РАМ5 имеет спектр уже, чем 100 МГц, то есть он может быть передан без искажений 
по кабелю категории 5.
В каждом такте передается не 2,322 х 4 = 9,288 бит информации, а 8. Это и дает искомую 
суммарную скорость 1000 Мбит/с. Передача ровно восьми битов в каждом такте дости­

---

Скоростные версии Ethernet
367
гается за счет того, что подуровень кодирования PCS преобразует байты, получаемые 
от уровня MAC через интерфейс GMII, в логический код 4D-PAM5, который состоит из 
четырех символов, каждый их которых имеет пять состояний (пять состояний символа 
соответствует пяти состояниям физического кода РАМ5).
При кодировании информации используются не все 625 (54 = 625) комбинаций кода РАМ5, 
а только 256 (28 = 256). Оставшиеся комбинации приемник задействует для контроля при­
нимаемой информации и выделения правильных комбинаций на фоне шума.
Для организации дуплексного режима разработчики спецификации 802.ЗаЬ применили 
технику выделения принимаемого сигнала из суммарного. Два передатчика работают на­
встречу друг другу по каждой из четырех пар в одном и том же диапазоне частот.
Для отделения принимаемого сигнала от собственного приемник вычитает из результи­
рующего сигнала известный ему свой сигнал. Естественно, что это не простая операция 
и для ее выполнения используются специальные процессоры цифровой обработки сигнала 
(Digital Signal Processor, DSP).
Вариант технологии Gigabit Ethernet на витой паре расширил 
процедуру автопереговоров
, 
введенную стандартом 100Base-T, за счет включения туда дуплексного и полудуплексного 
режимов работы на скорости 1000 Мбит/с. Поэтому порты многих коммутаторов Ethernet 
на витой паре являются универсальными в том смысле, что могут работать на любой из 
трех скоростей (10,100 или 1000 М бит/с).
Характеристики производительности Gigabit Ethernet
зависят от того, использует ли ком­
мутатор режим передачи кадров с расширением или же передает их в режиме пульсаций.
В режиме пульсаций на периоде пульсации мы получаем характеристики, в 10 раз отли­
чающиеся от характеристик Fast Etherhet:
□ максимальная скорость протокола в кадрах в секунду (для кадров минимальной длины 
с полем данных 46 байт) составляет 1 488 000;
□ полезная пропускная способность для кадров минимальной длины равна 548 Мбит/с;
□ полезная пропускная способность для кадров максимальной длины (поле данных 
1500 байт) равна 976 Мбит/с.