100 метров - ограничение для Ethernet

Факт, знакомый всем, кто имеет дело с кабельным оборудованием, – длина сегмента кабеля Ethernet ограничена 100 метрами. Почему так происходит, в курсе не все. Нередко можно прочитать, что превышение допустимой длины приводит к повреждению данных из-за затухания сигнала. Отчасти это верно, однако существуют другие причины для введения ограничения.

Что такое технология CSMA/CD

Проблема заключается в технологии CSMA/CD. При ее использовании к одной шине присоединяется несколько станций, и все они наблюдают за наличием сигнала от другого устройства. В случае если две станции вдруг начали одновременно транслировать сигнал, каждая из них должна это обнаружить. Важно понимать, что на скорость трансляции не влияет используемый стандарт. В сети Ethernet, рассчитанной на 10 гигабит, сигнал передается где-то в 2/3 от скорости света.

Рассмотрим суть технологии CSMA/CD. На данный момент в сетях не может быть коллизий из-за отказа от общей среды передачи данных. Почти во всех случаях техника функционирует в полудуплексном режиме. Таким образом, в системе имеется лишь два узла на одном конце и устройства для приема и передачи. По этой причине технология не применяется в 10-гигабитном Ethernet. При этом благодаря ей можно понять суть работы некоторых до сих пор используемых протоколов.

• Представим, что к одной среде присоединено три компьютера. Первый из них начинает передавать сигнал третьему, что активирует импульс. Логично, что общая среда транслирует сигнал на все устройства, в результате чего второй компьютер не может начать передачу сигнала до окончания трансляции от первого. В этом суть работы Carrier Sence.

• Второе устройство не начинает передачу, пока другой сигнал находится в линии. При этом возможна ситуация, когда первый компьютер также начал передачу, но это еще неизвестно второму, в результате чего тот также начал трансляцию. На определенном отрезке они пересекутся, получив повреждения. После этого устройства получают испорченный сигнал и выжидают различный период ожидания, чтобы повторить отправку.

• Таким образом функционирует метод определения коллизий. Для того чтобы одна станция не могла полностью занять среду, между кадрами имеется расстояние в 12 байт, по истечении которого она может отправить следующий кадр. Если другая станция ждет очереди на отправку, именно в этот момент она осуществляет передачу сигнала. И так далее для всех подключенных станций. 

• Аналогичный метод действует, если общей является не среда, а кабель. Если к нему присоединены два устройства, то они функционируют в полудуплексном режиме. В таком случае они не могут осуществлять передачу одновременно. В такой ситуации станция начинает трансляцию при освобождении линии, не выжидая свою очередь, как в случае с TDD.

Проблема с длиной кабеля

Может случиться ситуация, когда первая станция закончила передачу информации, однако она еще не добралась до второго устройства. В свою очередь оно не видит сигнала на линии и также начинает передачу. По пути они пересекаются, в результате чего информация повреждается. Проблема в том, что второе устройство поймет суть ошибки, когда первое уже закончит передачу, в результате чего воспримет битые файлы как нормальные. В итоге данные будут утеряны. 

Впоследствии система заметит неисправность и произведет повторный запрос, однако на это уйдет огромное количество времени. Повышение уровня ошибок в CRC – очевидный признак появления коллизий. Причина того, что технология используется исключительно в Fast Ethernet – применение одной общей шины, из-за чего и возникают коллизии. В Gigabit Ethernet скорость передачи сигнала существенно возросла, а использование нескольких шин упразднило необходимость ограничения длины сегмента.

Каким образом решают проблему

Во избежание такой ситуации кадр растягивается на всю длину кабеля, в результате чего падает скорость передачи. С другой стороны, в таком случае каждая станция будет осведомлена о возникновении ошибки. Добиться этого можно лишь при ограничении длины сегмента, причем необходимо рассчитать скорость передачи 1 бита информации, чтобы растяжение кадра было эффективным. 

В итоге максимальная длина составляет 250 метров для пути сигнала туда и обратно, тогда как максимальная длина кабеля ограничена 100 метрами: учитываются задержки на других устройствах. Число в 100 метров взято с существенным запасом, чтобы гарантировать исправную работу не только с шиной, но и в полудуплексе. Благодаря этому стабильная работа будет обеспечена даже при использовании кабеля посредственного качества.