17 апреля 2012
О лаборатории специальных исследований
Часть 18
К вопросу оценки ПЭМИН цифровых сигналов (продолжение)
Поговорим о проблеме, которая стоит перед всеми специалистами в области ТЗИ, как только в поле их зрения попадает локальная сеть. Если с рабочими местами (отдельно взятыми ПЭВМ, АРМ и т.д.) справляются достаточно традиционно, то, как только встаёт задача оценки сетеобразующих компонентов ЛВС, вопрос оценки их защищённости частенько «повисает в воздухе».
Основная трудность при выполнении СИ устройств Lan (HUB-ов, Switch-ей, собственно линейной части – кабелей) состоит в том, что основная масса сегодняшних Lan работает с различными версиями протокола Fast Ethernet на скорости до 100 МБт. Когда это был более ранний вариант, с максимальной скоростью до 10 МБт, то способ кодирования на физическом уровне (то есть непосредственно на входах/выходах сетевых устройств и, прежде всего – в кабельных линиях) позволял подобрать такие массивы (файлы) данных, пересылка которых обеспечивала постоянную тактовую частоту. Всё прекрасно укладывалось в действующую методику и вопросов не возникало (почти ;) ).
С переходом на более высокую скорость картина изменилась принципиально. Как будет видно из последующего, в кабельных линиях (и на входах/выходах сетевых устройств) в сетях 100Base невозможно подобрать такой тест-режим, чтобы обеспечивалась постоянная тактовая частота следования кодовых посылок.
А действующий метод расчёта параметра защищённости напрямую включает в расчётные выражения этот параметр. Получается, что сети 100Base вообще не могут быть оценены в рамках действующего НМД.
На самом деле всё не так грустно и при творческом подходе к делу можно найти удовлетворительное решение. Однако сразу предупреждаю, что нижеизложенное относится именно к 100-мегабитным Lan, поскольку, хотя принципы функционирования сетей 100)Base и аалогичны, но недостаточный объём практических, экспериментальных данных не позволяет мне излагать подходы и к ним. Это ещё дело будущего, если только не будет осуществлён полный и всеобъемлющий переход только на оптические линии связи и проводная связь в этой области не отомрёт естественным образом :)
Для дальнейшего придётся обратиться к описанию физического «нижнего» уровня формата данных в варианте 100BaseT (и его подвариантов).
Разумеется, всё сказанное относится к сетям, основанным на медном кабеле UTP классов 3?7. Если вся линейная часть сети выполнена «на оптике», то вопросов ПЭМИН линейной части не возникает, хотя СИ аппаратной части выполнять всё равно приходится и тогда изложенные далее рекомендации вполне работают.
Дальнейшая информация о физическом (нижнем) уровне Lan почерпнута из многочисленных публикаций в сети интернет.
Физический уровень 100Base-TX
В качестве среды передачи данных спецификация 100Base-TX (витая пара UTP Cat 5 или STP Туре 1, две пары) использует кабель UTP категории 5 или кабель STP Туре 1. Максимальная длина кабеля в обоих случаях — 100 м.
Рисунок 18.1 Структура физического уровня спецификации PHY TX
Также используется метод логического кодирования 4В/5В. для передачи сигналов 5-битовых порций кода 4В/5В по витой паре используется кодирование MLT-3.
Метод MLT-3 использует потенциальные сигналы двух полярностей для представления 5-битовых порций информации.
Рисунок 18.2 Метод кодирования MLT-3
Кроме использования метода MLT-3, спецификация PHY TX отличается от спецификации PHY FX тем, что в ней используется пара шифратор-дешифратор (scrambler/de-scrambler), как это определено в спецификации ANSI TP-PMD. Шифратор принимает 5-битовые порции данных от подуровня PCS, выполняющего кодирование 4B/5B, и зашифровывает сигналы перед передачей на подуровень MLT-3 таким образом, чтобы равномерно распределить энергию сигнала по всему частотному спектру - это уменьшает электромагнитное излучение кабеля.
Схема автопереговоров (Auto-negotiation) позволяет двум соединенным физически устройствам, которые поддерживают несколько стандартов физического уровня, отличающихся битовой скоростью и количеством витых пар, выбрать наиболее выгодный режим работы. Обычно процедура автопереговоров происходит при подсоединении сетевого адаптера, который может работать на скоростях 10 и 100 Мбит/с, к концентратору или коммутатору.
Описанная ниже схема автопереговоров сегодня является стандартом технологии 100Base-T. До этого производители применяли собственные схемы автоматического определения скорости работы взаимодействующих портов, которые не были совместимы. Принятую в качестве стандарта схему автопереговоров предложила первоначально компания National Semiconductor под названием NWay.
Всего в настоящее время определено 5 различных режимов работы, которые могут поддерживать устройства 100Base-TX или 100Base-T4 на витых парах:
10Base-T — 2 пары категории 3;
10Base-T full-duplex — 2 пары категории 3;
100Base-TX — 2 пары категории 5 (или Type 1A STP);
100Base-T4 — 4 пары категории 3;
100Base-TX full-duplex — 2 пары категории 5 (или Type 1A STP).
Режим 10Base-T имеет самый низкий приоритет при переговорном процессе, а полнодуплексный режим 100Base-T4 — самый высокий.
Переговорный процесс происходит при включении питания устройства, а также может быть инициирован в любой момент модулем управления устройства.
Устройство, начавшее процесс автопереговоров, посылает своему партнеру пачку специальных импульсов Fast Link Pulse burst (FLP), в которой содержится 8-битное слово, кодирующее предлагаемый режим взаимодействия, начиная с самого приоритетного, поддерживаемого данным узлом.
Если узел-партнер поддерживает функцию автопереговоров и также может поддерживать предложенный режим, он отвечает пачкой импульсов FLP, в которой подтверждает данный режим, и на этом переговоры заканчиваются. Если же узел-партнер может поддерживать менее приоритетный режим, то он указывает его в ответе, и этот режим выбирается в качестве рабочего. Таким образом, всегда выбирается наиболее приоритетный общий режим узлов.
Узел, который поддерживает только технологию 10Base-T, каждые 16 мс посылает манчестерские импульсы для проверки целостности линии, связывающей его с соседним узлом. Такой узел не понимает запрос FLP, который делает ему узел с функцией автопереговоров, и продолжает слать свои импульсы. Узел, получивший в ответ на запрос FLP только импульсы проверки целостности линии, понимает, что его партнер может работать только по стандарту 10Base-T, и устанавливает этот режим работы и для себя.
Физический уровень 100Base-T4
Спецификация 100Base-T4 (витая пара DTP Cat 3, четыре пары) была разработана для того, чтобы можно было использовать для высокоскоростного соединения Ethernet имеющуюся проводку на витой паре категории 3. Эта спецификация позволяет повысить общую пропускную способность за счет одновременной передачи потоков битов по всем 4 парам кабеля.
Рисунок 18.3 Структура физического уровня PHY T4
Продолжение следует
