Automatické vyjednávání - Autonegotiation
Automatické vyjednávání je signalizační mechanismus a postup používaný ethernetem přes kroucenou dvojlinku, pomocí kterého si dvě připojená zařízení vybírají běžné přenosové parametry, jako je rychlost, duplexní režim a řízení toku . V tomto procesu připojená zařízení nejprve sdílejí své možnosti týkající se těchto parametrů a poté zvolí režim přenosu nejvyššího výkonu, který oba podporují.
Automatické vyjednávání je definováno v článku 28 IEEE 802.3. a byl původně volitelnou součástí standardu Fast Ethernet . Je zpětně kompatibilní s normálními linkovými impulsy ( NLP ) používanými 10BASE-T . Protokol byl významně rozšířen ve standardu gigabitového ethernetu a je povinný pro gigabitový ethernet 1000BASE-T přes kroucenou dvojlinku.
V modelu OSI se automatické vyjednávání nachází ve fyzické vrstvě .
Standardizace a interoperabilita
V roce 1995 byl vydán standard Fast Ethernet . Protože to zavedlo novou možnost rychlosti pro stejné vodiče, zahrnovalo to prostředky pro připojené síťové adaptéry k vyjednávání nejlepšího možného sdíleného režimu provozu. Protokol automatického vyjednávání obsažený v článku 28 IEEE 802.3 byl vyvinut na základě patentované technologie společnosti National Semiconductor známé jako NWay . Společnost dala ujištění pro každého, aby používal jejich systém za jednorázový licenční poplatek. Další společnost od té doby koupila práva k tomuto patentu.
První verze specifikace automatického vyjednávání, ve standardu IEEE 802.3u Fast Ethernet z roku 1995 , byla různými výrobci implementována odlišně, což vedlo k problémům s interoperabilitou . Tyto problémy vedly mnoho správců sítě k ručnímu nastavení rychlosti a duplexního režimu každého síťového rozhraní. Použití ručně nastavené konfigurace však může také vést k neshodám duplexu . Nesoulad duplexu je obtížné diagnostikovat, protože síť nominálně funguje; Jednoduché programy používané pro síťové testy, jako je ping, hlásí platné připojení. Výkon sítě je však výrazně ovlivněn.
Specifikace automatického vyjednávání byla vylepšena ve verzi IEEE 802.3 z roku 1998. V roce 1999 následovalo vydání standardu IEEE 802.3ab Gigabit Ethernet, který specifikoval povinné automatické vyjednávání pro 1000BASE-T . Automatické vyjednávání je povinné také pro implementace 1000BASE-TX a 10GBASE-T . V současné době většina výrobců síťových zařízení doporučuje používat automatické vyjednávání na všech přístupových portech a povolit je jako výchozí tovární nastavení.
Funkce
Automatické vyjednávání mohou používat zařízení, která jsou schopná více než jedné přenosové rychlosti, různých duplexních režimů (poloviční duplexní a plně duplexní) a různých přenosových standardů při stejné rychlosti (ačkoli v praxi je široce podporován pouze jeden standard pro každou rychlost).
Během automatického vyjednávání každé zařízení deklaruje své technologické schopnosti , tj. Možné provozní režimy. Je vybrán nejlepší společný režim, přičemž upřednostňuje vyšší rychlost před nižší a upřednostňuje plný duplex před polovičním duplexem při stejné rychlosti.
Paralelní detekce se používá, když je zařízení, které je schopné automatického vyjednávání, připojeno k tomu, které není. K tomu dochází, pokud zařízení nepodporuje automatické vyjednávání nebo je automatické vyjednávání na zařízení zakázáno. V tomto stavu může zařízení, které je schopno automatického vyjednávání, určit a porovnat rychlost s druhým zařízením. Tento postup nemůže určit schopnost duplexu, proto se vždy předpokládá poloviční duplex.
Jiné než rychlostní a duplexní režim, automatické vyjednávání se používá ke komunikaci typu portu (jeden port nebo multiport) a parametrů master-slave pro gigabitový ethernet .
Přednost
Po obdržení technologických schopností druhého zařízení se obě zařízení rozhodnou pro nejlepší možný provozní režim podporovaný oběma zařízeními. Mezi režimy, které jsou podporovány oběma zařízeními, si každé zařízení vybere ten, který má nejvyšší prioritu. Priorita mezi režimy je následující:
| 1 | 40 GBASE | -T | plny Duplex |
|---|---|---|---|
| 2 | 25 GBASE | -T | plny Duplex |
| 3 | 10 GBASE | -T | plny Duplex |
| 4 | 5 GBASE | -T | plny Duplex |
| 5 | 2,5 GBASE | -T | plny Duplex |
| 6 | 1 000 ZÁKLADŮ | -T | plny Duplex |
| 7 | poloviční duplex | ||
| 8 | 100 BÁZE | -T2 | plny Duplex |
| 9 | -TX | plny Duplex | |
| 10 | -T2 | poloviční duplex | |
| 11 | -T4 | poloviční duplex | |
| 12 | -TX | poloviční duplex | |
| 13 | 10 ZÁKLAD | -T | plny Duplex |
| 14 | poloviční duplex |
Elektrické signály
Automatické vyjednávání je založeno na pulzech podobných těm, které používají zařízení 10BASE-T k detekci přítomnosti připojení k jinému zařízení. Tyto impulsy testu integrity odkazu (LIT) odesílají zařízení Ethernet, když neposílají ani nepřijímají žádné rámce. Jsou to unipolární kladné elektrické impulsy o nominální délce trvání100 ns , s maximální šířkou impulsu200 ns , generováno při a16 ms časový interval s tolerancí kolísání časování8 ms . Zařízení detekuje selhání spojení, pokud po dobu 50-150 ms není přijat ani rámeček, ani dva impulsy LIT. Aby toto schéma fungovalo, musí zařízení odesílat impulsy LIT bez ohledu na to, jaké přijímají. Ve specifikaci automatického vyjednávání se tyto impulsy nazývají normální linkové impulsy (NLP).
NLP používané automatickým vyjednáváním jsou stále unipolární, pouze pozitivní a mají nominální dobu trvání 100 ns ; ale každý LIT je nahrazen pulzním výbuchem sestávajícím ze 17 až 33 vyslaných impulsů125 μs od sebe. Každá shluk pulsů se nazývá shluk pulzů rychlého spojení (FLP). Časový interval mezi začátkem každé série FLP je stejný16 ms mezi NLP.
Sekvence FLP se skládá ze 17 NLP při a 125 μs časový interval s tolerancí14 μs . Mezi každým párem dvou po sobě jdoucích NLP (tj62,5 μs po prvním NLP pulzního páru) může být přítomen další pozitivní puls. Přítomnost tohoto dodatečného impulsu označuje logickou 1, jeho absence logickou 0. Výsledkem je, že každý FLP obsahuje 16bitové datové slovo. Toto datové slovo se nazývá kódové slovo odkazu (LCW). Bity LCW jsou očíslovány od 0 do 15, kde bit 0 odpovídá prvnímu možnému impulsu v čase a bit 15 poslednímu.
Základní kódové slovo odkazu
Každý shluk pulsů rychlého odkazu přenáší 16 bitů dat známých jako kódové slovo odkazu. První takové slovo je známé jako kódové slovo základního odkazu a jeho bity se používají následujícím způsobem:
- 0–4: pole voliče - udává, který standard se používá mezi IEEE 802.3 a IEEE 802.9
- 5–12: pole technologické schopnosti-sekvence bitů, které kódují možné provozní režimy mezi režimy 100BASE-T a 10BASE-T (viz níže)
- 13: vzdálená chyba - nastavena na jednu, když zařízení detekuje poruchu spojení
- 14: potvrzení - zařízení toto nastaví na jedno, aby indikovalo správný příjem kódového slova základního odkazu od druhé strany; toto je detekováno příjmem alespoň tří identických základních kódových slov. Po obdržení těchto tří identických kopií zařízení odešle odkazové kódové slovo s potvrzovacím bitem nastaveným na šestkrát až osmkrát.
- 15: další stránka - slouží k označení záměru zaslání dalších kódových slov odkazu za kódové slovo základního odkazu
Pole technologických schopností se skládá z osmi bitů. Pro IEEE 802.3 to jsou následující:
- bit 0: zařízení podporuje 10BASE-T
- bit 1: zařízení podporuje 10BASE-T v plně duplexním režimu
- bit 2: zařízení podporuje 100BASE-TX
- bit 3: zařízení podporuje 100BASE-TX v plně duplexním režimu
- bit 4: zařízení podporuje 100BASE-T4
- bit 5: zařízení podporuje rámeček pozastavení
- bit 6: zařízení podporuje asymetrickou pauzu pro plný duplex
- bit 7: vyhrazeno
Slovům s kódem odkazu se také říká stránky . Základní kódové slovo odkazu se proto nazývá základní stránka. Další bit stránky základní stránky je 1, když zařízení zamýšlí odeslat další stránky, které lze použít ke komunikaci dalších schopností. Tyto další stránky jsou odesílány pouze v případě, že obě zařízení odeslala základní stránky s bitem další stránky nastaveným na 1. Další stránky jsou stále zakódovány jako kódová slova odkazu (pomocí 17 hodinových impulzů a až 16 bitových impulzů).
Zpráva a neformátovaná další stránka
Základní stránka postačuje k tomu, aby zařízení inzerovala, které z režimů 10BASE-T, 100BASE-TX a 100BASE-T4 podporují. Pro gigabitový ethernet jsou vyžadovány další dvě stránky. Tyto stránky se odešlou, pokud obě zařízení odesílají základní stránky s bitem další stránky nastaveným na jeden.
Další stránky jsou dvojího druhu: stránky zpráv a neformátované stránky . Tyto stránky jsou stále 16bitová slova kódovaná jako pulzy stejným způsobem jako základní stránka. Jejich prvních jedenáct bitů jsou data, zatímco jejich předposlední bit udává, zda je stránka stránkou zprávy nebo neformátovanou stránkou. Poslední bit každé stránky indikuje přítomnost další stránky.
Režimy podporované 1000BASE-T a data master-slave (která se používají k rozhodnutí, které ze dvou zařízení funguje jako master a která jako slave) jsou odesílána pomocí jediné stránky se zprávou, za kterou následuje jedna neformátovaná stránka. Stránka se zprávou obsahuje:
- možnost polovičního duplexu
- zda je zařízení jedním portem nebo multiportem
- zda je master/slave ručně konfigurován nebo ne
- zda je zařízení ručně konfigurováno jako hlavní nebo podřízené
Neformátovaná stránka obsahuje 10bitové slovo, kterému se říká počáteční hodnota master-slave.
Nesoulad duplexu
Duplexní neshoda nastane, když jsou dvě připojená zařízení nakonfigurována v různých duplexních režimech. K tomu může například dojít, pokud je jeden nakonfigurován pro automatické vyjednávání, zatímco druhý má pevný provozní režim, který je plně duplexní (žádné automatické vyjednávání). Za takových podmínek zařízení pro automatické vyjednávání správně detekuje rychlost provozu, ale nedokáže správně detekovat duplexní režim. V důsledku toho nastaví správnou rychlost, ale začne používat poloduplexní režim.
Pokud zařízení pracuje plně duplexně, zatímco druhé pracuje v polovičním duplexu, připojení funguje pouze při velmi nízké propustnosti, když se obě zařízení pokoušejí odesílat rámce současně. Je tomu tak proto, že v plně duplexním režimu lze data odesílat v obou směrech současně, ale v polovičním duplexním režimu pouze v jednom směru. V důsledku toho může plně duplexní zařízení přenášet data, zatímco přijímá. Pokud však druhé zařízení pracuje v polovičním duplexu, neočekává příjem dat (protože právě odesílá); proto vycítí kolizi a pokusí se znovu odeslat rámec, který odesílal. V závislosti na načasování může poloduplexní zařízení pocítit pozdní kolizi , kterou bude interpretovat spíše jako tvrdou chybu než jako normální důsledek CSMA/CD a nemusí se pokoušet znovu odeslat rámeček. Na druhou stranu plně duplexní zařízení nedetekuje žádnou kolizi a rámeček znovu neposílá, i když jej druhé zařízení vyřadilo jako poškozené kolizí. Přesto plně duplexní zařízení, které neočekává zkrácení příchozích rámců detekcí kolizí, bude hlásit chyby sekvence kontroly rámců ze zrušených rámců, které se pokusilo poloduplexní zařízení odeslat. Tuto kombinaci (pozdních) kolizí hlášených na polovičním duplexním konci a chyb FCS hlášených plně duplexním koncem lze použít jako indikaci, že existuje duplexní nesoulad.
K této ztrátě paketů dochází, když obě zařízení vysílají současně. K tomu může dojít, i když je odkaz použit z pohledu uživatele pouze jedním směrem. TCP proud vyžaduje, aby všechny pakety odeslané, které mají být potvrzeny přijímacím zařízením. V důsledku toho, i když jsou skutečná data odesílána pouze v jednom směru, může dojít ke generování kolize s potvrzovacími pakety cestujícími v opačném směru.
Patenty
Na automatické vyjednávání se vztahují US patenty US Patent 5 617 418 , US Patent 5 687 174 , E US Patent RE39,405 E , E US Patent RE39,116 E , 971,018 (podáno 1992-11-02), 146,729 (podáno 1993-11-01) , 430,143 (podáno 1995-04-26); Evropské patentové přihlášky SN 93308568.0 (DE, FR, GB, IT, NL); Korejský patent č. 286791; Tchajwanský patent č. 098359; Japonský patent č. 3705610; Japonský patent 4234. Přihlášky SN H5-274147; Korejské patentové přihlášky SN 22995/93; Tchajwanské patentové přihlášky SN 83104531.
Viz také
- Auto MDI-X pro automatickou konfiguraci připojení přímým nebo kříženým kabelem
