Vyšlo v týdeníku CHIPweek č. 23/97, 3. června 1997
Vytištěno z adresy: http://www.earchiv.cz/a97/a723k150.php3

Ethernet ve verzi 10BaseT

Přechod Ethernetu na kroucenou dvoulinku si podobně jako ostatní změny kabeláže vynutil vypracování nového dílčího standardu, který stanovil jak přesně se má kroucená dvoulinka v souvislosti s Ethernetem používat. Tento standard dostal název 10BaseT, čímž poprvé porušil do té doby dodržovanou konvenci - o tom, že poslední znak je číslice, udávající dosah ve stovkách metrů. Zde písmenko T zastupuje anglické "twist", neboli kroucenou dvoulinku.

Připomeňme si nejprve to, čím jsme se zabývali v minulém dílu: že velmi důležitou motivací pro nahrazení koaxiálního kabelu kroucenou dvoulinkou byly lepší možnosti správy. Na rozdíl od koaxiálního kabelu totiž kroucená dvoulinka vede na hvězdicovou (obecně stromovitou) topologii, ve které má každý uzel svou vlastní samostatnou přípojku vedoucí k nejbližšímu rozbočovači (přičemž jeho výpadek odpojí pouze daný uzel, a neznemožní práci ostatních uzlů).

Překabelované budovy

Další významnou motivací pro přechod Ethernetu na kroucenou dvoulinku byly důvody ekonomické. V USA i mnoha dalších zemích to v praxi vypadalo tak, že nově stavěné či rekonstruované budovy byly záměrně "překabelovávány" značně předimenzovanými rozvody pro potřeby telefonní sítě. Vše vycházelo z pozorování, které se později stalo základem pro tzv. strukturovanou kabeláž, a které říká že stavební práce jsou čím dál tím dražší, zatímco cena kabelu se stává spíše zanedbatelnou. Do nových či nově rekonstruovaných budov se proto zabudovávalo mnohem více kabelů pro telefonní rozvody, než kolik jich bylo momentálně potřeba. Když pak někdo přišel s požadavkem na nové "rozkopání zdi" a instalaci nových kabelů pro potřeby počítačových rozvodů, zcela jistě musel čelit zákonité otázce: "a nešlo by použít ty kabely, které už ve zdi jsou?"

Vzorem je AT&T StarLAN

Možnosti využít již existující kroucenou dvoulinku pro potřeby Ethernetu nahrávala i skutečnost, že (alespoň v USA) se jednalo o poměrně kvalitní kabel, který sice byl konstruován pro potřeby hlasových přenosů (byl označován jako "voice grade"), ale nebylo až tak těžké jej využít i pro datové přenosy, jako kdyby se jednalo o kabel konstruovaný přímo pro přenos dat (tzv. "data grade" kabel). Výhodou byla i skutečnost, že také telefonní rozvody jsou budovány hvězdicovitě, z jednoho místa (od telefonní ústředny) do všech jednotlivých lokalit. Problém byl spíše v tom, jak na tomto druhu kabelu dosáhnout co možná nejvyšší přenosové rychlosti, na co možná největší vzdálenost, a jak takovéto řešení prosadit do formy všeobecně uznávaného standardu.

Obrázek 1.
Zásuvka a zástrčka typu RJ-45, které se používají u kabelových segmentů z kroucené dvoulinky
Vzorem pro použití Ethernetu nad kroucenou dvoulinkou se stala síť StarLAN firmy AT&T (jistě ne náhodou se ve snahách o přechod Ethernetu na "telefonní" kabeláž aktivně angažovaly i velké telefonní společnosti). Tato síť se stala základem prvního postupného řešení na cestě k provozování Ethernetu po rozvodech z kroucené dvoulinky, které dostalo podobu standardu 1Base5. Jak již jeho název napovídá, podařilo se zde zajistit poměrně velký dosah (500 metrů, tedy stejně jako u původního tlustého koaxiálního kabelu), ale bohužel za cenu výrazného poklesu rychlosti: jen 1 Mbps. Tím pak byla značně zkomplikována možnost návaznosti na jiné verze Ethernetu, pracující s rychlostí 10 Mbps - potřebná návaznost již nemohla být řešena na úrovni fyzické vrstvy (prostřednictvím opakovače), ale vyžadovala minimálně most (resp. přechod na úrovni linkové či vyšší vrstvy). Nehledě již na výrazně menší celkovou schopnost přenášet data, která je na přenosové rychlostí bytostně závislá.

Rodí se standard 10BaseT

Požadavek na vyrovnání rychlosti na "klasických" 10 Mbps byl velmi imperativní, a byl motivován zejména snahou o maximálně jednoduchou a "bezbolestnou" návaznost jednotlivých verzí Ethernetu mezi sebou. Kvůli tomu technické práce na zvyšování rychlosti pokračovaly, a časem dospěly k úspěšnému řešení: podařilo se dosáhnout kýžených 10 Mbps i na kroucené dvoulince, byť za cenu zkrácení dosahu na pouhých 100 metrů. Snad proto, aby tento skromný dosah tolik nebil do očí, označení nového standardu poněkud vybočilo z dosavadních zvyklostí, a dostalo jméno 10BaseT - kde ono "T" znamená "Twist" neboli kroucenou dvoulinku, a nikoli maximální možný dosah souvislého kabelového segmentu.

Požadavek na bezproblémovou integraci s ostatními verzemi Ethernetu však nevyvolal pouze vyrovnání nominálních přenosových rychlostí na stejnou hodnotu. Právě on způsobil to, o čem jsme se zmiňovali již v předchozím dílu: že Ethernet dle standardu 10BaseT se na rozvody na bázi kroucené dvoulinky snaží dívat stejným způsobem, jako na koaxiální kabely, tj. jako na fyzicky sdílené přenosové médium (ačkoli ve skutečnosti tomu tak není, a každý uzel má svou přípojku jen a jen pro sebe, a nemusí ji sdílet s nikým jiným). K první, byť ne zcela důsledné změně na tomto přístupu došlo až u tzv. přepínaného (switchovaného) Ethernetu, ke kterému se ještě dostaneme. Zásadní změnou, která poprvé dokázala plně využít všech vlastností kroucené dvoulinky, byl až nová přístupová metoda Demand Priority, která v sítích 100VG-AnyLAN nahradila původní přístupovou metodu Ethernetu, CSMA/CD. Nicméně právě kvůli této skutečnosti již síť 100VG-AnyLAN není považována za variantu Ethernetu, ale za něco úplně nového.

Způsob využití kroucené dvoulinky

Standard 10BaseT se tedy od ostatních variant Ethernetu (zejména 10Base5 a 10Base2) liší pouze použitou kabeláží, a už ničím jiným - přesně stejná zůstává přístupová metoda, formát linkových rámců atd. Se změnou kabeláže a jejím konkrétním využitím však souvisí také některé zajímavé změny na úrovni fyzické vrstvy.

Obrázek 1.
Představa kolizní domény u rozvodů z kroucené dvoulinky
Standard 10BaseT například předpokládá, že každá přípojka každého uzlu bude tvořena dvěma dvojicemi vzájemně zkoucených vodičů (tedy dvěma páry kroucené dvoulinky), které by měly být používány v poloduplexním režimu: tedy jeden pro vysílání, a druhý pro příjem. Za standardních okolností (míněno: bez kolizí) by nemělo nikdy docházet k tomu, aby se po těchto dvou párech musela přenášet data současně, oběma směry. Pokud ke kolizi dojde, je signalizována právě tím, že na zmíněných dvou párech kroucené dvoulinky je současný provoz oběma směry (pro zajímavost: v případě koaxiálních segmentů je kolize signalizována určitým nadlimitním zvýšením napěťové úrovně přenášeného signálu). Snaha odstranit pouze poloduplexní způsob využití obou párů kroucené dvoulinky se podařila až později, v prostředí switchovaného Ethernetu, a dala vzniknout tzv. plně duplexnímu Ethernetu (full-duplex Ethernet). Ten sice teoreticky zdvojnásobil přenosovou rychlost Ethernetu, ale jeho faktický přínos byl mnohem skromnější - ukázalo se totiž, že způsob komunikace v prostředí Ethernetu má spíše poloduplexní charakter, a možnost plného duplexu je datovými přenosy využívána jen velmi málo.