Auto-Negotiation

Autonegotiation bezeichnet ein Verfahren, welches es Netzwerkkarten bzw. HBAs ermöglicht, selbständig die korrekte Übertragungsgeschwindigkeit und das Duplex-Verfahren des Netzwerkports, an den sie angeschlossen werden, zu erkennen und sich entsprechend zu konfigurieren.


Inhaltsverzeichnis

Ethernet

Autonegotiation im Ethernet (früher NWay genannt) arbeitet auf der Schicht 1 des OSI-Modells und ist im IEEE Standard 802.3u definiert.

Link Pulse

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Bei Ethernet über Kupfer-Kabel erfolgt die Erfassung von Netzwerkknoten, die an aktive Netzwerkkomponenten (wie zum Beispiel ein Hub oder Switch) angeschlossen werden über Spannungsimpulse, sogenannte Link Pulses. In 10 Mbit/s-Netzen wird dies durch den NLP (Normal Link Pulse) realisiert, einen periodisch alle 16.8 ms auftretenden Impuls.

In 100 Mbit/s-Netzen (Fast Ethernet) wird der NLP durch einen "Fast-Ethernet-Impuls", den FLP (Fast Link Pulse) ersetzt. Dieser FLP wird ebenfalls alle 16.8 ms ausgesendet, was die Kompatibilität zu älteren Netzwerkkarten gewährleistet. Diese behandeln den FLP wie einen NLP und stellen das Vorhandensein einer Verbindung fest ohne die im FLP kodierte Information auswerten zu können.

Impulsskizze für NLP und FLP (Impulsabstand jeweils 16,8 ms)



Eine Reihe von NLPs, wie sie von 10BASE-T Teilnehmern verwendet werden.

Autonegotiation basiert auf Pulsen, wie sie ähnlich auch von 10BASE-T Teilnehmern verwendet werden um die Anwesenheit von anderen Teilnehmern zu prüfen. Diese Pulse werden alle 16 ms (mit einer Toleranz von 8 ms) ausgesandt wenn kein Datenverkehr stattfindet. Diese Pulse sind positiv unipolar und 100 ns lang. Diese Pulse werden in der 10BASE-T Terminologie auch link integrity test (LIT) Pulse genannt, bei der Autonegotiation Spezifikation normal link pulses (NLP)

Ein Teilnehmer erkennt einen Link-Fehler, wenn 50 - 150 ms weder Datenverkehr stattfindet noch ein Puls erkannt wird. Ein Empfänger quittiert einen gültige Link mit zwei aufeinanderfolgenden LIT-Pulsen.

Drei FLPs, wie sie von Teilnehmern zum Anzeigen Ihrer Möglichkeiten verwendet werden.

Autonegotiation verwendet ähnliche Pulse. Sie sind auch positiv unipolar, und haben eine Dauer von 100 ns, aber jeder wird durch eine Sequenz von bis zu 33 Pulsen ersetzt. Jede Sequenz wird als fast link pulse (FLP) burst bezeichnet. Der Zeitabstand zwischen jedem Burst ist derselbe wie zwischen NLPs, 16 ms +/- 8 ms.

Der FLP burst setzt sich aus einem Rahmen von 17 Pulsen mit einem Abstand von jeweils 125 µs zusammen. In der Mitte von jeweils zwei Rahmen-Pulsen kann ein weiterer Puls vorhanden sein, was einer logischen "1" entspricht, oder er kann für eine logische "0" fehlen. So entsteht ein logisches Wort aus 16 Bits, das link code word (LCW) genannt wird. Bit 0 ist das erste und Bit 15 das letzte Bit.

Codierung eines LCW in einem FLP burst

Ein FLP burst kann nicht als ein NLP erkannt werden und ein 10BASE-T Teilnehmer wird den burst als einen Link-Fehler interpretieren.

Link Code Word

Der FLP besteht aus Taktpulsen gefolgt von Datenpulsen (17 bis 33 Impulse), womit ein 16-Bit-Datenwort übertragen wird. Wenn nach dem Taktpuls keiner folgt entspricht das einem Wert logisch 0, bei Auftreten eines Folgeimpulses einem Zellenwert von 1. Das 16 Bit lange Datenwort wird als Link Code Word (LCW) bezeichnet und hat folgende Bedeutung:

16 Bits (D0 .. D15) des Link Code Words mit den Feldern S0..S4, A0..A7, RF, AK, NP

S0....S4: Selector Field (wird bei Ethernet immer auf 10000 gesetzt (LSB first))
A0....A7: Technology Ability Field (definiert die möglichen Übertragungsarten des Netzwerkinterfaces)
           Folgende Arten sind definiert:
            A0 10 Base T
            A1 10 Base T Full Duplex
            A2 100 Base TX
            A3 100 Base TX Full Duplex
            A4 100 Base T4
            A5 unterstützt Datenflusskontrolle
            A6 reserviert
            A7 reserviert
RF:       Remote Fault (Fehlerindikator)
AK:       Acknowledge (Quittierung eines Datenpaketes)
NP:       Next Page (es folgen weitere Datenpakete mit herstellerspezifischen Daten)

Beide Gegenstellen geben im Technology Ability Field ihre Fähigkeiten bekannt und einigen sich für beide Parameter auf die jeweils beste Übereinstimmung (Voll-Duplex vor Halb-Duplex und hohe Geschwindigkeit vor niedriger).

Falls sich eine Gegenstelle nicht im Autonegotiation-Modus befindet (abgeschaltet oder nicht unterstützt), kann die andere Gegenstelle die Übertragungsgeschwindigkeit über Parallel Detection ermitteln. Eine Bestimmung des Duplex-Modus ist dabei nicht möglich; somit wird stets der Halb-Duplex Modus ausgewählt. Die Gegenstelle ohne Autonegotiation muss in diesem Fall fest auf Halb-Duplex eingestellt werden, andernfalls ist das Ergebnis ein duplex mismatch (eine Seite Voll-Duplex, die andere Seite Halb-Duplex). Typische Auswirkung hiervon ist eine zwar funktionierende, jedoch sehr langsame Verbindung.

Fibre Channel

Fibre-Channel-Ports können mit Autonegotiation die Übertragungsgeschwindigkeit erkennen.

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