Era Przed Autonegocjacją: Ból Głowy Ręcznej Konfiguracji

Wyobraź sobie próbę połączenia dwóch osób mówiących różnymi językami. Bez wspólnego języka lub tłumacza, nie mogą się porozumieć. We wczesnych dniach Ethernetu na skrętce, urządzenia sieciowe napotykały podobny problem. Pojedynczy port Ethernet mógł obsługiwać różne tryby pracy. Na przykład nowoczesny port na przełączniku może być w stanie działać z:

• Prędkościami 10 Mb/s, 100 Mb/s, lub 1000 Mb/s (1 Gb/s).
• W trybie półdupleksu (half-duplex) lub pełnego dupleksu (full-duplex).

Zanim autonegocjacja stała się standardem, administratorzy sieci musieli ręcznie konfigurować ustawienia na obu końcach łącza, tak aby idealnie do siebie pasowały. Jeśli skonfigurowałeś port przełącznika na „100 Mb/s, pełny dupleks”, musiałeś podejść do komputera użytkownika i ręcznie ustawić jego kartę sieciową na dokładnie te same parametry.

Ten manualny proces był głównym źródłem problemów w sieci. Prosty błąd (niedopasowanie dupleksu: jedna strona w trybie pełnym, druga w połówkowym, lub niedopasowanie prędkości: jedna strona 100 Mb/s, druga 10 Mb/s) skutkował łączem, które działało ekstremalnie słabo, z ogromną liczbą błędów, albo nie działało w ogóle. Rozwiązywanie tych problemów było żmudne i czasochłonne. Potrzebne było lepsze, zautomatyzowane rozwiązanie.

Czym Jest Autonegocjacja?

Autonegocjacja to procedura sieciowa (standaryzowana w IEEE 802.3u), która pozwala dwóm połączonym urządzeniom Ethernet na automatyczne znalezienie i uzgodnienie najlepszego możliwego trybu pracy. To zautomatyzowany „uścisk dłoni”, który odbywa się w pierwszych milisekundach po podłączeniu kabla lub włączeniu urządzenia.

Celem tej negocjacji jest ustanowienie łącza, które wykorzystuje najwyższy wspólny poziom wydajności, jaki obsługują oba urządzenia. Jeśli nowy, wysokiej klasy laptop (obsługujący 1 Gb/s, pełny dupleks) zostanie podłączony do starszego przełącznika (który obsługuje tylko do 100 Mb/s, pełny dupleks), proces autonegocjacji zapewni, że uzgodnią one komunikację z prędkością 100 Mb/s w trybie pełnego dupleksu, czyli najlepszym trybem, który oba współdzielą. Ta funkcjonalność „plug and play” sprawia, że nowoczesny Ethernet jest tak przyjazny dla użytkownika.

Proces Negocjacji: Jak To Działa?

Proces autonegocjacji wykorzystuje specjalny sygnał zwany serią impulsów FLP (Fast Link Pulse). Jest to sekwencja impulsów wysyłana przez każde urządzenie, gdy tylko wykryje partnera na drugim końcu kabla. Sygnał FLP różni się od normalnych sygnałów transmisji danych, dzięki czemu nie zakłóca pracy starszych urządzeń, które nie obsługują autonegocjacji.

1. Krok 1: Wykrycie Łącza
   Gdy urządzenie jest podłączone, wysyła prosty sygnał elektryczny zwany NLP (Normal Link Pulse), aby wykryć, czy na drugim końcu jest aktywne inne urządzenie.
2. Krok 2: Ogłaszanie Możliwości
   Po wykryciu partnera, każde urządzenie zaczyna wysyłać serię impulsów FLP. Impuls FLP to nie tylko puls; to 16-bitowe słowo, które działa jak „menu” możliwości urządzenia. Wymienia ono wszystkie tryby, które urządzenie może obsługiwać (np. 100Base-TX Pełny Dupleks, 100Base-TX Półdupleks, 10Base-T Pełny Dupleks itd.).
3. Krok 3: Porównanie Menu i Znalezienie Najlepszego Dopasowania
   Każde urządzenie odbiera i dekoduje serię FLP od swojego partnera. Porównuje „menu” partnera ze swoim własnym. Następnie urządzenia postępują zgodnie ze standardową listą priorytetów, aby określić najlepszy możliwy tryb współdzielony. Priorytet jest zawsze przyznawany trybowi o najwyższej wydajności, który oba urządzenia ogłosiły.

Niedopasowanie Dupleksu: Najczęstszy Problem z Autonegocjacją

Autonegocjacja działa bezbłędnie w zdecydowanej większości przypadków. Może jednak prowadzić do specyficznego, trudnego do zdiagnozowania problemu, jeśli zawiedzie lub zostanie błędnie skonfigurowana. Najbardziej znanym problemem jest niedopasowanie dupleksu (duplex mismatch).

Problem ten zwykle występuje, gdy administrator ręcznie skonfiguruje jedną stronę łącza (np. port przełącznika na `100 Full`), ale pozostawi drugą stronę (np. komputer) w trybie `Auto`.

• Strona skonfigurowana ręcznie (przełącznik) nie przeprowadza autonegocjacji; po prostu zaczyna działać w trybie `100 Full`. Nie wysyła impulsów FLP.
• Druga strona (komputer) jest ustawiona na `Auto`. Wysyła swoje impulsy FLP, ale nie otrzymuje żadnej odpowiedzi.
• Ponieważ autonegocjacja kończy się niepowodzeniem (bo jedna strona odmówiła udziału), komputer powraca do „bezpiecznego” trybu domyślnego. Zgodnie ze standardami, jeśli autonegocjacja zawiedzie, ale zostanie wykryty prawidłowy sygnał nośnej, urządzenie powinno ustawić swój tryb na półdupleks dla wykrytej prędkości.

Gdy komputer zaczyna nadawać, a przełącznik akurat w tym samym czasie również coś nadaje, logika półdupleksu komputera widzi to jako kolizję. Zatrzyma się, uruchomi swój algorytm wycofania i dokona retransmisji, mimo że na przewodzie nie doszło do rzeczywistej kolizji. Skutkuje to niezwykle niską wydajnością sieci, z wysoką liczbą błędów na interfejsie, niską przepustowością i częstymi rozłączeniami, zwłaszcza przy dużym obciążeniu.