Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Раздел 4 Уровень передачи данных (Канальный уровень) Тема 18_(20) Технология Gigabit Ethernet

Технология Gigabit Ethernet Base-x Осенью 1995 года комитет IEEE принял спецификацию Fast Ethernet в качестве стандарта 802.3u, но не стал этим ограничиваться и пошел далее.. Летом 1996 года было объявлено о создании группы 802.3z для разработки протокола, в максимальной степени подобного Ethernet, но с битовой скоростью 1000 Мбит/с. Как и в случае Fast Ethernet, сообщение было воспринято сторонниками Ethernet с большим энтузиазмом. Основной причиной энтузиазма была перспектива плавного перевода сетевых магистралей на Gigabit Ethernet, подобно тому, как были переведены на Fast Ethernet перегруженные сегменты Ethernet- расположенные на нижних уровнях иерархии сети. К тому же опыт передачи данных на гигабитных скоростях уже имелся. В территориальных сетях такую скорость обеспечивала технология SDH, а в локальных технология Fibre Channel.

Технология Gigabit Ethernet Base-x Fibre Channel технология использовалась для подключения высокоскоростной периферии к крупным компьютерам и передаче данных по волоконно-оптическому кабелю со скоростью, близкой к гигабитной ~800Mb/s. (Именно метод кодирования 8В/10В, используемый в технологии Fiber Channel, был принят в качестве первого варианта физического уровня Gigabit Ethernet.). Стандарт 802.3z был окончательно принят в 1998 году. Работы по реализации Gigabit Ethernet на витой паре категории 5 были переданы проблемной группе 802.3ab ввиду сложности обеспечения гигабитной скорости на этом типе кабеля, который был создан для поддержки скоростей 100 Мбит/с. Проблемная группа 802.3аb успешно справилась со своей задачей, и версия Gigabit Ethernet для витой пары категории 5 была также принята.

Технология Gigabit Ethernet Base-x Проблемы Основная идея разработчиков стандарта Gigabit Ethernet состояла в максимальном сохранении идей классической технологии Ethernet при достижении битовой скорости в 1000 Мбит/с. Стандарт Gigabit Ethernet, на уровне протокола не поддерживает функции, которые необходимо было бы включить при разработке нового стандарта: качество обслуживания; избыточные связи; тестирование работоспособности узлов и оборудования (за исключением тестирования связи порт-порт, как это делается в Ethernet 10Base-T, l0Base-F и Fast Ethernet).

Технология Gigabit Ethernet Base-x Проблемы Ответ состоит в том, что этими полезными свойствами в локальных сетях сегодня обладают коммутаторы, в которых работают дуплексные версии протоколов семейства Ethernet. Поэтому разработчики технологии решили, что базовый протокол просто должен быстро передавать данные, а более сложные и не всегда востребованные функции (например, поддержка параметров QoS) должны быть переданы протоколам верхних уровней, которые работают в коммутаторах.

Технология Gigabit Ethernet Base-x Проблемы Что же общего имеется в технологии Gigabit Ethernet по сравнению с технологиями Ethernet и Fast Ethernet? Сохраняются все форматы кадров Ethernet. По-прежнему существует полудуплексная версия протокола, поддерживающая метод доступа CSMA/CD. Сохранение недорогого решения на основе разделяемой среды позволяет применять Gigabit Ethernet в небольших рабочих группах, имеющих быстрые серверы и рабочие станции. Поддерживаются все основные виды кабелей, используемых в Ethernet и Fast Ethernet волоконно- оптический, витая пара категории 5, экранированная витая пара.( витая пара категории 3 неподдерживается)

Технология Gigabit Ethernet Base-x Проблемы-задачи, поставленные для 1000Base-X Обеспечение даже достаточно простых функций классического стандарта Ethernet на скорости 1 Гбит/с потребовало решения нескольких непростых задач: Обеспечение приемлемого диаметра сети для работы на разделяемой среде. В связи с ограничениями, накладываемыми методом CSMA/CD на длину кабеля, версия Gigabit Ethernet для разделяемой среды допускала бы длину сегмента всего в 25 м при сохранении размера кадров и всех параметров метода CSMA/CD неизменными. Так как существует большое количество применений, требующих диаметра сети хотя бы 200 м, необходимо было каким-то образом решить эту задачу за счет минимальных изменений в технологии Fast Ethernet.

Технология Gigabit Ethernet Base-x Проблемы-задачи, поставленные для 1000Base-X Достижение битовой скорости 1000 Мбит/с на оптическом кабеле. Технология Fibre Channel, физический уровень которой был взят за основу для оптоволоконной версии Gigabit Ethernet, обеспечивает скорость передачи данных всего в 800 Мбит/с. Использование в качестве кабеля витой пары. Такая задача на первый взгляд кажется неразрешимой ведь даже для 100-мегабитных протоколов требуются достаточно сложные методы кодирования, чтобы уложить спектр сигнала в полосу пропускания кабеля.

Технология Gigabit Ethernet Base-x Решения - задач, поставленных для 1000Base-X Для решения этих задач разработчикам технологии Gigabit Ethernet пришлось внести изменения не только в физический уровень, как это было в случае Fast Ethernet, но и в уровень MAC. Средства обеспечения диаметра сети в 200 м на разделяемой среде Для расширения максимального диаметра сети Gigabit Ethernet до 200 м в полудуплексном режиме разработчики технологии предприняли достаточно естественные меры. Они основаны на известном соотношении времени передачи кадра минимальной длины и времени оборота (PDV).

Технология Gigabit Ethernet Base-x Средства обеспечения диаметра сети в 200 м на разделяемой среде. Минимальный размер кадра был увеличен (без учета преамбулы) с 64 до 512 байт или до 4096 бит. Время оборота, соответственно, также можно было увеличить до 4095 битовых интервалов, что делает допустимым диаметр сети около 200 м при использовании одного повторителя. Но, чтобы поддержать совместимость со стандартами Ethernet и Fast Ethernet, минимальный размер кадра не был увеличен, а было добавлено к кадру дополнительное поле, получившее название «расширение носителя». Для увеличения длины кадра до требуемой величины сетевой адаптер должен дополнить поле данных до длины 448 байт.

Технология Gigabit Ethernet Base-x Средства обеспечения диаметра сети в 200 м на разделяемой среде. Формально минимальный размер кадра не изменился, он по-прежнему равен 64 байт или 512 бит, но поле расширения помещается после поля контрольной суммы кадра FCS и не учитывается. Поле контрольной суммы вычисляется только для оригинального кадра и не распространяется на поле расширения. При приеме кадра поле расширения отбрасывается. Поэтому уровень LLC даже и не знает о наличии поля расширения. Если размер кадра равен или превосходит 512 байт, то поле расширения носителя отсутствует.

Технология Gigabit Ethernet Base-x Рис.18.1Кадр Gigabit Ethernet с полем расширения носителя

Технология Gigabit Ethernet Base-x Средства обеспечения диаметра сети в 200 м на разделяемой среде. Поле расширения позволяет корректно обнаруживать коллизий, но увеличивает накладные расходы. (Рис 18.1) Для сокращения накладных расходов используется Режим пульсаций или Пакетная перегруженность (Packet Bursting) При использовании слишком длинных кадров для передачи коротких квитанций разработчики стандарта разрешили конечным узлам передавать несколько кадров подряд без передачи среды другим станциям. Такой режим получил название режима пульсаций. Станция может передать подряд несколько кадров с общей длиной не более бит или 8192 байт.

Технология Gigabit Ethernet -1000Base-x Средства для диаметра сети в 200 м на разделяемой среде. Режим пульсаций. Если станции нужно передать несколько небольших кадров, то она может не дополнять первый кадр до размера в 512 байт за счет поля расширения, а передавать несколько кадров подряд до исчерпания предела в 8192 байт (в этот предел входят все байты кадра, в том числе преамбула, заголовок, данные и контрольная сумма). Предел 8192 байт называется длиной пульсации. Если станция начала передавать кадр и предел длины пульсации достигнут в середине кадра, то кадр разрешается передать до конца. Увеличение «совмещенного» кадра до 8192 байт несколько задерживает доступ к разделяемой среде других станций, но при скорости 1000 Мбит/с эта задержка не столь существенна.

Технология Gigabit Ethernet -1000Base-x Средства для диаметра сети в 200 м на разделяемой среде. Режим пульсаций. Пакетная перегруженность уменьшать вероятность образования коллизий, поскольку перегруженный кадр может испытать коллизию только на этапе передачи первого своего оригинального кадра, включая расширение носителя, что безусловно увеличивает производительность сети, особенно при больших нагрузках..

Технология Gigabit Ethernet Base-x Спецификации физической среды стандарта 802.3z В стандарте 802.3z определены следующие типы физической среды: одномодовый волоконно-оптический кабель; многомодовый волоконно-оптический кабель 62,5/125; многомодовый волоконно-оптический кабель 50/125; экранированный сбалансированный медный кабель. Для передачи данных по традиционному для компьютерных сетей многомодовому волоконно-оптическому кабелю стандарт определяет применение излучателей, работающих на двух длинах волн: 1300 и 850 нм. Затухание многомодового оптоволокна на волне 850 нм более чем в два раза выше, чем на волне 1300 нм, но светодиоды с длиной волны 850 нм дешевле, чем на1300 нм.

Технология Gigabit Ethernet Base-x Спецификации физической среды стандарта 802.3z Для многомодового оптоволокна стандарт 802.3z определяет спецификации 1000Base-SX и l000Base-LX. В первом случае используется длина волны 850 нм (S означает Short Wavelength), а во втором 1300 нм (L Long Wavelength). Спецификация l000Base-SX может использовать только многомодовый кабель, при этом его максимальная длина составляет около 500 м. Для спецификации 1000Base-LX в качестве источника излучения всегда применяется полупроводниковый лазерный диод с длиной волны 1300 нм. Спецификация 1000Base-LX может работать как с многомодовым (максимальное расстояние до 500 м), так и с одномодовым кабелем (максимальное расстояние зависит от мощности передатчика и качества кабеля и может доходить до нескольких десятков километров).

Технология Gigabit Ethernet Base-x Спецификации физической среды стандарта 802.3z Комитет 802.3z разработал и спецификацию по меди. В качестве среды передачи данных в спецификации СХ определен экранированный сбалансированный медный кабель с волновым сопротивлением 150 Ом. Максимальная длина сегмента составляет всего 25 м, поэтому это решение подходит для соединения оборудования, расположенного в одной комнате.

Технология Gigabit Ethernet Base-x Архитектура стандарта Gigabit Ethernet На рис.18.1 показана структура уровней Gigabit Ethernet. Как и в стандарте Fast Ethernet, в Gigabit Ethernet не существует универсальной схемы кодирования сигнала, которая была бы идеальной для всех физических интерфейсов - так, с одной стороны, для стандартов 1000Base-LX/SX/CX используется кодирование 8B/10B, а с другой стороны, для стандарта 1000Base-T используется специальный расширенный линейный код TX/T2. Функцию кодирования выполняет подуровень кодирования PCS, размещенный ниже среданезависимого интерфейса GMII.

Технология Gigabit Ethernet - Архитектура стандарта Gigabit Ethernet Рис.18.1 структура уровней Gigabit Ethernet

Согласование (Reconciliation) PCS 8B/6T Подуровень физического кодирования PMA Подуровень подсоединения к физической среде MDI-RJ45 Кабель UTP- 3, 4 (4-ре пары) Подуровень авто- переговоров Auto-Negotiation Рис Структура физического уровня PHY T 4 Трансивер TX- PHY Разъем RJ45

Технология Gigabit Ethernet - GMII интерфейс. Независимый от среды интерфейс GMII (gigabit media independent interface) обеспечивает взаимодействие между уровнем MAC и физическим уровнем. GMII интерфейс является расширением интерфейса MII и может поддерживать скорости 10, 100 и 1000 Мбит/с. Он имеет отдельные 8 битные шины для приемника и передатчика, и может поддерживать как полудуплексный, так и дуплексный режимы. Кроме этого, GMII интерфейс несет один сигнал, обеспечивающий синхронизацию (clock signal), и два сигнала состояния линии - первый (в состоянии ON) указывает наличие несущей, а второй (в состоянии ON) говорит об отсутствии коллизий - и еще несколько других сигнальных каналов и питание. Трансиверный модуль, охватывающий физический уровень и обеспечивающий один из физических средазависимых интерфейсов, может подключать например к коммутатору Gigabit Ethernet посредством GMII интерфейса или входить в состав сетевой карты.

Технология Gigabit Ethernet - Подуровень физического кодирования PCS. При подключении интерфейсов группы 1000Base-X (оптика), подуровень PCS использует блочное избыточное кодирование 8B10B, заимствованное из стандарта Fibre Channel. Аналогичного стандарту FDDI, каждые 8 входных битов, предназначенных для передачи на удаленный узел, преобразовываются в 10 битные символы (code groups). Кроме этого в выходном последовательном потоке присутствуют специальные контрольные 10 битные символы. Примером контрольных символов могут служить символы, используемые для расширения носителя (дополняют кадр Gigabit Ethernet до его минимально размера 512 байт). При подключении интерфейса 1000Base-T, подуровень PCS осуществляет специальное помехоустойчивое кодирование, для обеспечения передачи по витой паре UTP Cat.5 на расстояние до 100 метров -линейный код TX/T2, разработанный компанией Level One Communications – PAM-5.

Технология Gigabit Ethernet - Рис 18.2 Спецификции стандартов Gigabit Ethernet.

Технология Gigabit Ethernet - Интерфейс 1000Base-X Интерфейс 1000Base-X основывается на стандарте физического уровня Fibre Channel. Fibre Channel - это технология взаимодействия рабочих станций, суперкомпьютеров, устройств хранения и периферийных узлов. Fibre Channel имеет 4-х уровневую архитектуру. Два нижних уровня FC-0 (интерфейсы и среда) и FC-1 (кодирование/декодирование) перенесены в Gigabit Ethernet. Поскольку Fibre Channel является одобренной технологией, то такое перенесение сильно сократило время на разработку оригинального стандарта Gigabit Ethernet. Блочный код 8B/10B аналогичен коду 4B/5B, принятому в стандарте FDDI. Однако код 4B/5B был отвергнут в Fibre Channel, потому что этот код не обеспечивает баланса по постоянному току. Код 8B/10B позволяет избежать более 4 идентичных бит подряд, и ни в одном коде не должно быть более 6 нулей или 6 единиц.

Технология Gigabit Ethernet - Интерфейс 1000Base-X Отсутствие баланса, особенно при повторяющихся «единичных» битах «111111», потенциально может привести к зависящему от передаваемых данных нагреванию лазерных диодов. Чрезмерный нагрев лазерного диода, может быть причиной дополнительных ошибок при высоких скоростях передачи, а также привести к выходу его из строя. 1000Base-X подразделяется на три физических интерфейса, основные характеристики которых приведены ниже: Интерфейс 1000Base-SX определяет лазеры с допустимой длиной излучения в пределах диапазона нм, мощность излучения передатчика в пределах от -10 до 0 дБм, при отношении ON/OFF (сигнал / нет сигнала) не меньше 9 дБ. Чувствительность приемника -17 дБм, насыщение приемника 0 дБм;

Технология Gigabit Ethernet - Интерфейс 1000Base-X Интерфейс 1000Base-LX определяет лазеры с допустимой длиной излучения в пределах диапазона нм, мощность излучения передатчика в пределах от -13,5 до -3 дБм, при отношении ON/OFF (есть сигнал / нет сигнала) не меньше 9 дБ. Чувствительность приемника -19 дБм, насыщение приемника -3 дБм; 1000Base-CX экранированная витая пара (STP "twinax") на короткие расстояния до 25м; Для справки в табл.1 приведены основные характеристики оптических приемо-передающих модулей, выпускаемых фирмой Hewlett Packard для стандартных интерфейсов 1000Base-SX (модель HFBR-5305, =850 нм) и 1000Base-LX (модель HFCT-5305, =1300 нм).

Таблица 1. Технические характеристики оптических приемо-передатчиков Gigabit Ethernet Параметры 100Base-SX =850 нм 100Base-LX =1300 нм minmaxminmax Температура окружающей среды, °C07000 Напряжение питания, V4,755,254,755,25 Выходная оптическая мощность, дБм Чувствительность приемника, дБм Соотношение сигнал/нет сигнала, дБ 9-9- Спектральное уширение, нм-0,85-4 Время нарастания/спада оптического сигнала, нс -0,26-0,45

Таблица 2. Технические характеристики оптических приемо-передатчиков Gigabit Ethernet Стандарт Тип волокна/ медного кабеля Полоса пропускания (не хуже), МГц*км Максимальное расстояние*, м 1000Base-LX (лазерный диод 1300 нм) Одномодовое волокно (9 мкм) -5000** Многомодовое волокно (50 мкм)*** Многомодовое волокно (62,5 мкм)*** Base-SX (лазерный диод 850 нм) Многомодовое волокно (50 мкм) Многомодовое волокно (62,5 мкм) Многомодовое волокно (62,5 мкм) Base-CX Экранированная витая пара: STP 150 Ом -25

Технология Gigabit Ethernet - Интерфейс 1000Base-X При кодировании 8B/10B битовая скорость в оптической линии составляет 1250 бит/c. Это означает, что полоса пропускания участка кабеля допустимой длины должна превышать 625 МГц. Из табл. 2 видно, что этот критерий для строчек 2-6 выполняется. Из-за большой скорости передачи Gigabit Ethernet, следует быть внимательным при построении протяженных сегментов. Безусловно предпочтение отдается одномодовому волокну. При этом характеристики оптических приемопередатчиков могут быть значительно выше. Например компания NBase выпускает коммутаторы с портами Gigabit Ethernet, обеспечивающими расстояния до 40 км по одномодовому волокну без ретрансляций (используются узкоспектральные DFB лазеры, работающие на длине волны 1550 нм).

Технология 1000BASE-TX Gigabit Ethernet на витой паре категории 5 Как известно, каждая пара кабеля категории 5 имеет гарантированную полосу пропускания до 100 МГц. Для передачи по такому кабелю данных со скоростью 1000 Мбит/с было решено организовать параллельную передачу одновременно по всем 4 парам кабеля. Это сразу снизило скорость передачи данных по каждой паре до 250 Мбит/с. Однако и для такой скорости необходимо было придумать метод кодирования, который имел бы спектр не выше 100 МГц. Например, применение кода 4В/5В не может решить поставленную задачу, так как основной вклад в спектр сигнала на такой скорости у него вносит частота 155 МГц. Кроме того, не нужно забывать, что каждая новая технология должна поддерживать не только классический полудуплексный режим, но и дуплексный режим.

Технология 1000BASE-TX Gigabit Ethernet на витой паре категории 5 Для кодирования данных был применен код РАМ5, в котором 5 уровней потенциала: -2, -1,0, +1, +2. Поэтому за один такт по одной паре передается 2,322 бит информации (Iog 2 5). Следовательно, для достижения скорости 250 Мбит/с тактовую частоту 250 МГц можно уменьшить в 2,322 раза. Разработчики стандарта решили использовать несколько более высокую частоту, а именно 125 МГц. При этой тактовой частоте код РАМ5 имеет спектр уже чем 100 МГц, то есть он может быть передан без искажений по кабелю категории_5. В каждом такте передается не 2,322 х 4 = 9,288 бит информации, а 8. Это и дает искомую суммарную скорость 1000 Мбит/с. Передача ровно 8 бит в каждом такте достигается за счет того, что при кодировании информации используются не все 625 (5 4 = 625) комбинаций кода РАМ5, а только 256 (2 8 = 256). Оставшиеся комбинации приемник использует для контроля принимаемой информации и выделения правильных комбинаций на фоне шума.

Технология 1000BASE-TX Gigabit Ethernet на витой паре категории 5 Рис Кодирование пятиуровневым сигналом PAM-5

Технология 1000BASE-TX Gigabit Ethernet на витой паре категории 5 Почему 5-уровневое кодирование. Распространенное четырехуровневое кодирование обрабатывает входящие биты парами. Всего существует 4 различных комбинации - 00, 01, 10, 11. Передатчик может каждой паре бит установить свой уровень напряжения передаваемого сигнал, что уменьшает в 2 раза частоту модуляции четырехуровневого сигнала, 125 МГц вместо 250 МГц, (рис.4), и следовательно частоту излучения. Пятый уровень добавлен для создания избыточности кода. В результате чего становится возможной коррекция ошибок на приеме. Это дает дополнительный резерв 6 дБ в соотношении сигнал/шум.

Технология 1000Base-T Gigabit Ethernet на витой паре категории 5 Рис Кодирование пятиуровневым сигналом PAM-4

Технология 1000BASE-TX Gigabit Ethernet на витой паре категории 5 Для организации дуплексного режима разработчики спецификации 802.3ab применили технику выделения принимаемого сигнала из суммарного. Два передатчика работают навстречу друг другу по каждой из 4-х пар в одном и том же диапазоне частот (рис ). Н-образная схема гибридной развязки позволяет приемнику и передатчику одного и того же узла использовать одновременно витую пару и для приема, и для передачи (так же, как и в трансиверах Ethernet на коаксиале). Для отделения принимаемого сигнала от собственного приемник вычитает из результирующего сигнала известный ему свой сигнал. Естественно, что это не простая операция и для ее выполнения используются специальные процессоры цифрового сигнала (Digital Signal Processor, DSP).

Технология 1000BASE-TX Gigabit Ethernet на витой паре категории 5 Рис Двунаправленная передача по четырем парам UTP категории 5

Технология 10G Ethernet - Стандарт определяет только дуплексный режим работы, поэтому он используется только в коммутируемых локальных сетях. IEEE 802.Зае Расширение кадра, введенное в стандарте Gigabit Ethernet, не используется, так как нет необходимости обеспечивать распознавание коллизий. Новый стандарт 10-гигабитного Ethernet включает в себя семь стандартов физической среды для LAN, MAN и WAN. физического уровня, которые взаимодействуют с уровнем MAC с помощью нового варианта подуровня согласования. Этот подуровень обеспечивает для всех вариантов физического уровня 10G Ethernet единый интерфейс XGMII (eXtended Gigabit Medium Independent Interface расширенный интерфейс независимого доступа к гигабитной среде), который предусматривает параллельный обмен четырьмя байтами, образующими четыре потока данных.LANMANWAN

Технология 10G Ethernet - На рис показана структура интерфейсов 10G Ethernet для физического уровня, использующею оптическое волокно. Существуют три группы таких физических интерфейсов: 10GBase-X, 10Gbase-R и 10GBasc-W. Они отличаются способом кодирования данных: в варианте 10Base-X применяется код 8В/10В, в остальных двух код 64В/66В. Все они задействуют оптическую среду. Группа 10GBase-X состоит из одного интерфейса подуровня PMD 10GBase-LX4. Буква L соответствует волне второго диапазона прозрачности, то есть 1310 нм. Информация в каждом направлении передается одновременно с помощью четырех волн (что отражает цифра 4 в названии интерфейса), которые мультиплексируются на основе техники WDM. Каждый из четырех потоков интерфейса XGMII передастся в оптическом волокне со скоростью 2,5 Гбит/c.

Три группы физических интерфейсов 10G Ethernet

Технология 10G Ethernet - Максимальное расстояние между передатчиком и приемником стандарта 10GBase-LX4 на многомодовом волокне равно м (в зависимости от полосы пропускания волокна), на одномодовом 10 км. В каждой из групп 10GBase-W и 10GBase-R может быть три варианта подуровня PMD: S, L и Е в зависимости от используемого для передачи информации диапазона волн - 850L 1310 или 1550 нм соответственно. Таким образом, существуют интерфейсы 10GBase-WS, 10GBase-WL, 10GBase-WE и 10GBase-RS, 10GBase-RL и 10GBasc-RE. Каждый из них передает информацию с помощью одной волны соответствующего диапазона. В отличие от 10GBase-R физические интерфейсы группы 10GBase-W обеспечивают скорость передачи и формат данных, совместимые с интерфейсом SONET STS-192/SDH 64.

Технология 10G Ethernet - Пропускная способность интерфейсов группы W равна 9,95328 Гбит/с, а эффективная скорость передачи данных 9,58404 Гбит/с (часть пропускной способности тратится на заголовки кадров STS/STM). Из-за того что скорость передачи информации у этой интерфейсов ниже, чем 10 Гбит/с, они могут взаимодействовать только между собой то есть соединение, например, интерфейсов 10GBase-RL и 10Base-WL невозможно. Интерфейсы группы W не полностью совместимы по электрическим характеристикам с интерфейсами SONET STS-192/SDH STM-64. Для соединения сетей 10G Ethernet через первичную сеть SONET/SDH у мультиплексоров первичной сети должны быть специальные 10-гагабитные интерфейсы, совместимые со спецификациями 10GBase-W. Поддержка оборудованием 10GBase-W скорости 9,95328 Гбит/с обеспечивает принципиальную возможность передачи трафика 10G Ethernet через сети SONET/SDH в кадрах STS-192/STM-64.

Технология 10G Ethernet - Физические интерфейсы, работающие в окне прозрачности Е, обеспечивают передачу данных на расстояния до 40 км. Это позволяет строить не только локальные сети, но и сети мегаполисов, что нашло отражение в поправках к исходному тексту стандарта В 2006 году была принята спецификация 10GBase-T, которая дает возможность использовать знакомые администраторам локальных сетей кабели на витой паре. Правда, обязательным требованием является применение кабелей категории 6 или 6а: в первом случае максимальная длина кабеля не должна превышать 55 м, во втором 100 м, что является традиционным для локальных сетей.

Технологи 10Base – 1000Base Ethernet - Выводы Потребности в высокоскоростной и в то же время недорогой технологии для подключения к сети мощных рабочих станций привели в начале 90-х годов к созданию инициативной группы, которая занялась поисками такой же простой и эффективной технологии, как Ethernet, но работающей на скорости 100 Мбит/с. Специалисты разбились на два лагеря, что, в конце концов, привело к появлению двух стандартов, принятых осенью 1995 года. Комитет утвердил стандарт Fast Ethernet, почти полностью повторяющий технологию Ethernet 10 Мбит/с., а специально созданный комитет утвердил стандарт технологии 100VG-AnyLAN, которая сохраняла формат кадра Ethernet, но существенно изменяла метод доступа.

Технологи 10Base – 1000Base Ethernet - Выводы Технология Fast Ethernet сохранила в неприкосновенности метод доступа CSMA/CD, оставив в нем тот же алгоритм и те же временные параметры а битовых интервалах (сам битовый интервал уменьшился в 10 раз). Все отличия Fast Ethernet от Ethernet проявляются на физическом уровне. В стандарте Fast Ethernet определены три спецификации физического уровня: 100Base-TX, 100Base-FX и l00Base-T4. Максимальный диаметр сети Fast Ethernet равен приблизительно 200 м. а более точные значе­ния зависят от спецификации физической среды. В домене коллизий Fast Ethernet допускается не более одного повторителя класса I и не более двух повторителей класса II.

Технологи 10Base – 1000Base Ethernet - Выводы Технология Fast Ethernet при работе на витой паре позволяет за счет процедуры авто-переговоров двум портам выбрать наиболее эффективный режим работы скорость 10 Мбит/с или 100 Мбит/с. а также полудуплексный или дуплексный режим. В технологии l00VG-AnyLAN арбитром, решающим вопрос о предоставлении станциям доступа к разделяемой среде, является концентратор, поддерживающий приоритетный доступ по требованию. Технология Gigabit Ethernet добавляет в иерархию скоростей семейства Ethernet новую ступень в 1000 Мбит/с. Эта ступень позволяет эффективно строить крупные локальные сети, в которых серверы и магистрали нижних уровней сети работают на скорости 100 Мбит/с, а магистраль Gigabit Ethernet объединяет их, обеспечивая достаточно большой запас пропускной способности.

Технологи 10Base – 1000Base Ethernet - Выводы Разработчики технологии Gigabit Ethernet сохранили большую степень преемственности с технологиями Ethernet и Fast Ethernet. В Gigabit Ethernet те же форматы кадров, что и в предыдущих версиях Ethernet. Gigabit Ethernet работает в дуплексном и полудуплексном режимах, поддерживая на разделяемой среде тот же метод доступа CSMA/CD с минимальными изме­нениями. Специальная рабочая группа 802.3аb разработала вариант Gigabit Ethernet на UTP категории 5. Для обеспечения скорости в 1000 Мбит/с используются: одновременная передача данных по 4 неэкранированным витым парам; метод кодирования РАМ-5, передача информации в дуплексном режиме с выделением принимаемого сигнала из общего с помощью процессоров DSP.

Gigabit Ethernet Формат кадра – прежний Существуют полудуплексная (применяется редко) и полнодуплексные версии Минимальный размер кадра увеличен с 64 до 512 байт -> 200 м домен коллизий Введен Burst Mode – несколько кадров можно передавать подряд, без межкадрового интервала – до 8192 байта, кадры м.б. меньше 512 байт Физическая среда: 1000Base-SX (Short Wavelength, 850 нм): многомодовое волокно - 220/500 м 1000Base-LX (Long Wavelength, 1300 нм): многомодовое волокно – 550 м, одномодовое – до 5000 м Твинаксиал – пара проводников в одном направлении, пара в другом

Gigabit Ethernet на витой паре Параллельная передача по 4 парам категории 5 -> 250 Мбит/c по одной паре Код PAM5: -2, -1,0, +1, +2 5 состояний, 2,322 бита за такт -> тактовую частоту снизили до 125 Гц Код PAM5 на тактовой частоте 125 Гц имеет спектр уже, чем 100 МГц – параметр кабеля категории 5 Полнодуплексный режим достигается за счет одновременной встречной передачи – принимаемый сигнал определяется DSP как разность между суммарным сигналом и собственным

50 Стандартные сегменты Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z и IEEE 802.3ab) 1000BASE-T (IEEE 802.3ab) витая пара категорий 5e или 6 длиной до 100 м. Двунаправленная передача по всем 4 парам (250 Мбит/с по каждой паре), код PAM5; 1000BASE-TX витая пара категории 6 длиной до 100 м. Две пары на передачу, две на приём (500 Мбит/с по каждой паре). Код 8В/10В. Вытесняется сегментом 1000BASE-T. 1000BASE-CХ экранированная витая пара длиной до 25 м. Не используется. 1000BASE-SX многомодовый оптоволоконный кабель длиной до 500 м; 1000BASE-LX одномодовое оптоволоконный кабель длиной до 2000 м.

51 Отличия Gigabit Ethernet Увеличение минимального размера пакета до 512 байт (величина ST = 4,096 мкс) для увеличения размера области коллизии при полудуплексном режиме; Новые методы кодирования (8B/10B и PAM5); Возможность блочного режима передачи (абонент передаёт несколько пакетов подряд суммарной длиной до 8192 байт, до 512 байт расширяется только первый пакет) Основной режим передачи полнодуплексный, применяются коммутаторы и маршрутизаторы; Основная среда передачи оптоволоконный кабель; Основное применение опорные сети, связь с быстрыми серверами.

52 10Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae и IEEE 802.3an) 10-гигабитный Ethernet Новый стандарт 10-гигабитного Ethernet включает в себя семь стандартов физической среды для LAN, MAN и WAN. В настоящее время он описывается поправкой IEEE 802.3ae и должен войти в следующую ревизию стандарта IEEE GBASE-CX4 Технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний (до 15 метров), используется медный кабель CX4 и коннекторы InfiniBand. 10GBASE-SR Технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний (до 26 или 82 метров, в зависимости от типа кабеля), используется многомодовое волокно. Он также поддерживает расстояния до 300 метров с использованием нового многомодового волокна (2000 МГц/км).

53 10Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae и IEEE 802.3an) 10GBASE-LX4 использует уплотнение по длине волны для поддержки расстояний от 240 до 300 метров по многомодовому волокну. Также поддерживает расстояния до 10 километров при использовании одномодового волокна. 10GBASE-LR и 10GBASE-ER эти стандарты поддерживают расстояния до 10 и 40 километров соответственно. 10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW Эти стандарты используют физический интерфейс, совместимый по скорости и формату данных с интерфейсом OC-192 / STM-64 SONET/SDH. Они подобны стандартам 10GBASE-SR, 10GBASE-LR и 10GBASE-ER соответственно, так как используют те же самые типы кабелей и расстояния передачи.

54 10Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae и IEEE 802.3an) 10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006 принят в июне 2006 года после 4 лет разработки. Использует экранированную витую пару. Расстояния до 100 метров. Компания Harting заявила о создании первого в мире 10-гигабитного соединителя RJ-45, не требующего инструментов для монтажа HARTING RJ Industrial 10G

55 Стандартные сегменты 10Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae и IEEE 802.3an) 10GBASE-SR многомодовый оптоволоконный кабель с длиной до м; 10GBASE-LR многомодовый оптоволоконный кабель с длиной до 220 м; 10GBASE-LX4 многомодовый оптоволоконный кабель с длиной до 300 м, одномодовый с длиной до 10 км; 10GBASE-ER одномодовый оптоволоконный кабель c длиной до 40 км; 10GBASE-T (IEEE 802.3an, 2006 г.) витая пара категории 6 с длиной до 55 м или категории 6а с длиной до 100 м (двунаправленная передача по четырём витым парам, скорость 2,5 Гбит/с по каждой паре).