3.5 Базовые технологии канального уровня вычислительных систем Структура стандартов Ethernet. Понятие мас адреса (3/3)
Технология 10 Gigabit Ethernet
Физический уровень 10 GBase - SR , 10 GBase - LR , 10 GBase - ER
Строение физического интерфейса вполне типично, он состоит из трех уровней: PCS (Physical Coding Sublayer), отвечающий за управление передаваемыми битовыми последовательностями, PMA (Physical Medium Attachment) -преобразование группы кодов в последовательный поток бит и обратно, плюс синхронизация, и PMD (Physical Media Dependent), преобразующий биты в оптические сигналы. Традиционно, они выполнены логически независимыми друг от друга частями.
На каждую из длин волн принят свой PMD - 10GBASE-S для 850нм (от short), 10GBASE-L для 1310нм (long) и 10GBASE-E для 1550нм (extralong).
10GBASE-SR - Технология 10 Гигабит Ethernet для коротких расстояний (до 300 метров),используется многомодовое оптоволокно.
10GBASE-LR и 10GBASE-ER - эти стандарты поддерживают расстояния до 10 и 40 (80) километров соответственно. 10GBASE-LR использует лазеры 1310нм, а 10GBASE-ER лазеры 1550 нм.
10GBASE-LX4 - использует уплотнение по длине волны для поддержки расстояний от 240 до 300 метров по многомодовому оптоволокну, IEEE 802.3 Clause 48 PCS и технологию «грубый» WDM. Данная спецификация позволяет поддерживать два типа оптоволокна. При использовании многомодового оптоволокна длина участка может достигать до 300 м, при скорости 10Гбит/с, а при использовании одномодового оптоволокна расстояние увеличивается до 10 километров.Это достигается использованием 4-х лазерных источников, работающих на уникальных длинах волн в диапазоне 1300 нм.
10GBASE-LRM (Long Reach Multimode) также известный как IEEE 802.3aq,использует IEEE 802.3 Clause 49 64B/66B PCS и 1310 нм лазерные излучатели.Это обеспечивает передачу данных, используя многомодовый оптический кабель, со скоростью 10.3125 Гбит/с. 10GBASE-LRM поддерживает расстояния в 220 метров, при использовании многомодового оптического кабеля
10GBASE-ZR. Некоторые производители создали сменные интерфейсные устройства, для работы на расстоянии до 80 км. Так как эти устройства не определены стандартом IEEE 802.3ae,, изготовители создали свою спецификацию10GBASE-ZR, описанную в спецификации OC-192/STM-64 SDH/SONET.
Модуль XFP, разрабатывался как универсальный модуль с оптическим интерфейсом. Основными достоинствами данного решения считаются большой список поддерживаемых скоростей (практически всевозможные "около" 10 гигабит), и миниатюрные размеры.
Рисунок 99 . Схема XFP 10 G
Кодирование битовой последовательности (PCS) вынесено из модуля на основное устройство, и сам XFP является по сути универсальным последовательным преобразователем, которому все равно, что передавать в линию .Внешний вид модуля показан на рис.
Рисунок 100 . DEM-422XT
Технические особенности: - интерфейс XFI 1*10G; - размер устройства - 78*18*10 мм; - не поддерживает стандарт 10GBASE-LX4; - потребление электроэнергии - 3,5 Вт; - коннектор 30 pin; - оптический разъем LC; - реализован в устройствах D - Link :DEM-421XT, DEM-422XT, DEM-423XT - поддерживает скорости, отличные от 10GB (10.3 Гбит/с), - ОС-192/STM-64 9,95Gb/c, 10G FC 10,5 Gb/c, G.709 10,709 Gb/c.
Физический уровень 10 G Base- CX 4
10GBASE-CX4— Технология 10 Гигабит Ethernet для коротких расстояний (до 15 метров), используется медный кабель CX4 и коннекторы InfiniBand. Этот стандарт был первым опубликованным «медным» 10Гигабитным стандартом как IEEE 802.3ak-2004. Он использует 4-х линейный интерфейс XAUI,подуровень физического кодирования PCS (Clause 48) и прокладку медного кабеля аналогично использовавшемуся в InfiniBand. Длина участка 15 м, скорость в каждой паре3.125 Гбит/с. Ориентирован этот вид на внутри узловые соединения.
Infiniband — высокоскоростная коммутируемая последовательная шина, применяющаяся как для внутренних (внутрисистемных), так и для межсистемных соединений
Хотя этот вариант 10-ти гигабитного Ethernet не является оптическим, он так же далеко от витой пары, как и от "стекла".Частотные возможности твинаксиального кабеля близки к оптическому,соответственно, используются похожие технические решения.
Рисунок 101 . Твинаксиальный кабель.
Разработчики пошли примерно по тому же пути, как в вышеописанном 10GBASE-LX4. А именно, применили четырех дифференциальных передатчика и приемника на каждую линию. В каждом канале скорость 2,5 Гбит/с,тактовая частота 3,125 ГГц и кодированием по стандарту 8B/10B (т.е. тому же,что и в LX4). Для этого требуются четыре дифференциальные пары, работающие в каждом направлении, и, соответственно, общее число твинаксиальных каналов в соединительном кабеле равно восьми.
Рисунок 102 . DEM-412CX
Рисунок 103 . D-Link DEM - CB300CX . Кабель 10 GE - CX 4, 3 м
Модули D-Link с портом CX4 предоставляют предприятиям доступное по цене, высокопроизводительное сетевое подключение со скоростью 10GE по коаксиальному медному кабелю. Этот медный кабель значительно дешевле оптоволоконного и позволяет передавать информацию на расстояния от 15 до 20 метров в зависимости от сортамента проводов. Модули не требуют установки дорогостоящих трансиверов, исключая необходимость в их приобретении.
Модули с портом CX4 устанавливаются в открытые слоты гигабитных коммутаторов D-Link DGS-34xx. При работе в режиме полного дуплекса порт обеспечивает полосу пропускания до 20 Гбит/с. Модули можно использовать для высокоскоростного стекирования коммутаторов или их подключения к корневому коммутатору на основе шасси. Также они могут применяться при подключении серверов или сетевых устройств хранения информации с поддержкой CX4.
Модули с портом CX4 - это идеальное решение для организации высокоскоростного сетевого подключения внутри высокопроизводительных вычислительных кластеров и серверных комнат.
10GBASE-T, IEEE 802.3an.Использует экранированную витую пару. Расстояние до 100 метров.
10GBASE-KX4, 10GBASE-KR. Backplane Ethernet — направление деятельности рабочей группы 802.3ap —использование объединительных плат для «блэйд-серверов» (blade servers) и маршрутизаторов/коммутаторов с расширительными сетевыми картами. Стандарт IEEE 802.3apреализован на участке медного кабеля на расстояниях до 1 метра, со скоростью 10Гбит/с. В 10Gbase-KX4 используется подуровень физического кодированияIEEE802.3 Clause 48, а в 10GBASE-KR используется подуровень физического кодирования IEEE 802.3 Clause 49.
В настоящее время в сфере Ethernet приоритет отдан разработке стандартов 40/100 Гбит/с.
Перспективные темы группы IEEE 802.3
802.3 av ,10 GEPON (10Гигабит EPON ). Потребность в увеличении пропускной способности существует и на уровне доступа. Это объясняется тем, что в будущем одной семье могут понадобиться, к примеру,четыре канала телевидения высокой четкости (High Definition Television, HDTV)или широкоэкранное цифровое изображение (Large Scale Digital Imagery, LSDI).10GEPON представляет собой расширение стандарта IEEE802.3ah,EFM. Ратифицированный в 2004 г. стандарт определяет технологию Gigabit EPON, которая,как ожидается, будет расширена до 10 Гбит/с. Между коммутационным узлом и домашней сетью развертывается распределительная сеть, по которой через оптическое волокно подается 10 Гбит/с для 32 домохозяйств.
802.3at, DTE Power Enhancements. Стандарт IEEE 802.3af,DTE Power, был принят в 2003 г. Предусмотренных в нем 15 Вт сегодня недостаточно.Новый стандарт IEEE 802.3at, PoE Plus, совместим с существующим, и обеспечивать мощность 30 Вт.
802.3az, энергоэффективные сети Ethernet (Energy Efficient Ethernet). Рабочая группа 802.3azзанялась актуальными вопросами экономии электроэнергии. Ее деятельность началась в марте 2007 г.,и уже в ноябре того же года группа получила задание PAR. Лавинообразно растущий сетевой сегмент может внести значительный вклад в экономию энергии. Суть идеи заключается в переводе соединений в режим низкого энергопотребления (LowPower), когда передавать данные не требуется. Режим Low Power реализуется путем уменьшения скорости передачи вплоть до нуля.
802.3ba, 40/100 Gigabit Ethernet: для того чтобы удовлетворить потребность в еще большей пропускной способности, в ноябре 2006 г. проектная группа IEEE P802 учредила «группу исследования высоких скоростей» (High Speed StudyGroup), которая в декабре 2007 г. под эгидой рабочей группы IEEE 802.3ba получила«запрос на авторизацию проекта» (Project Authorization Request, PAR) о разработке стандарта Ethernet на 40/100 Гбит/с со следующими задачами:
· поддержка исключительно полнодуплексного режима;
· поддержка обоих форматов кадров (CSMA/CD и Ethernet V2.0);
· сохранение минимальной и максимальной длины кадров;
· поддержка оптических транспортных сетей (Optical Transport Network, OTN);
· скорость передачи данных 40 и 100 Гбит/с.
«На выходе» ожидается технология с поддержкой оптического волокна, меди и объединительных плат (Backplane). Эти расширения Ethernet касаются только физического уровня модели OSI. Подуровень MAC остается без изменений. Аналогично обстоит дело с MAC Control и Logical Link Control (LLC).Стандарт ратифицирован в 2010 году, и вскоре должно появится оборудование с его поддержкой.
Беспроводные технологии
Кроме стандартов для проводных линий и каналов,информационных сетей, разработаны стандарты для беспроводных соединений.