Технология 10g Etherne

• 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.

• На рис. 18.5 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.

• Максимальное расстояние между передатчиком и приемником стандарта 10GBase-LX4 на многомодовом волокне равно 200-300 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.

• 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.

• 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 802.3. 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.

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 802.3 утвердил стандарт Fast Ethernet, почти полностью повторяющий технологию Ethernet 10 Мбит/с., а специально созданный комитет 802.12 утвердил стандарт технологии 100VG-AnyLAN, которая сохраняла формат кадра Ethernet, но существенно изменяла метод доступа.

• 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.

• 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.

• 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

• 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

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.

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.

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 802.3.

• 10GBASE-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).

• 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.

• 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

Стандартные сегменты 10Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae и IEEE 802.3an)

• 10GBASE-SR ─ многомодовый оптоволоконный кабель с длиной до 33-82-300 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).