Лекция 11

Gigabit Ethernet

Gigabit Ethernet был разработан как следующее поколение сети Ethernet. Его быстродействие составляет 1 Гбит/с или 1000 Мбит/с, что в десять раз быстрее, чем скорость работы Fast Ethernet.

Gigabit Ethernet, подобно Fast Ethernet, реализует такой же формат кадра, размер кадра и метод управления доступом к среде передачи данных.

Fast Ethernet потеснил позиции FDDI как доминирующего 100 Мбит/с сетевого решения по причине того, что он не требует от администратора сети использования для магистрали другого протокола. Таким же образом Gigabit Ethernet позволяет администратору отказаться от применения для своей магистрали иного протокола, подобного ATM.

В большинстве случаев возможно модернизировать магистраль Fast Ethernet до Gigabit Ethernet без полной замены концентраторов, коммутаторов и кабеля. Однако, это не означает,

что не потребуется некоторая модернизация сетевого оборудования. Для концентраторов и коммутаторов понадобятся модули, поддерживающие новый протокол, и оборудование для тестирования и диагностики.

Архитектура Gigabit Ethernet

Подобно Ethernet первых поколений и Fast Ethernet стандарт Gigabit Ethernet содержит элементы Физического и Канального уровней. Канальный уровень состоит из подуровней управления логической связью (LLCLogical Link Control) и управления доступом к среде (MAC),

которые являются общими для всех протоколов IEEE 802. Подуровень LLC идентичен для всех стандартов Ethernet, его использующих, в соответствии с требованиями документа IEEE 802.2.

Лежащий в основе подуровня MAC механизм CSMA/CD, концептуально тот же самый, что и в сети обычного Ethernet или Fast Ethernet, но с небольшими отклонениями в способе реализации.

Метод доступа CSMA/CD

В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных, называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply- access with collision detection, CSMA/CD).

Этот метод используется исключительно в сетях с общей шиной (к которым относятся и радиосети). Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Говорят, что кабель, к которому подключены все станции, работает в режиме коллективного доступа (multiplyaccess,MA).

Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальным адресом станции назначения. Затем кадр передается по кабелю. Все станции, подключенные к кабелю, могут распознать факт передачи кадра, и та станция, которая узнает собственный адрес в заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер,

обрабатывает полученные данные и посылает по кабелю кадр-ответ. Адрес станции-источника также включен в исходный кадр, поэтому станция-получатель знает, кому нужно послать ответ.

Интерфейс Gigabit MLL

В спецификациях Gigabit Ethernet интерфейс между Канальным и Физическим уровнями называется интерфейсом Gigabit, независимым от среды передачи (GMII, Gigabit Media

Independent Interface), он позволяет любому стандарту Физического уровня взаимодействовать с подуровнями MAC и LLC.

GMII - это расширение интерфейса, независимого от среды передачи (MLL), введенного в

Fast Ethernet, которое поддерживает скорости передачи в 10, 100 и 1000 Мбит/с и имеет раздельные 8-разрядные тракты для передачи и приема данных при полнодуплексном обмене данными.

GMII также определяет два сигнала, которые могут быть прочитаны подуровнем MAC,

осуществляющие функции контроля несущей (carrier sense) и обнаружения коллизий (collision detect). Один из сигналов опрашивает линию на предмет наличия несущей, а другой информирует о текущих коллизиях. Эти сигналы передаются Канальному уровню посредством согласующего подуровня, расположенного между GMII и подуровнем MAC.

GMII функционально разбит на три своих собственных подуровня:

1.Подуровень кодирования сигналов физической среды.

2.Подуровень соединения с физической средой.

3.Подуровень, зависящий от физической среды передачи данных.

Подуровень кодирования сигналов физической среды

(PCS, Physical Coding Sublayer) отвечает за кодирование и декодирование сигналов,

передаваемых между ним и подуровнем соединения с физической средой передачи, используют схему кодирования 8В/10В, которая была заимствована из стандартов ANSI Fibre Channel. В этой системе каждый 8-разрядный символ данных представлен 10-разрядным кодом. Некоторые коды являются символами управления, подобными используемым МАС-механизмом расширения несущей.

PCS также вырабатывает сигналы контроля несущей и обнаружения коллизий и отвечает за управление процессом автоматического согласования, активируемого для определения скорости, с

которой должна работать плата сетевого адаптера (10, 100, 1000 Мбит/с), и режима работы

(полудуплексный или полнодуплексный).

Подуровень соединения с физической средой

(РМА, Physical Medium Attachment) отвечает за преобразование кодовых групп,

генерируемых PCS в непрерывную последовательность, которая может быть передана по сетевой среде, и преобразование потока последовательных бит, поступающего из сети, в кодовые группы для использования вышележащими уровнями.

Подуровень, зависящий от физической среды передачи данных

(PMD, Physical Medium-Dependent), обеспечивает интерфейс между кодированными сигналами,

генерируемыми PCS, и физической сетевой средой передачи данных. Это - место, где формируются реальные оптические и электрические сигналы, передаваемые через физическую среду, и откуда они направляются в кабель через интерфейс, зависящий от среды передачи.

Оптоволоконные кабели

Оптоволоконный (волоконно-оптический) кабель – это принципиально иной тип кабеля по сравнению с электрическим или медным кабелем.

Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент – это прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением.

Структура оптоволоконного кабеля

Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на структуру коаксиального электрического кабеля. Только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое

(диаметром около 1 – 10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции – стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна. В данном случае речь идет о режиме так называемого полного внутреннего отражения света от границы двух веществ с разными коэффициентами преломления (у стеклянной оболочки коэффициент преломления значительно ниже, чем у центрального волокна). Металлическая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование от внешних электромагнитных помех здесь не требуется. Однако иногда ее все-таки применяют для механической защиты от окружающей среды

(такой кабель иногда называют броневым, он может объединять под одной оболочкой несколько оптоволоконных кабелей).

Существуют два различных типа оптоволоконного кабеля:

многомодовый или мультимодовый кабель, более дешевый, но менее качественный;

одномодовый кабель, более дорогой, но имеет лучшие характеристики по сравнению с

первым.

Суть различия между этими двумя типами сводится к разным режимам прохождения световых лучей в кабеле.

Распространение света в одномодовом кабеле

Распространение света в многомодовом кабеле