Тема 2.2. Ethernet. Стандарти.

План.

1. Стандартний Ethernet.

2. Fast Ethernet.

3. Gigabit Ethernet.

4. 10 Gigabit Ethernet.

2.1. Варіанти з швидкістю до 10Мбіт/с.

Варіанти Ethernet зі швидкістю передачі 10 Mbit/s описуються стандартом IEEE 802.3.

10 Base 5 - "Класичний" варіант, синоніми Thick (товстий) Ethernet, Thick Net, Yellow Ethernet (жовтий кабель), Standard Ethernet. Використовується товстий коаксіальний кабель RG-8 з посрібленою центральною жилою, подвійним екраном, опором - 50 Ом, малим затуханням.

топологія - шина, Т-подібні відгалуженя кабеля не допускаються, максимальна довжина - 500м

на кінцях сегмента - 50омні термінатори, які підключають по рискахна кабелі (2.5 м)

• максимальна кількість підключень - 100

• максимальна довжина трансіверного кабеля - 50 м

• багатопортовий трансівер зменшує довжину на 10 м

• повторювачі використовують по правилу 5 - 4 - 3 (5 сегментів, 4 повторювачі, 3 заселених сегменти)

• максимальна кількість вузлів - 1024

• напруга гальванічної розв'язки трансівера та адаптера - 1-5 кВ

• потребує заземлення кабеля

10 Base 2 - полегшений варіант Ethernet на тонкому коаксіалі. Синоніми : Thin (отнкий) Ethernet, Thin Net, CheaperNet (дешева мережа).

• кабель RG-58 з опором 50 Ом з середнім затуханням

• довжина кабельного сегмента - 185(300) м, відгалуження недопустимі

• відстань між точками підключення - 0.5 м

• максимальна кількість точок підключення - 30

• використання повторювачів по правилу 5 - 4 - 3

• максимальна кількість вузлів - 1024

• допустима напруга гальванічної розв'язки - 100-150 В

• потребує заземлення кабеля

• Адаптери мають влаштований трансівер з Т-BNC конектором.

• 10 Base T - Ethernet на скрученій парі, kat не менше 3, використовується 2 пари проводів.

• топологія - зірка, в центрі концентратор або комутатор

• можливе двохточкове з'єднання пари вузлів

• роз'єм RJ-45, або RJ-41(Telco)

• мінімальна довжина каебля - 2.5 м

• максимальна довжина каебля - 100 м

• затухання - до 11.5 дБ

• затримка - 1 мкс

• імпеданс кабеля - 85-150 Ом

• використовується заземленне обладнання

• кількість вузлів в сегменті - 1024

• повторювачі з'єднуються по правилу 4-х концентраторів і між любими двома вузлами не може бути більше 4-х концентраторів

• може використовуватися Full duplex

Адаптери мають влаштований трансівер з T/BNC коннектором.

10BaseT – Ethernet на витій парі категорії не менше 3, використовує дві пари проводів.

• Топологія – зірка, в центрі якої знаходиться концентратор (hub) або комутатор (switch);

• Роз’єм RJ-45 або RJ-21(Telco);

• Мінімальна довжина кабеля 2.5м;

• Максимальна довжина кабеля – 100м;

• Затухання сигналу – до 11,5дБ на 100м;

• Затримка – 1мкс;

• Імпеданс кабеля - 85-150 Ом;

• Використовується заземлене обладнання;

• Максимальна кількість вузлів в сегменті – 1024;

• Повторювачі з’єднуються по правилу 4-х концентраторів , згідно якого між любими двома вузлами в мережі не може бути більше чотирьох концентраторів;

• Може використовуватися Full-duplex режим доступу.

Кількість вузлів в сегменті — до 1024, велике число вузлів досягається використанням багатопортових повторювачів і їх каскадного з'єднання. Правило «5-4-3» трансформується в «правило 4 хабів»: між будь-якими двома вузлами не винне бути більше 4 хабів.

Розділення ланцюгів прийому і передачі дозволяє реалізувати повнодуплексний режим (full duplex mode) обміну даними між двома вузлами: одночасний прийом і передачу. На відміну від звичайного (напівдуплексного) режиму, в повнодуплексному колізій не існує. Проте цей режим вже не може використовувати середовище передачі, що розділяється, для нього необхідне використання комутаторів (повнодуплексний зв'язок можна встановити і при безпосередньому двоточковому з'єднанні кінцевих систем). В повнодуплексному режимі необхідно використовувати низку спеціальних заходів для захисту від перевантаження приймаючого буфера

10BaseF i Foirl – декілька варіантів з’єднань на волоконно-оптичному кабелі. Базова топологія – зірка з центром на комутаторі або концентраторі.

Протокол Foirl (Fiber Optic Inter Repeater Link) - призначений для зв’язування портів повторювачів і станцій з AUI – портами.

Розрізняють наступні підвиди мережі:

• 10BaseFP - з’єднує до 33 станцій на відстань до 500 м.

• 10BaseFB – 12-15(30) повторювачів (обхід правила 4-х хабів), довжина обмежена часом обходу сигналу (25,6 мкс), але не більше 5 км.

2.2.Fast Ethernet.

Варіанти Fast Ethernet із швидкістю передачі даних 100 Мбіт/с описуються стандартом IEEE 802.3u — додатковими розділами 802.3, прийнятими в 1995 році. Вони засновані на тому ж методі доступу CSMA/CD із збереженням форматів кадрів. При цьому всі співвідношення, зміряні в бітових інтервалах, зберігаються. Оскільки тривалість бітового інтервалу скоротилася в 10 разів (до 10 нс), максимально допустимий час проходження між двома вузлами скоротився до 2,6 мкс, що привело до посилення топологічних обмежень. Всі різновиди використовують зіркоподібну топологію з активним пристроєм в центрі, можливе і безпосереднє з'єднання пари станцій.

Стандарт 802.3u спирається на ті ж рівні MAC і LLC, які були визначені в початковому 802.3; зміни торкаються фізичного рівня. Фізичний рівень є тришаровим:

• reconciliation sublayer — рівень узгодження з МАС-рівнем 802.3, орієнтованим на АUI інтерфейс ;

• МІІ (Media Independent Interface) — електричний інтерфейс, незалежний від середовища передачі. Є специфікацією сигналів ТТЛ-рівня, використовує 40-контактний штирьковий роз'єм. По ідеї він нагадує інтерфейс AUI, але розташовується на іншому рівні. Довжина кабелю МІІ не повинна перевищувати 0,5 м. Наявність доступного інтерфейсу МІІ не є обов'язковою.

• PHY (Physical layer device) — пристрій фізичного рівня, прив'язаний до конкретного середовища передачі (100BaseTX, 100BaseFX або 100BaseT4).

Пристрій фізичного рівня виконує логічне кодування — перетворення 4В/5В або 6В/8Т, фізичне кодування і приєднання до середовища передачі, і необов'язково — автоматичне узгодження режимів передачі. Фізичний рівень в 100BaseTX і 100BaseFX взятий з технології FDDІ, в 100BascT4 застосована оригінальна розробка.

Мережі даного типу відповідають стандарту 802.3u.

100BaseTX – найбільш популярний стандарт. Використовує 2 пари провідників в кабелі 5 категорії (кручена пара) Роз’єми як у 10BaseTx. Може працювати як у повно так і пів дуплексному режимах. Логічне кодування 4В/5В, фізичне - MLT-3.

100BaseT4 – використовує 4 пари провідників кабелю категорії не менше 3. Кодування 8В/3Т. Смуга пропускання знижена для відповідності 3-й категорії і дорівнює 16МГц. Перехресний кабель (crossover) створюється з використанням наступної розкладки :

БО О БЗ С БС З БК К

БЗ З БО БК К О С БС

100BaseFX – версія для оптоволоконного кабелю з довжиною хвилі 1300нм. Логічне кодування 4В/5В, фізичне NRZI. Максимальна дальність прокладки при пів дуплексному режимі - 412м, при повно дуплексному режимі передачі даних для одномодового оптоволокна – 32 км, для багатоходового оптоволокна - 2км.

Також існують і інші стандарти.

Центральним пристроєм може бути повторювач або комутатор, які поділяють на 2 класи:

І клас – транслюючий повторювач, підтримує різні схеми кодування. Затримка до 140bt.

ІІ клас – прозорий , підтримує тільки одну із схем кодування – технологію 100BaseTX або 100BaseT4. Затримка 928bt.

Діаметр домену колізій не повинен перевищувати 205м, в одному домені колізій не може бути більше 2х повторювачів класу ІІ та одного – класу І. Повторювані з’єднуються кабелем довжиною до 5м.

2.3. Gigabit Ethernet.

Описується стандартом 802.3z. Швидкість передачі 1000Мбіт/с. Максимальний розмір домену колізій - 200м. Характерним є використання повно дуплексного режиму передачі даних.

Кодування логічне 8В/10В. Використовують швидкості від 800Мбіт/с до 1Гбіт/с при тактовій частоті до 1,25ГГц.

1000BaseSX – оптичний, на хвилі довжиною 850нм з лазерним пере датчиком для зв’язку по багатомодовому оптоволокну.

Відстань	Кабель	Частота, МГц/км
2-220м	62,5/125	160
2-250м	62,5/125	200
2-550м	50/125	500

1000BaseLX – оптоволокно. Довжина хвилі 1310нм з лазерним пере датчиком. Для зв’язку на великі відстані.

Відстань	Кабель	Частота, МГц/км
2-550м	62,5/125	500
2-550м	50/125	400-500
2-5000м	9/125

1000BaseLH - оптоволокно з довжиною хвилі 1310 нм. Для зв’язку на над великі відстані.

Відстань	Кабель	Частота, МГц/км
1-49км	9/125	-
50-100км	9/125	-

1000BaseT – на крученій парі категорій 5е, 6,7 при відстані передавання до 100м і в повно дуплексному режимі передачі.

Короткі характеристики стандартів.

Назва		Відстань
1000BASE-CX	Збалансований мідний кабель	25 метрів
1000BASE-LX	багатомодове волокно	550 метрів
1000BASE-LX	Одномодове волокно	5 км
1000BASE-SX	Багатомодове волокно використовується 850 nm довжина хвилі	550 метрів
1000BASE-LH	Одномодове або Багатомодове волокно використовується 1310 nm довжина хвилі	10 км
1000BASE-ZX	Одномодове волокно на 1550 nm довжина хвилі	~ 70 км
1000BASE-LX10	Одномодове волокно використовується 1310 nm довжина хвилі	10 км
1000BASE-BX10	Одномодове волокно, по single-strand fiber: 1490 nm прямий канал 1310 nm зворотній канал	10 км
1000BASE-T	Вита пара (CAT-5, CAT-5e, CAT-6, or CAT-7)	100 метрів
1000BASE-TX	Вита пара (CAT-6, CAT-7)	100 метрів

2.4 10 Gigabit Ethernet

Описується стандартом IEEE802.3ae. Підтримує формат кадрів 802.3 .Використовується з багатомодовим(50мкм) оптоволокном при довжині хвилі 850нм на малих відстанях до 65м, та одномодовим оптоволокном (9мкм) та довжиною хвилі 1550нм на відстанях до 40 км.

10GBASE-CX4 — Технологія 10 Гігабіт Ethernet для коротких відстаней (до 15 метрів), використовується мідний кабель CX4 и конектори InfiniBand.

10GBASE-SR — Технологія 10 Гігабіт Ethernet для коротких відстаней (до 26 або 82 метрів, в залежності від типу кабелю), використовується багатомодове оптоволокно. Він також підтримує відстані до 300 метрів з використовуванням нового багатомодового оптоволокна (2000 МГц/км).

10GBASE-LX4 —використовує ущільнення по довжині хвилі для підтримки відстаней від 240 до 300 метрів по багатомодовому оптоволокну. Також підтримує відстані до 10 кілометрів при використовуванні одномодового оптоволокна.

10GBASE-LR и 10GBASE-ER — ці стандарти підтримують відстані до 10 і 40 кілометрів відповідно.

10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW — Ці стандарти використовують фізичний інтерфейс, сумісний по швидкості і формату даних з інтерфейсом OC-192 / STM-64 SONET . Вони подібні стандартам 10GBASE-SR, 10GBASE-LR і 10GBASE-ER відповідно, оскільки використовують ті ж самі типи кабелів і відстані передачі.

10GBASE-T — Використовує неекрановану виту пару.

2.5 40/100 Gigabit Ethernet

40 Gigabit Ethernet або 40GbE, а також 100 Gigabit Ethernet, або 100GbE - стандарти Ethernet, що розроблялися IEEE P802.3ba Ethernet Task Force з початку листопада 2007, та були остаточно прийняті в червні 2010. і стандарти підтримують передачу Ethernet пакетів на швидкості 40 та 100 Гбіт/с крізь декілька окремих 10 Гбіт/с або 25 Гбіт/с ліній. До цього моменту найбільш швидкісним стандартом був 10 Gigabit Ethernet.

40/100 Gigabit Ethernet містить в собі багато різних стандартів фізичного рівня (PHY). Мережеві пристрої можуть підтримувати багато різних типів PHY за допомогою замінюваних модулей PHY. Оптичні модулі на стандартизовані у 802.3, але мають дотримуватись певних специфікацій (MSAs). Одним із стандартизованих модулей 40 та 100 Gigabit Ethernet є CFP MSA, що призначений для відстаней від 100 метрів. QSFP та CXP модулі працюють на більш короткі відстані.

Відповідно до стандарту підтримується тільки двонаправлений (full-duplex) режим роботи. Інші вимоги:

• Збереження формату кадрів Ethernet відповідно до 802.3 та використання 802.3 MAC-адрес

• Збереження мінімального та максимального розміру кадру (FrameSize) згідно з існуючим стандартом 802.3

• Допустимий рівень bit error ratio (BER) не має перевищувати 10 ^{− 12} на інтерфейсі MAC/PLS

• Підтримка Оптичного транспорту (OTN)

• Підтримка MAC на швидкості 40 та 100 Гбіт/с

• Забезпечити на фізичному рівні (PHY) роботу з одномодовим оптичним волокном (SMF), OM3 багатомодовим оптичним волокном (MMF), мідним з'єднувальним або backplane кабелем.

Стандартизовані наступні PHY:

PHY	40 Gigabit Ethernet	100 Gigabit Ethernet
до 1 м, стек	40GBASE-KR4
до 10 м мідний з_эднувальний кабель	40GBASE-CR4	100GBASE-CR10
до 100 м, OM3 MMF	40GBASE-SR4	100GBASE-SR10
до 125 ,r OM4 MMF	40GBASE-SR4	100GBASE-SR10
до 10 км, SMF	40GBASE-LR4	100GBASE-LR4
до 40 км, SMF		100GBASE-ER4

Обмеження 100 м OM3 стосується стандартів з використанням паралельного стрічкового оптичного кабелю та довжини хвилі 850 нм, що базуються на 10GBASE-SR 40GBASE-SR4 та 100GBASE-SR10). 4 лінії 10GBASE-KR довжиною до 10 м лінії використовуются в 40GBASE-KR4. При використанні мідного кабелю довжина обмежена до 10 м, а в самому кабелі містяться 4 або 10 диференціальні лінії SFF-8642 з SFF-8436 з'єднувачами. Стандарти 10 та 40 км 100G використовують 4 довжини хвилі (в районі 1310 нм) з ємністю 25G кожна (100GBASE-LR4 та 100GBASE-ER4), 10 км 40G використовують 4 довжини хвилі (в районі 1310 нм) з ємністю 10G кожна (40GBASE-LR4).