Сети Gigabit Ethernet

В этих сетях используются те же самые, что и в Fast Ethernet, форматы кадра, методы доступа к среде передачи данных, и те же методы управления потоком. Несмотря на это сети Gigabit Ethernet (GE) отличны от сетей FE, сильнее, чем FE от классического Ethernet. Сети Gigabit Ethernet требуют гораздо более качественной проводки, в результате они менее универсальны.

Спецификация Gigabit Ethernet изначально предусматривала 3 среды передачи данных:

1. 1000-Base-LX – это одно- и многомодовые оптические кабели с длинноволновыми лазерами, предназначенные для длинных магистралей между зданиями и их комплексами (550м для многомодового и 5 км для одномодового).

2. 1000-Base-SX – это многомодовый оптоволоконный кабель с коротковолновым лазером, предназначенный для коротких магистралей – максимальная длина – 220 – 500м в зависимости от диаметра стекловолокна.

3. 1000-Base- CX – это экранированный медный кабель с волновым сопротивлением 150 ОМ, предназначенный для соединения оборудования в сервисных помещениях. Максимальная длина кабеля – 25м.

Позднее была принята специализация 1000-Base-T – это четырёхпарная витая пара пятой категории с максимальной длиной 100м (не экранированная).

При определении стандартов физической среды Gigabit Ethernet за основу был принят стандарт Fiber Channel, определяющий скорость передачи данных не многим более 1 Гб. В спецификации Gigabit Ethernet эта скорость была увеличена до 1,25Гб, что, с учётом кодирования по схеме 8В/10В, даёт скорость передачи данных в 1Гбит/с. Планировавшаяся дата принятия стандарта Gigabit Ethernet была перенесена на более поздний срок, в связи с обнаружением проблем дифференциальной задержки, которая проявляется при определённой комбинации лазеров (излучателей) и низкокачественного многомодового оптоволокна. Эта проблема не свойственна менее скоростным технологиям. Эффект дифференциальной задержки заключается в том, что один излучаемый лазером световой импульс возбуждает несколько мод, или путей распределения, в многомодовом волокне, которые могут иметь различные длины и задержки, в результате чего при распределении по оптоволокну, отдельный импульс может разделиться на несколько импульсов, а последующие импульсы могут накладываться друг на друга и восстановить передаваемые данные будет невозможно. Для решения этой проблемы световой сигнал источника формируется определённым образом с равным распределением света от лазера по диаметру стекловолокна.

Один из самых важных вопросов при разработке Gigabit Ethernet – сохранение максимального диаметра сети. При переходе от сети Ethernet к Fast Ethernet сохранение минимального размера кадра вызвало снижение диаметра сети с 2-х км до 200 м. Сохранение всех отличительных особенностей Ethernet, а именно минимального размера кадра, время обнаружения коллизий и метода доступа CSMACD, привело бы к сокращению сети до 20м. Поэтому для сохранения диаметра сети до 100 метров было предложено увеличить время обнаружения коллизий. Это решение – расширение несущей, и заключается в том, что если сетевым оборудованием передастся кадр длиной менее 512 байт, то вслед за ними передадутся биты расширения несущей. Если за время передачи кадра и расширения несущей отправитель зафиксирует коллизию, то он прекращает передачу кадра и отправляет сигнал о возникшей коллизии. Если все станции сети передают кадры наименьшего размера, равного 64 битам, то реальная пропускная способность составит всего 125 Мбит/с, т.е. 12,5% от номинальной. При размере кадра от 200 до 500 байт пропускная способность будет составлять 300 – 400 Мбит/с.

С целью дальнейшего увеличения эффективности Gigabit Ethernet, был предложен метод пакетной передачи, в соответствии с которым накапливаются малые кадры и отправляются потом вместе. Исследования кампании AMD показали, что сеть Gigabit Ethernet в полудуплексной форме при полной нагрузке сети позволит достичь пропускной способности в 720 Мбит/с. Тем не менее нововведения – пакетные передачи данных и расширение несущей – показывают, что CSMA/CD является устаревшим, в то же время это необходимо в полудуплексной топологии. В дуплексной топологии реальная пропускная способность может быть близка к теоретическому максимуму.

Один из способов обхождения ограничений, связанных с расширением несущей – применение буферных распределителей (БР). Буферный распределитель – устройство, которое передаёт поступивший кадр на все свои порты и способное принимать несколько кадров на нескольких портах одновременно. При этом все поступающие кадры помещаются в буферы. Все порты БР работают в дуплексном режиме. При заполнении буфера, БР использует механизмы контроля потоков для информирования передающего узла о необходимости перенести эту передачу. Такой подход позволяет достичь близкую к номинальной пропускную способность в разделенных сегментах Gigabit Ethernet.