Глава 2.6. Gigabit И 10Gigabit Ethernet

В 1995 году более высокий уровень скорости могли предоставить только коммутаторы технологии АТМ, но она на то время еще не использовалась в локальных сетях, в частности из-за своей очень высокой стоимости.

Поэтому логичным выглядел следующий шаг, сделанный IEEE, - через 5 месяцев после окончательного принятия стандарта Fast Ethernet в июне 1995 года исследовательской группе по изучению высокоскоростных технологий IEEE было предписано заняться рассмотрением возможности разработки стандарта Ethernet с еще более высокой битовой скоростью.

Летом 1996 года было объявлено о создании группы 802.3z для разработки протокола Gigabit Ethernet, максимально подобного Ethernet, но с битовой скоростью 1000 Мбит/с (рис. 2.34).

Рис. 2.34.

Как и в стандарте Fast Ethernet, в Gigabit Ethernet не существует универсальной схемы кодирования сигнала, для стандартов 1000Base-LX/SX/CX используется кодирование 8B/10B, для стандарта 1000Base-T используется специальный расширенный линейный код TX/T2. Функцию кодирования выполняет подуровень кодирования PCS, размещенный ниже среданезависимого интерфейса GMII.

Среданезависимый интерфейс GMII (gigabit media independent interface) обеспечивает взаимодействие между уровнем MAC и физическим уровнем. GMII интерфейс является расширением интерфейса MII и может поддерживать скорости 10, 100 и 1000 Мбит/с. Он имеет отдельные 8 битные приемник и передатчик, и может поддерживать как полудуплексный, так и дуплексный режимы. Кроме этого, GMII интерфейс несет один сигнал, обеспечивающий синхронизацию (clock signal), и два сигнала состояния линии - первый (в состоянии ON) указывает наличие несущей, а второй (в состоянии ON) говорит об отсутствии коллизий - и еще несколько других сигнальных каналов и питание. Трансиверный модуль, охватывающий физический уровень и обеспечивающий один из физических средазависимых интерфейсов, может подключать например к коммутатору Gigabit Ethernet посредством GMII интерфейса.

Подуровень физического кодирования PCS. При подключении интерфейсов группы 1000Base-X, подуровень PCS использует блочное избыточное кодирование 8B10B, заимствованное из стандарта ANSI X3T11 Fibre Channel. Аналогичного рассмотренному стандарту FDDI, только на основе более сложной кодовой таблицы каждые 8 входных битов, предназначенных для передачи на удаленный узел, преобразовываются в 10 битные символы (code groups). Кроме этого в выходном последовательном потоке присутствуют специальные контрольные 10 битные символы. Примером контрольных символов могут служить символы, используемые для расширения носителя (дополняют кадр Gigabit Ethernet до его минимально размера 512 байт). При подключении интерфейса 1000Base-T, подуровень PCS осуществляет специальное помехоустойчивое кодирование, для обеспечения передачи по витой паре UTP Cat.5 на расстояние до 100 метров - линейный код TX/T2, разработанный компанией Level One Communications.

Два сигнала состояния линии - сигнал наличие несущей и сигнал отсутствие коллизий - генерируются этим подуровнем.

Подуровни PMA и PMD. Физический уровень Gigabit Ethernet использует несколько интерфейсов, включая традиционную витую пару категории 5, а также многомодовое и одномодовое волокно. Подуровень PMA преобразует параллельный поток символов от PCS в последовательный поток, а также выполняет обратное преобразование (распараллеливание) входящего последовательного потока от PMD. Подуровень PMD определяет оптические/электрические характеристики физических сигналов для разных сред.

MDI – интерфейс, зависящий от среды определяет тип разъема (RJ-45 для витой пары; Duplex SC – для оптического волокна)

Всего определяются 4 различный типа физических интерфейса среды (рис. 2.35), которые отражены в спецификация стандарта 802.3z (1000Base-X) и 802.3ab (1000Base-T). 1000Base-T - это стандартный интерфейс Gigabit Ethernet передачи по неэкранированной витой паре категории 5 и выше на расстояния до 100 метров. Для передачи используются все четыре пары медного кабеля, скорость передачи по одной паре 250 Мбит/c. Стандарт обеспечивает дуплексную передачу, причем данные по каждой паре будут передаваться одновременно сразу в двух направлениях - двойной дуплекс (dual duplex).

Рис. 2.35.

1000Base-SX определяет лазеры с допустимой длиной излучения в пределах диапазона 770-860 нм, мощность излучения передатчика в пределах от -10 до 0 дБм, при отношении ON/OFF (сигнал / нет сигнала) не меньше 9 дБ. Чувствительность приемника -17 дБм, насыщение приемника 0 дБм;
1000Base-LX - лазеры с допустимой длиной излучения в пределах диапазона 1270-1355 нм, мощность излучения передатчика в пределах от -13,5 до -3 дБм, при отношении ON/OFF (есть сигнал / нет сигнала) не меньше 9 дБ. Чувствительность приемника -19 дБм, насыщение приемника -3 дБм;
1000Base-CX экранированная витая пара (STP "twinax") на короткие расстояния.

При проектировании Gigabit Ethernet ориентировались на существующие многомодовые оптические кабели (MMF 50/125, 62.5/125), но в ходе исследования была выявления аналогия использования лазерных источников совместно с MMF, т.е. некогерентное излучение от обычных светодиодов попадает в оптическое волокно по всей площади сердцевины кабеля. В результате возбуждается огромное число модовых групп, которые хорошо поддаются описанию средствами межмодовой дисперсии. Но светодиоды обеспечивают максимальную скорость, равную около 622 Мбит/с, на высоких скоростях они не могут обеспечивать приемлемую длительность импульса, и технология Gigabit Ethernet стала первым стандартом, регламентирующим использование лазерных источников.

Площадь ввода излучения от лазера значительно меньше, чем площадь сердцевины, а MMF-кабель, в силу особенностей технологического процесса производства, допускает наличие некритичных для традиционного использования неоднородностей коэффициента преломления, сосредоточенных вдоль оптической оси кабеля. Хотя такое многомодовое волокно полностью удовлетворяет требованиям стандарта, когерентный свет от лазера, проходя через область неоднородности, способен расщепить на небольшое количество мод, которые распространяются по оптическому кабелю с различной скоростью и различными путями (рис.2.36). Это приводит к явлению дифференцированию модовой задержки (DMD), в следствие чего на приемной стороне появляется нежелательная интерференция этих мод и растет количество ошибок.

Рис. 2.36.

Эффект DMD проявляется только при одновременном стечении ряда обстоятельств:

1. Менее удачное волокно, хотя удовлетворяет всем требованиям;

2. Менее удачный передатчик;

3. Менее удачный ввод сигнала.

Для исключения эффекта DMD был предложен вариант ввода сигнала со смещением на 10-15 микрон относительно оси.

Максимальные расстояния для стандарта Gigabit Ethernet приведены в таблице 2.1.

Табл. 2.1

Base-T

При построении сети на основе технологии Ethernet с использованием стандарта 1000Base-T проектировщиками используется UTP-кабель 5 категории. Используется кодирование PAM-5, которое позволяет управлять пятью уровнями и в каждом импульсе передавать пару бит. Основное отличие технологии Gigabit Ethernet заключается в модификации уровня MAC. В технологии Ethernet был принят минимальный размер кадра, равный 64 байтам, именно этот размер определил максимально допустимое расстояние между станциями, или доменами коллизии.

Время, в течении которого станция передает такой кадр, составляет 51,2 мкс. При переходе к стандарту Fast Ethernet скорость передачи увеличивается в 10 раз, и время трансляции кадра в 64 байта составляет около 5,12 мкс. В результате диаметр домена коллизии равен 200 м.

При переходе к Gigabit Ethernet время передачи кадра в 64 байта было бы равным 0,512 мкс. и диаметр домена коллизии составлял бы 20 м., что совсем не так с точки зрения практического использования. Но для обеспечения преемственности стандарта Gigabit Ethernet было принято решение увеличить время канала и обеспечить совместимость с Ethernet и Fast Ethernet путем добавления к кадру поля расширения носителя (рис.2.37) и сохранения диаметра, равного 200 м.

Рис. 2.37.

Компания NBaseCom предложила модернизацию – пакетную перегруженность, которая позволяет эффективно использовать поле расширения носителя (446 байт), и при наличии у отправителя нескольких небольших кадров они вставляются в поле расширения носителя и передаются получателю. Для обеспечения совместимости оборудование сети должно поддерживать технологию прорыва пакетов.

Дата добавления: 2015-07-07