Развитие технологии Ethernet Fast Ethernet и Gigabit Ethernet

Содержание

Слайд 2

Развитие технологии Ethernet. Введение Потребность в высокоскоростной и в то же

Развитие технологии Ethernet. Введение

Потребность 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.
Слайд 3

В результате исследований специалисты разделились на два лагеря, что привело к

В результате исследований специалисты разделились на два лагеря, что привело к

появлению двух новых технологий:
Fast Ethernet
100VG-AnyLAN
Они отличаются степенью преемственности с классической технологией Ethernet.
Слайд 4

Fast Ethernet

Fast Ethernet

Слайд 5

Появление Fast Ethernet Fast Ethernet Alliance (SynOptics, 3Com и др.) -

Появление Fast Ethernet

Fast Ethernet Alliance (SynOptics, 3Com и др.) - разработка

стандарта новой технологии, максимально схожей с Ethernet.
Hewlett-Packard и AT&T
Комитет 802 института IEEE – исследовательская группа для изучения технического потенциала новых высокоскоростных технологий.
Слайд 6

Осень 1995 года: Комитет 802.3 принял в качестве стандарта 802.3u спецификацию

Осень 1995 года:
Комитет 802.3 принял в качестве стандарта 802.3u спецификацию Fast

Ethernet, почти полностью повторяющий технологию Ethernet 10 Mбит/с.
Специально созданный комитет 802.12 утвердил стандарт технологии 100VG-AnyLAN, которая сохраняла формат кадра Ethernet, но существенно изменяла метод доступа.
Слайд 7

Fast Ethernet Физический уровень технологии

Fast Ethernet

Физический уровень технологии

Слайд 8

Отличия технологии Fast Ethernet от Ethernet

Отличия технологии Fast Ethernet от Ethernet

Слайд 9

Физический уровень технологии Fast Ethernet Более сложная структура физического уровня технологии

Физический уровень технологии Fast Ethernet

Более сложная структура физического уровня технологии Fast

Ethernet вызвана использованием в ней трех вариантов кабельных систем:
волоконно-оптический многомодовый кабель, используются два волокна
витая пара категории 5, используются две пары
витая пара категории 3, используются четыре пары
Слайд 10

Основным отличием конфигураций сетей Fast Ethernet является сокращение диаметра сети примерно

Основным отличием конфигураций сетей Fast Ethernet является сокращение диаметра сети примерно

до 200 м.
При создании магистралей локальных сетей большой протяженности технология Fast Ethernet применяется в полнодуплексном варианте, совместно с коммутаторами.
Слайд 11

Официальный стандарт 802.3u установил три различных спецификации для Fast Ethernet и

Официальный стандарт 802.3u установил три различных спецификации для Fast Ethernet и

дал им следующие названия:
100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 5 или экранированной витой паре STP Type 1
100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3, 4, 5
100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля, используются два волокна
Слайд 12

Структура физического уровня Fast Ethernet

Структура физического уровня Fast Ethernet

Слайд 13

Форматы кадров технологии Fast Ethernet не отличаются от форматов кадров технологий

Форматы кадров технологии Fast Ethernet не отличаются от форматов кадров технологий

10-мегабитной сети Ethernet.
Межкадровый интервал (IPG) равен 0,96 мкс, а битовый интервал - 10 нс.
Признаком свободного состояния среды является передача по ней символа Idle соответствующего избыточного кода.
Слайд 14

Физический уровень включает три элемента: уровень согласования (reconciliation sub layer) независимый

Физический уровень включает три элемента:
уровень согласования (reconciliation sub layer)
независимый от среды

интерфейс (Media Independent Interface, MII)
устройство физического уровня (Physical layer device, PHY)
Слайд 15

Уровень согласования нужен для того, чтобы уровень MAC, рассчитанный на интерфейс

Уровень согласования нужен для того, чтобы уровень MAC, рассчитанный на интерфейс

AUI, смог работать с физическим уровнем через интерфейс MII
Интерфейс MII поддерживает независимый от физической среды способ обмена данными между подуровнем MAC и подуровнем PHY
Разъем MII имеет 40 контактов, максимальная длина кабеля MII составляет 1 м. Сигналы, передаваемые по интерфейсу MII, имеют амплитуду 5 В.
Слайд 16

Устройство физического уровня (PHY) состоит из следующих подуровней: подуровня логического кодирования

Устройство физического уровня (PHY) состоит из следующих подуровней:
подуровня логического кодирования данных,

преобразующего поступающие от уровня MAC байты в символы кода 4B/5B или 8B/6T
подуровней физического присоединения и подуровня зависимости от физической среды (PMD)
подуровня автопереговоров
Слайд 17

Физический уровень 100Base-FX Определяет работу протокола Fast Ethernet по многомодовому оптоволокну

Физический уровень 100Base-FX

Определяет работу протокола Fast Ethernet по многомодовому оптоволокну в

полудуплексном и полнодуплексном режимах.
Используемый метод кодирования – 4B/5B.
Слайд 18

Спецификация 100Base-FX. Метод кодирования 4B/5B Каждые 4 бита данных подуровня MAC

Спецификация 100Base-FX. Метод кодирования 4B/5B

Каждые 4 бита данных подуровня MAC представляются

5 битами
Избыточный бит позволяет применить потенциальные коды при представлении каждого из пяти битов в виде электрических или оптических импульсов
Используемый метод физического кодирования – NRZI
Слайд 19

Спецификация 100Base-FX. Метод кодирования 4B/5B Для отделения кадров Ethernet от символов

Спецификация 100Base-FX. Метод кодирования 4B/5B

Для отделения кадров Ethernet от символов от

Idle используется комбинация символов Start Delimiter - пара символов J (11000) и K (10001) кода 4В/5В, а после завершения кадра перед первым символом Idle вставляется символ Т
Слайд 20

Физический уровень 100Base-TX В качестве среды передачи данных спецификация 100Base-TX (витая

Физический уровень 100Base-TX

В качестве среды передачи данных спецификация 100Base-TX (витая пара

UTP Cat 5 или STP Type 1, две пары) использует кабель UTP категории 5 или кабель STP Type 1
Максимальная длина кабеля в обоих случаях - 100 м
Используемый метод кодирования – 4B/5B
Слайд 21

Спецификация 100Base-TX Основные отличия от спецификации 100Base-FX: использование метода MLT-3 для

Спецификация 100Base-TX

Основные отличия от спецификации 100Base-FX:
использование метода MLT-3 для передачи сигналов

5-битовых порций кода 4В/5В по витой паре
наличие функции автопереговоров (Auto-negotiation) для выбора режима работы порта
Слайд 22

Схема автопереговоров Всего в настоящее время определено 5 различных режимов работы,

Схема автопереговоров

Всего в настоящее время определено 5 различных режимов работы, которые

могут поддерживать устройства 100Base-TX или 100Base-T4 на витых парах:
10Base-T - 2 пары категории 3
10Base-T full-duplex - 2 пары категории 3
100Base-TX - 2 пары категории 5 (или Type 1A STP)
100Base-T4 - 4 пары категории 3
100Base-TX full-duplex - 2 пары категории 5 (или Type 1A STP)
Слайд 23

Схема автопереговоров технологии 100Base-T Устройство, начавшее процесс автопереговоров, посылает своему партнеру

Схема автопереговоров технологии 100Base-T

Устройство, начавшее процесс автопереговоров, посылает своему партнеру пачку

специальных импульсов Fast Link Pulse burst (FLP).
Если узел-партнер поддерживает функцию автопереговоров и может поддержать предложенный режим, он отвечает пачкой импульсов FLP. Конец переговоров.
Если узел-партнер может поддержать менее приоритетный режим, то он указывает его в ответе. Выбор этого режима в качестве рабочего.
Слайд 24

Схема автопереговоров технологии 100Base-T Узел, который поддерживает только технологию 10Base-T, каждые

Схема автопереговоров технологии 100Base-T

Узел, который поддерживает только технологию 10Base-T, каждые 16

мс посылает манчестерские импульсы для проверки целостности линии
Узел, получивший в ответ на запрос FLP только импульсы проверки целостности линии, устанавливает этот режим работы и для себя
Слайд 25

Физический уровень 100Base-T4 В качестве среды передачи данных спецификация 100Base-T4 (витая

Физический уровень 100Base-T4

В качестве среды передачи данных спецификация 100Base-T4 (витая пара

UTP Cat 3, четыре пары) использует кабель UTP категории 3
Одновременно использует только три пары для передачи, а оставшуюся – для обнаружения коллизий
Используемый метод кодирования – 8B/6T
Слайд 26

Спецификация 100Base-T4. Метод кодирования 8B/6T Каждые 8 бит данных подуровня MAC

Спецификация 100Base-T4. Метод кодирования 8B/6T

Каждые 8 бит данных подуровня MAC кодируются

6-ю троичными цифрами (ternary symbols), каждая длительностью 40 нс
Передача 6-ти троичных цифр на одну из трех передающих витых пар
Общая скорость протокола 100Base-T4 составляет 100 Мбит/c (т.к. скорость по каждой передающей паре равна 33,3 Мбит/c )
Слайд 27

Соединение узлов по спецификации 100Base-T4

Соединение узлов по спецификации 100Base-T4

Слайд 28

Fast Ethernet Правила построения сегментов Fast Ethernet при наличии повторителей

Fast Ethernet

Правила построения сегментов Fast Ethernet при наличии повторителей

Слайд 29

Правила корректного построения сегментов сетей Fast Ethernet включают: ограничения на максимальную

Правила корректного построения сегментов сетей Fast Ethernet включают:
ограничения на максимальную длину

сегментов, соединяющих DTE с DTE
ограничения на максимальную длину сегментов, соединяющих DTE с портом повторителя
ограничения на максимальный диаметр сети
ограничения на максимальное число повторителей и максимальную длину сегмента, соединяющего повторители
Слайд 30

Ограничение длины сегментов DTE-DTE Устройства DTE вырабатывает новый кадр для разделяемого

Ограничение длины сегментов DTE-DTE

Устройства DTE вырабатывает новый кадр для разделяемого сегмента
В

типичной конфигурации сети Fast Ethernet несколько устройств DTE подключаются к портам повторителя, образуя сеть звездообразной топологии
Соединения DTE-DTE в разделяемых сегментах не встречаются, кроме как, для мостов/коммутаторов и маршрутизаторов
Слайд 31

Максимальные значения длины сегментов DTE-DTE в соответствие со спецификацией IEEE 802.3u:

Максимальные значения длины сегментов DTE-DTE в соответствие со спецификацией IEEE 802.3u:

Слайд 32

Ограничение сетей Fast Ethernet, построенных на повторителях Повторители Fast Ethernet делятся

Ограничение сетей Fast Ethernet, построенных на повторителях

Повторители Fast Ethernet делятся на

два класса:
повторителя класса I
повторители класса II
Слайд 33

Повторители класса I и класса II

Повторители класса I и класса II

Слайд 34

Параметры сетей на основе повторителей класса I:

Параметры сетей на основе повторителей класса I:

Слайд 35

Расчет времени двойного оборота сети Комитет 802.3 предоставляет данные об удвоенных

Расчет времени двойного оборота сети

Комитет 802.3 предоставляет данные об удвоенных задержках,

вносимых каждым элементом сети, не разделяя сегменты сети на левый, правый и промежуточный
Задержки, вносимые сетевыми адаптерами, учитывают преамбулы кадров, поэтому время двойного оборота нужно сравнивать с величиной 512 битовых интервала (bt)
Слайд 36

Время двойного оборота повторителя класса I Задержки, вносимые кабелем:

Время двойного оборота повторителя класса I

Задержки, вносимые кабелем:

Слайд 37

Время двойного оборота повторителя класса I Задержки, вносимые сетевыми адаптерами:

Время двойного оборота повторителя класса I

Задержки, вносимые сетевыми адаптерами:

Слайд 38

Пример. Расчет конфигурации сети, состоящей из одного повторителя и двух оптоволоконных

Пример.

Расчет конфигурации сети, состоящей из одного повторителя и двух оптоволоконных сегментов

длиной по 136 м:
каждый сегмент вносит задержку по 136 bt
пара сетевых адаптеров FX дает задержку в 100 bt
сам повторитель вносит задержку в 140 bt
Сумма задержек равна 512 bt, что говорит о том, что сеть корректна, но запас принят равным 0
Слайд 39

Fast Ethernet Выводы

Fast Ethernet

Выводы

Слайд 40

Область применения технологии Fast Ethernet Ключевые свойства технологии Fast Ethernet: большая

Область применения технологии Fast Ethernet

Ключевые свойства технологии Fast Ethernet:
большая степень преемственности

по отношению к 10-Мбитному Ethernet
высокая скорость передачи данных – 100 Мбит/c
возможность работать на основных типах кабельной проводки – UTP категории 3 и 5, STP Type 1, многомодовом оптоволокне
Слайд 41

Случаи применения Fast Ethernet: организации и те части сети, где до

Случаи применения Fast Ethernet:
организации и те части сети, где до этого

широко применялся 10-Мбитный Ethernet
создание достаточно крупных сетей, к которым относятся сети зданий с количеством узлов в несколько сотен
Ethernet не следует заменять на Fast Ethernet в случае, когда:
происходит подключение к сети персональных компьютеров с шиной ISA
Слайд 42

Недостатки технологии Fast Ethernet большие задержки доступа к среде при коэффициенте

Недостатки технологии Fast Ethernet

большие задержки доступа к среде при коэффициенте использования

среды выше 30-40%, являющиеся следствием применения алгоритма доступа CSMA/CD
небольшие расстояния между узлами даже при использовании оптоволокна – следствие метода обнаружения коллизий
Слайд 43

Gigabit Ethernet

Gigabit Ethernet

Слайд 44

Появление Gigabit Ethernet Лето 1996 года – создание группы 802.3z для

Появление Gigabit Ethernet

Лето 1996 года – создание группы 802.3z для разработки

протокола, схожего с Ethernet, но с битовой скоростью 1000 Мбит/с
Gigabit Ethernet Alliance (Bay Networks (Nortel Networks), Cisco Systems и 3Com)
В качестве первого варианта физического уровня был принят уровень технологии Fiber Channel, с ее кодом 8В/10В
Слайд 45

Лето 1998 год – окончательное принятие стандарта 802.3z на заседании комитета

Лето 1998 год – окончательное принятие стандарта 802.3z на заседании комитета

IEEE 802.3
Осень 1999 год - принятие стандарта 802.3ab (Gigabit Ethernet на витой паре категории 5)
Слайд 46

Важно отметить, что Gigabit Ethernet, так же как и его менее

Важно отметить, что Gigabit Ethernet, так же как и его менее

скоростные собратья, на уровне протокола не будет поддерживать:
качество обслуживания
избыточные связи
тестирование работоспособности узлов и оборудования (в последнем случае - за исключением тестирования связи порт-порт, как это делается для Ethernet 10Base-T, 10Base-F и Fast Ethernet)
Слайд 47

Общее между Gigabit Ethernet и Fast Ethernet Сохраняются все форматы кадров

Общее между Gigabit Ethernet и Fast Ethernet

Сохраняются все форматы кадров Ethernet
По-прежнему

будут существовать полудуплексная версия протокола, поддерживающая метод доступа CSMA/CD, и полнодуплексная версия, работающая с коммутаторами
Поддерживаются все основные виды кабелей, используемых в Ethernet и Fast Ethernet: волоконно-оптический, витая пара категории 5, коаксиал
Для сохранения данных свойств были внесены изменения не только в физический уровень, но и в уровень MAC
Слайд 48

Задачи, стоявшие перед разработчиками стандарта Gigabit Ethernet: задача обеспечения приемлемого диаметра

Задачи, стоявшие перед разработчиками стандарта Gigabit Ethernet:
задача обеспечения приемлемого диаметра сети

для полудуплексного режима работы
достижение битовой скорости 1000 Мбит/с на основных типах кабелей
поддержка кабеля на витой паре
Слайд 49

Средства обеспечения диаметра сети в 200 м на разделяемой среде Увеличение

Средства обеспечения диаметра сети в 200 м на разделяемой среде

Увеличение минимального

размера кадра (без учета преамбулы) с 64 до 512 байт или до 4096 bt
Увеличение времени двойного оборота до 4095 bt, что делает допустимым диаметр сети около 200 м при использовании одного повторителя
Слайд 50

При двойная задержке сигнала в 10 bt/m оптоволоконные кабели длиной 100

При двойная задержке сигнала в 10 bt/m оптоволоконные кабели длиной 100

м вносят вклад во время двойного оборота по 1000 bt. Если повторитель и сетевые адаптеры будут вносить такие же задержки, как в технологии Fast Ethernet, то задержка повторителя в 1000 bt и пары сетевых адаптеров в 1000 bt дадут в сумме время двойного оборота 4000 bt
Для увеличения длины кадра до требуемой величины 512 байт сетевой адаптер дополняет поле данных до длины 448 байт так называемым расширением (extention)
Слайд 51

Режим Burst Mode - монопольный пакетный режим. Станция может передать подряд

Режим Burst Mode - монопольный пакетный режим. Станция может передать подряд

несколько кадров с общей длиной не более 65536 бит или 8192 байт (Предел Burst-Length )
Увеличение «совмещенного» кадра до 8192 байт несколько задерживает доступ к разделяемой среде других станций, но при скорости 1000 Мбит/с эта задержка не столь существенна
Слайд 52

Спецификации физической среды стандарта 802.3z В стандарте 802.3z определены следующие типы

Спецификации физической среды стандарта 802.3z

В стандарте 802.3z определены следующие типы физической

среды:
одномодовый волоконно-оптический кабель
многомодовый волоконно-оптический кабель 62,5/125
многомодовый волоконно-оптический кабель 50/125
двойной коаксиал с волновым сопротивлением 75 Ом
Слайд 53

Многомодовый кабель Для передачи данных по многомодовому волоконно-оптическому кабелю стандарт определяет

Многомодовый кабель

Для передачи данных по многомодовому волоконно-оптическому кабелю стандарт определяет применение

излучателей, работающих на двух длинах волн: 1300 и 850 нм
Для многомодового оптоволокна стандарт 802.3z определил спецификации:
1000Base-SX (длины волны 850 нм)
1000Base-LX (длины волны 1300 нм)
Слайд 54

Диапазоны значений длины сегментов кабеля стандарта 1000Base-SX:

Диапазоны значений длины сегментов кабеля стандарта 1000Base-SX:

Слайд 55

Одномодовый кабель Для спецификации 1000Base-LX в качестве источника излучения всегда применяется

Одномодовый кабель
Для спецификации 1000Base-LX в качестве источника излучения всегда применяется

полупроводниковый лазер-диод с длиной волны 1300 нм
Спецификация 1000Base-LX может работать как с многомодовым, так и с одномодовьм кабелем
Слайд 56

Диапазоны значений длины сегментов кабеля стандарта 1000Base-LX

Диапазоны значений длины сегментов кабеля стандарта 1000Base-LX

Слайд 57

Твинаксиальный кабель В качестве среды передачи данных используется высококачественный твинаксиальный кабель

Твинаксиальный кабель

В качестве среды передачи данных используется высококачественный твинаксиальный кабель (Twinax)

с волновым сопротивлением 150 Ом (2х75 Ом)
Данные посылаются одновременно по паре проводников, каждый из которых окружен экранирующей оплеткой. При этом получается режим полудуплексной передачи
Для обеспечения полнодуплексной передачи необходимы еще две пары коак­сиальных проводников
Слайд 58

Gigabit Ethernet на витой паре категории 5 Для передачи данных со

Gigabit Ethernet на витой паре категории 5

Для передачи данных со скоростью

1000 Мбит/с необходимо организовать параллельную передачу одновременно по всем 4 парам кабеля
Уменьшение скорости передачи данных по каждой паре до 250 Мбит/с
Необходимо придумать метод кодирования, который имел бы спектр не выше 100 МГц
Слайд 59

Метод кодирования РАМ5 За один такт по одной паре передается 2,322

Метод кодирования РАМ5

За один такт по одной паре передается 2,322 бит

информации
Снижение тактовой частоты с 250 МГц до 125 МГц
Если использовать не все коды, а передавать 8 бит за такт (по 4 парам), то выдерживается требуемая скорость передачи в 1000 Мбит/с и еще остается запас неиспользуемых кодов
Код РАМ5 на тактовой частоте 125 МГц укладывается в полосу 100 МГц кабеля категории 5
Слайд 60

Для распознавания коллизий и организации полнодуплексного режима используется следующая техника: оба

Для распознавания коллизий и организации полнодуплексного режима используется следующая техника:
оба передатчика

работают навстречу друг другу по каждой из 4 пар в одном и том же диапазоне частот, так как используют один и тот же потенциальный код РАМ5
Слайд 61

Двунаправленная передача по четырем парам UTP категории 5

Двунаправленная передача по четырем парам UTP категории 5

Слайд 62

Для отделения принимаемого сигнала от своего собственного приемник вычитает из результирующего

Для отделения принимаемого сигнала от своего собственного приемник вычитает из результирующего

сигнала известный ему свой сигнал. Для выполнения данной операции используются цифровые сигнальные процессоры - DSP (Digital Signal Processor)
При полудуплексном режиме работы получение встречного потока данных считается коллизией, а для полнодуплексного режима работы - нормальной ситуацией
Слайд 63

Применение Gigabit Ethernet Основная область применения протокола Gigabit Ethernet: магистрали локальных

Применение Gigabit Ethernet

Основная область применения протокола Gigabit Ethernet:
магистрали локальных (LAN)

и городских (MAN) сетей.
Наиболее часто используемый режим:
полнодуплексный, обеспечивающий максимальные пропускную способность и расстояние между узлами
Слайд 64

Gigabit Ethernet Выводы

Gigabit Ethernet

Выводы