13. Технология Gigabit Ethernet. Особенности технологии. Спецификации физического уровня.

Общие элементы Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Спецификация физической среды и характеристики 1000 Base-SX, 1000 Base-LX. Gigabit Ethernet на витой паре.

Основная идея разработки Gigabit Ethernet состояла в максимальном сохранении идей классической технологии Ethernet при достижении скорости 1Гб/с.

Должны быть сохранены общие элементы Ethernet, FastEthernet и Gigabit Ethernet:

- сохранить форматы кадров Ethernet

- должен существовать полудуплексный режим, поддерживающий метод доступа CSMA/CD, и полнодуплексный режим работы с коммутаторами. Использование полудуплексного режима позволит применять Gigabit Ethernet в небольших рабочих группах, имеющих быстрые серверы и рабочие станции

- поддерживаются все основные виды кабелей, использующихся в Ethеrnet и FastEthernet, т.е. оптоволокно, витая пара 5-й категории и коаксиал.

Для того чтобы выполнить требования в технологию Gigabit Ethernet внесены изменения не только на физическом уровне как в FastEthernet, но и в уровень МАС. При разработке Gigabit Ethernet стало несколько задач: - обеспечение приемлемого диаметра сети для полудуплексного режима работы, который допускал длину сегмента в 25м вместо необходимых 200м; - достижение скорости 1 Гб/с на основных типах кабелей; - поддержка кабеля на витой паре, т.к. полоса пропускания достаточно узкая и используются сложные методы кодирования. Блог IT-шника расскажет о других современных технологиях.

Спецификации физической среды стандарта 802,3z:

- одномодовый волоконнооптический кабель

- многомодовый волоконнооптический кабель 62,5/125(мкм)

- многомодовый волоконнооптический кабель 50/125(мкм)

- двойной коаксиал с волновым сопротивлением 75 Ом.

Для волоконнооптического кабеля разработаны 2 спецификации:

- 1000BASE SX; - 1000BASE LX

Длина сегмента:

SX полный дуплекс 62,5 2-275м

50 2-550м

полудуплекс 100м LX 62,5 и 50 2-550м

10мкм 2-5000м

Для двойного коаксиального кабеля данные посылаются одновременно по паре проводов для полудуплексного режима, для полнодуплексного необходимо ещё две пары.

Максимальная длина сегмента - 25м.

Средства обеспечения диаметра сети в 200м на разделяемой среде:

По методу CSMA/CD необходимо выполнить соотношение времени передачи кадра минимальной длины и времени двойного оборота. Было решено увеличить минимальный размер кадра до 512 байт или до 4096bt, время двойного оборота - до 4095bt, что делает допустимым диаметр сети до 200м при использовании одного повторителя. Формально минимальный размер кадра не изменился, т.к. расширение кадра произошло за счет добавления специального поля, расположенного за полем контрольной суммы. Его значение не включается в контрольную сумму и оно заполняется нулями.

Для сокращения накладных расходов метод передачи позволяет передавать несколько кадров подряд без передачи среды другой станции - это называется монопольный пакетный режим. Станция может передавать подряд несколько кадров с общей длиной до 8192 байт. Если нужно передать несколько небольших кадров, то она может не дописать первый кадр, расширенный полем, а сразу передавать несколько кадров до достижения суммы в 8192 байта. Это все используется в полудуплексном режиме.

В полнодуплексном режиме поле расширения и монопольный пакетный режим не используются.

Gigabit Ethernet на витой паре категории 5.

Для реализации данной сети используется передача данных по всем 4 парам, что позволяет уменьшить скорость передачи данных по каждой паре до 250Мб/с, кроме того был использован метод кодирования РАМ5 в котором используется 5 уровней потенциалов(-2,-1,0,1,2 В). За один такт по одной паре передается 2,322 бита информации, отсюда тактовую частоту можно уменьшить 125 МГц. Стали использовать передачу 8бит за такт. При этом требуется 256 комбинаций. Метод кодирования позволяет реализовывать 625 комбинаций, оставшиеся комбинации используются для контроля принимаемой информации. Данная кодировка на частоте 125 МГц укладывается в полосу пропускания кабеля 5-й категории. Для распознавания коллизий и организации полнодуплексного режима применена техника, использующаяся в технологии ISDN. Оба передатчика работают на встречу друг другу по каждой из 4-х пар в одном диапазоне частот. Схема гибридной привязки позволяет приемнику и передатчику узла использовать витую пару одновременно для приема и передачи. При этом для отделения принимаемого сигнала от своего приемник вычитает из результирующего сигнала свой, для этого используется специальный цифровой сигнальный процессор(OSP).

При полудуплексном режиме получение встречного потока означает коллизию. При полнодуплексном режиме это нормальная ситуация.

В последние годы в телекоммуникационной промышленности сложилась тенденция роста скорости передачи данных в сетях 802.3. Каждые 3 года скорость возрастает в 10 раз. Последнее на настоящий момент увеличение скорости отмечено появлением предварительного варианта спецификации, которая имеет название 10 Gigabit Ethernet и обеспечивает передачу данных соскоростью 10 Гигабит/сек. Разработка материалов этой спецификации ведется комитетом IEEE802.3ae. В таблице приведены размеры максимальных длин сегментов, которые соответствуют используемым типам волокна и излучателей.Тип излучателя Тип ВОЛС Диаметр Максимальное расстояние

850нм MMF 50мкм 65м

1310нм MMF 62.5мкм 300м

1310нм SMF 9мкм 10000м

1310нм SMF 9мкм 10000м

1550нм SMF 9мкм 10000м

По замыслу авторов, наиболее целесообразным являлось использование технологии 10 Gigabit Ethernet для объединения локальных сетей офисов, которые расположены на расстоянии до 30 километров друг от друга. В соответствии со сделанными расчетами, использование в этом случае других технологий оказывается менее экономичным. Объединение локальных сетей удаленных офисов с использованием 10 Gigabit Ethernet может быть реализовано двумя способами:

Темное волокно (Dark Fiber)

Технология оптического мультиплексирования (DWDM)

Отличие этих двух способов заключается в том, что в первом случае оптическое волокно используется для подключения офисов по принципу точка–точка. Поэтому для образованияструктуры, которая обеспечивает связь каждого компонента с каждым, потребуется дополнительные линии и дополнительные порты.

Использование технологии оптического мультиплексирования DWDM (Dense Wave Division Multiplexing) позволяет существенно уменьшить затраты на построение структуры каждый–с каждым. В данном случае удаленные офисы подключаются к кольцу (оптическое облако), по которому передается одновременно несколько информационных потоков. Один из этих кольцевых информационных потоков используется для организации виртуального информационного канала между подразделениями.