7.2.2. Интерфейс 1000base-X.

Основные изменения в архитектуре GE по сравнению с Ethernet коснулись физического уровня 1000Base-X, использующего оптический кабель, и уровня кодирования PCS, т. к. было предложено, чтобы технология GE опиралась на принципы кодирования и передачи сетей Fiber Channel (уровни FC-0 и FC-1). Данные Fiber Channel при использовании GFP-T передаются по системе NGSDH прозрачно, без существенных преобразований. Это формирует базу для конвергенции сетей Gigabit Ethernet и NGSDH. В результате эти транспортные сети оказываются ближайшими родственниками, связываясь на основе протокола GFP. Структура физического уровня GE представлена на рис. 7.13.

Как показано на рисунке, данные поступают в интерфейс с уровня МАС и затем пошагово конвертируются в оптические или электрические сигналы. С уровня МАС сигнал приходит на уровень GMII, который представляет собой, также как и MII часть интерфейса, не зависящую от среды передачи. Здесь сигнал преобразуется в определенную последовательность со скоростью передачи 125 Мбит/с. Полученные данные передаются непосредственно на физический уровень 1000BASE-X. Этот уровень разделен на несколько подуровней в зависимости от процессов преобразования сигнала Gigabit Ethernet. Рассмотрим их детально.

Уровень кодирования PCS (Physical coding sublayer).

На этом уровне осуществляется линейное кодирование сигнала GE, поступающего от подуровня GMII. Вообще подуровень PCS выполняет две функции:

• Кодирование и декодирование данных GMII в формат кода 8В/10В

• Процедуры автоидентификации и автоконфигурации .

MAC

Carrier Sense

Receive

Transmit

8B/10B decod.

Auto-

negotiation

Serializer

Deserialiser

Laser Driver

Photo-Detect.

Synchronizat.

Еще одна, дополнительная функция, связанная с обеспечением протокола CSMA/CD при полудуплексной передаче имеет явно дополнительный характер.

Tx Rx

GMII

8 bits, 125 MHz

(125 Mbytes/s)

8B (parallel)

8 bites=HGFEDCBA PCS

8B/10B encod.

Physical

Layer

10B (parallel)

10bites=abcdei-fghj

PMA

1,25 Gbaud

(serial interface)

PMD

1,25 Gbaud

( optical interf.)

MDI

Tx Rx

Fiber/Copper Fiber/Copper

parallel transmission serial transmission

Рис. 7.13. Схема физического уровня технологии 1000BASE-X.

Кодирование 8В/10В соответствует блок-ориентированному коду, используемому в технологии Fiber Channel. Суть процедуры состоит в кодировании каждого 8-битного октета в 10-битный символ (рис. 7.14). Для этого байт разделяется на две группы X и Y. Y-группа содержит 3 наиболее важных бита, Х-группа – 5 менее важных битов. В результате формируется кодовая группа /Dx.y/. Например, рассмотрим кодирование байта с содержимым 5С в 16-

ричном представлении (Hex). Кодирование этого байта приводит к кодовой группе /D28.2/ (см. табл. 7.2).

y x abcdei fghj

5C hex = 010 11100 = /Dx.y/ = /D28.2/ 001110 0101

Помимо преобразования последовательностей 8В в 10В передатчик старается в динамическом режиме обеспечить баланс количества единиц и нулей. Для этого используется два типа кода RD (Running Disparity): RD- (слишком много нулей) и RD+ (слишком много единиц), взаимно инверсных друг к другу. В результате среднее количество 1 и 0 в линейном сигнале равно.

Frame 1

exttension

gap

Frame 2

Idle Idle

8B/10B codification

8B/10Bcodification

S

I2

I2

… …

R

R

R

R

R

T

I2

S

Рис. 7.14. Принцип кодирования 8В/10В.

Таблица 7.2. Варианты кодирования различных последовательностей в коде 8В/10В.

Байт	Содержимое (8В) в порядке HGF EDCBA	Группа /Dx.y/	Код 10В (RD-) в порядке abcdei fghi	Код 10В (RD+) в порядке abcdei fghi
0 0	000 00000	/D0.0/	100111 0100	011000 1011
0 1	000 00001	/D1.0/	011101 0100	100010 1011
5 C	010 11100	/D28.2/	001110 0101	110001 1010
A 2	101 00010	/D2.5/	101101 1010	010010 0101
D E	110 11110	/D30.6/	011110 0110	100001 1001
F E	111 11110	/K30.7/	011110 0001	100001 1110

Кадры Ethernet всех трех рассмотренных выше типов кодируются с использованием правил 8В/10В. Затем полученная кодовая комбинация передается с кодом группы /S/, который одновременно обозначает начало передачи кадра. Окончание передачи кадра обозначается как минимум двумя полями кодовых групп /T/ и /R/. Кадры, содержащие четное количество кодовых групп заканчиваются двойным полем /R/. Для передачи защитного интервала GAP или IFG используются поля свободного кода /I1/ и /I2/, которые можно считать полями заполнения 8В/10В (рис. 7.14).

Применение кода 8В/10В в технологии Fiber Channel, принятой ANSI, было обусловлено использованием его для систем хранения информации. Этот код имеет ряд преимуществ, таких как высокая плотность преобразования (большое

число переходов от 0 на 1), устойчивый баланс по постоянному току (отсутствие постоянной составляющей) и, главное, высокая устойчивость к появлению ошибок, которая определяется разделением информации на два класса по уровню ценности. Все перечисленные преимущества позволяют эффективно использовать код 8В/10В в распределенных системах передачи байт-ориентированной информации.

Уровень адаптации к среде передачи PMA (Physical Medium Attachment).

Следующим вниз за уровнем PCS расположен уровень адаптации к среде передачи PMA. Этот уровень является последним уровнем, не зависящим от среды передачи. Роль уровня PMA состоит в передаче последовательности сигналов в формате NRZ от уровня PCS к уровню PMD, где последовательность импульсов преобразуется в оптические или электрические сигналы. PMA также выполняет функции выделения сигналов синхронизации из входящего потока данных.

Уровень преобразования сигнала в физические сигналы PMD (Physical Medium Dependent).

Ниже уровня PMA находится уровень PMD, уже привязанный к специфике среды передачи. Здесь сигнал, кодированный на уровне PCS и переданный через уровень PMA, преобразуется в электрический или оптический сигнал в соответствии с правилами, установленными для соответствующих интерфейсов. Затем с уровня PMD сигналы поступают на уровень MDI (Medium Dependent Interface), где непосредственно загружаются в систему передачи.

Поскольку для технологии GE электрический интерфейс рассматривается скорее как дополнительный, рассмотрим оптический интерфейс 1000BASE-X. Он включает в себя три основных части:

• Тип оптического интерфейса

• Протокол автоконфигурации

• Процедуры управления

В современных оптических сетях и, в частности, в сетях GE широко используются сменные оптические интерфейсы SFP. Применение сменного интерфейсного модуля имеет несколько преимуществ:

• Любая неисправность в оптическом интерфейсе не требует замены всего модуля оборудования, достаточно заменить сам интерфейс

• Модули в оборудовании оказываются независимыми от длины волны оптической системы передачи. При необходимости перехода на другую длину волны достаточно поменять интерфейсный модуль SFP

Процедура автоконфигурации в интерфейсе 1000BASE-X используется также как и в интерфейсах обычных сетей Ethernet для определения режима передачи (полнодуплексный или полудуплексный), управления потоками данных и идентификации неисправностей.