Технология Gigabit Ethernet

Ethernet и Fast Ethernet
Средства обеспечения диаметра сети в 200 метров

на разделяемой среде
Спецификации физической среды стандарта 802.3z
Многомодовый кабель
Одномодовый кабель
Твинаксиальный кабель
Gigabit Ethernet на витой паре категории 5
Применение метода кодирования РАМ5
Выводы по технологии Gigabit Ethernet

способность сети Ethernet.

Intel 80286 или 80386 с шинами ISA

(8 Мбайт/с) или EISA (32 Мбайт/c) – 1/8 или 1/32 канала “память-диск”.
Клиентские станции с шиной PCI (133 Мбайт/с) – 1/133, что уже недостаточно.

Следовательно, появление Fast Ethernet и 100VG-AnyLAN.

построении корпоративных сетей.

Во многих случаях серверы, подключенные по 100-мегабитному каналу,

перегружали магистрали сетей, работающие также на скорости 100 Мбит/с.

Ощущалась потребность в следующем уровне иерархии скоростей.

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

комитета IEEE 802.3

Осень 1999 год - принятие стандарта 802.3ab

(Gigabit Ethernet на витой паре категории 5)


Основная идея разработчиков стандарта Gigabit Ethernet состоит в максимальном сохранении идей классической технологии Ethernet при достижении битовой скорости в 1000 Мбит/с.

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)

скоростью, превышающей в 20 000 раз среднюю скорость сетевой активности

клиентского компьютера и в 100 раз среднюю сетевую активность сервера с сетевым адаптером 100 Мбит/с, то о задержках пакетов на магистрали во многих случаях можно не заботиться вообще. При небольшом коэффициенте загрузки магистрали 1000 Мбит/с очереди в коммутаторах Gigabit Ethernet будут небольшими, а время буферизации и коммутации на такой скорости составляет единицы и даже доли микросекунд.
Если все же магистраль загрузится на достаточную величину, то приоритет чувствительному к задержкам или требовательному к средней скорости трафику можно предоставить с помощью техники приоритетов в коммутаторах. Зато можно будет пользоваться весьма простой (почти как Ethernet) технологией, принципы работы которой известны практически всем сетевым специалистам.

Ethernet из-за того, что с этими задачами хорошо справляются протоколы

более высоких уровней, например Spanning Tree. Поэтому разработчики технологии решили, что нижний уровень просто должен быстро передавать данные, а более сложные и более редко встречающиеся задачи (например, приоритезация трафика) должны передаваться верхним уровням.

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

сети для полудуплексного режима работы: в связи с ограничениями, накладываемыми

методом CSMA/CD на длину кабеля, версия Gigabit Ethernet для разделяемой среды допускала бы длину сегмента всего в 25 м при сохранении размера кадров и всех параметров метода CSMA/CD неизменными.
достижение битовой скорости 1000 Мбит/с на основных типах кабелей: даже для оптоволокна достижение такой скорости представляет некоторые проблемы, так как технология Fibre Channel, физический уровень которой был взят за основу для оптоволоконной версии Gigabit Ethernet, обеспечивает скорость передачи данных всего в 800 Мбит/с.
поддержка кабеля на витой паре

Все эти задачи были успешно решены!

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

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)

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

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

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)

применяется полупроводниковый лазер-диод с длиной волны 1300 нм

Спецификация 1000Base-LX может

работать как с многомодовым, так и с одномодовьм кабелем

(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

5 имеет гарантированную полосу пропускания до 100 МГц. Для передачи

данных со скоростью 1000 Мбит/с необходимо организовать параллельную передачу одновременно по всем 4 парам кабеля.

Это сразу уменьшило скорость передачи данных по каждой паре до 250 Мбит/с.

Но и для такой скорости было необходимо придумать метод кодирования, который имел бы спектр не выше 100 МГц

использующий 5 уровней потенциала: -2, -1, 0, +1, +2.

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

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

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

Ethernet величиной в 1000 Мбит/с

Разработчики технологии Gigabit Ethernet сохранили большую

степень преемственности с технологиями Ethernet и Fast Ethernet:
использует те же форматы кадров
работает в полнодуплексном и полудуплексном режимах
поддерживает на разделяемой среде тот же метод доступа CSMA/CD с минимальными изменениями

существующих приложений, сетевых операционных систем

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.