Wykład II SZYBKIE SIECI ETHERNET

Transkrypt

1 Wykład II SZYBKIE SIECI ETHERNET IEEE/802.3u - Fast Ethernet technologia łącza oparta o rozwiązania FDDI, wsteczna zgodność z IEEE/ bps: CS/CD C, slot time = 512-bit, max. i min. długość ramki = 64B-1518B, IFG = 96-bit, poprawna interpretacja 10/100 i autonegocjacja, praca w trybie full-duplex (dwukierunkowym), topologia fizyczna gwiazdy - łącza typu active link. 1

2 IEEE/802.3u - Fast Ethernet 8B6T ODEL LLC Logical Link Control C edia ccess Control Reconciliation Reconciliation II II PCS PCS 4B5B P NRZI P PD LT-3 DI DI edium transmisyjne T4 TX Reconciliation Sublayer - translacja szeregowo/ równoległa (4-bit) między C i II edia Independent Interface - złącze pomiędzy C i PHY (szyna danych 4-bitowa po 25 bps, kabel do 0.5 m) Physical Coding Sublayer - kodowanie danych, obsługa CS/CD, transmisja i odbiór Physical edium ttachment - przenoszenie sygnałów między PCS i łączem, Physical edium Dependent - definicja parametrów łącza fizycznego edia Dependent Interface - złącze elektromechaniczne 100Base-T - Fast Ethernet / IEEE 802.3u Ethernet edia ccess Control (C) 100Base-T4 100Base-TX 100Base-FX 2

3 Kategorie skrętki komputerowej Typy repeater ów Fast Ethernet Class I - przeznaczone do łączenia segmentów o różnej budowie (FX,TX,T4), dokonują konwersji formatów kodowania, jest to powodem generowania większych opóźnień, dopuszczalnie tylko jeden w domenie kolizyjnej, Class II - przeznaczone do łączenia segmentów o identycznej budowie, dokonują tylko przenoszenia/wzmacniania impulsów, dopuszczalnie dwa w kaskadzie w domenie kolizyjnej 3

4 Rozbudowana struktura sieci Fast Ethernet Typ repeatera Skrętka [m] Światłowód [m] Skrętka + światłowód (T4 i FX) [m] Skrętka i światłowód (TX i FX) [m] DTE-DTE (I segment) regenerator klasy I (100m skrętka + optolink) 1 regenerator klasy II nie łączy się ich w ten sposób 2 regeneratory klasy II nie łączy się ich w ten sposób (100m skrętka + optolink) (100m skrętka + opto) (105m skrętki + optolink) Full-Duplex Ethernet / IEEE 802.3x dwukierunkowa niezależna i jednoczesna transmisja z pominięciem metody CS/CD, łącza typu punkt-punkt (link) z oddzielnymi torami przesyłowymi 10Base-T, 100Base-TX, itp. brak ograniczenia na czas propagacji, zdefiniowany czas między ramkami, większa wydajność - brak kolizji, kontrola przepływu za pomocą ramek PUSE (opcjonalna): pole C Control Parameters zawiera ilość 512-bitowych okresów, którą należy odczekać przed wznowieniem transmisji (0 = wznowienie). Preambuła ( 7 bajtów) SFD (1bajt) D (6 bajtów) = 01:80:c2:0 0:00:01 lub unikat S (6 bajtów) DFL (2 bajty) = C Control Code = 88:08 C Control Opcode (2 bajty) = kod PUSE = 00:01 C Control Parameters (2 bajty) = 00:00 <->ff:ff Zarezer wowane (42bajty = 00) FCS (4 bajty) 4

5 uto-negotiation (N-Way) xxx Fast Link Pulses - przesyłane między ramkami informują o poprawnej pracy łącza (odpowiedniki Normal Link Pulses 10Base-T), mechanizm umożliwiający optymalny dobór parametrów transmisji w łączu Ethernet (IEEE 802.3u), 10BaseT (impulsy NLP W okresie ciszy ) NLP 16/8ms NLP Sekwencja autonegocjacji Impulsy FLP ~2ms FLP (17-33 impuls) 16/8ms FLP uto-negotiation (N-Way) Selector Field = < > dla Remote Fault - wykrycie błędu cknowledge potwierdzenie Next Page - możliwe dodatkowe opcje Priorytety połączeń: Technology bility Field 100Base-TX full duplex 3 100Base-T Base-TX 2 10Base-T full duplex 1 10Base-T 0 D0 D1 D15 S 0 S 1 S 2 S 3 S R F C K N P Pole selektora Technology bility Field 5

6 uto-negotiation (N-Way) lgorytm: - nadawanie FLP ze słowem kodowym, - rozpoznanie obecności n w ciągu 6-17 FLP, - po odbiorze 3 pełnych FLP - transmisja własnych FLP z ck, - po odbiorze 3 FLP z ck transmisja 6-8 FLP z ck, - przejście do realizacji opcji Next Page: - wymiana opcjonalnychdanych, (najpierw essage Page, następnie Unofrmatted Pages) uto-negotiation NEXT PGE SŁOWO KODOWE NEXT PGE LINK CODE D0 D1 D CF/UCF - określa typ, a następnie zawartość (zależną od producenta) wiadomości, T - zmienia wartość w następnej wiadomości (synchronizacja), ck2 - potwierdza zdolność obsługi danej wiadomości, P - 0 = Unformatted essage, 1= essage Page, ck - równy 1 w czasie całej transmisji Next Page, NP - 0 = będą następne strony, 0 = koniec transmisji. 7 8 essage Code/Unformatted Code Field T C K 2 P C K N P 6

7 uto-negotiation CIEKWOSTKI Parallel Detection - jeśli tylko jedna strona łącza wspiera autonegocjację, to ustalenie typu połączenia następuje po rozpoznaniu formatu sygnałów nadsyłanych przez drugą stronę łącza np.nlp dla 10Base-T, Idle signal dla 100Base-TX, - nie stosuje się w tej sytuacji wymiany FLP, - dopuszczalne tylko połączenie half-duplex. UWG: uto-negocjacja nie rozpoznaje jakości okablowania! Przesyłanie sygnałów FLP wykorzystuje mniejsze pasmo niż transmisja ramek. W 100Base-FX zamiast FLP stosuje się modulację czasu sygnału idle (wcześniej auto-negocjacja nie była obsługiwana). Kodowanie danych w sieci Fast Ethernet 10BaseT - kodowanie anchester - nie nadaje się do szybkich transmisji - wymaga zbyt dużego pasma częstotliwości (dla 100bit 200Hz). W celu ograniczenia wymaganego pasma 100Base stosuje kodowanie: 100Base-FX - 4B/5B + NRZI 100Base-TX - 4B/5B + (LT-3) NRZI-3 100Base-T4-8B/6T (kombinacja 4B/5B i LT-3) Celem kodowania jest zmniejszenie ilości przesyłanych znaków w stosunku do przesyłanych bitów i zapewnienie synchronizacji zegarów (ponadto wyeliminowanie ciągów powtarzających się zer i jedynek). 7

8 100Base-FX,TX Synchronizacja jest realizowana za pomocą kodowania 4B/5B w podwarstwie PCS - każde 4 bity odebrane z II są zamieniane na ciąg (słowo) 5-bitowy wg predefiniowanej tabeli kodowej. Istnieją 32 kody 5-bitowe - wybrano 16 słów reprezentujące dane (min. 2 zmiany stanu) plus 4 słowa sterujące, oznaczające początek i koniec każdej ramki oraz tzw. Idle signal (max. ilość zmian). W 100BaseFX Idle signal jest wymieniany nieustannie między transmisjami. 4B5B Encoding Table Data (Hex) Data (Binary) 4B5B Code D E F Kody 4B/5B Dane 4-bit Kod 5 - bit Dane 4-bit Kod 5 - bit

9 Kody 4B/5B sekwencje zabronione Interpretacja Kod Iddle Start of stream delimiter 1 (5 pierwszych bitów) Start of stream delimiter 1 (drugie 5bitów) End of stream delimiter 1 (5 pierwszych bitów) End of stream delimiter 1 (drugie 5bitów) Transmit error Invalid codes Inne 10 znaków Kodowania Kodowanie NRZI Non Return to Zero, Invert on One - podwarstwa P 100Base-FX 4B5B: >11110; 1110 (E) -> Kodowanie LT-3 ulti-level Transition 3-state, podwarstwa PD 100Base-TX 4B5B: >11110; 1110 (E) ->

10 100Base-T4 ULTIPLEXING ND DEULTIPLEXING Kolejne kody 6T (reprezentujące bajty) są przesyłane na przemian kolejną z 3 par przewodów kabla UTP (czwarta para służy do detekcji kolizji) Preambuła została zmodyfikowana tak, aby umożliwiać rozpoznanie kolejności przesyłanych bajtów. Na końcu ramki przesyłanych jest 5 znaków końca. Wydajność kodowania 100Base-FX: II 100 bps, 4B/5B 125 bps (125 Hz), NRZI 62.5 Hz (światłowód) 100Base-TX: II 100 bps, 4B/5B 125 bps (125 Hz), NRZI 62.5 Hz, LT Hz (UTP-5) 100Base-T4: II 100 bps, 8B/6T 75 bps (37.5 Hz), ultiplexing 12.5 Hz (UTP-3) 10

11 100Base-T2 - wykorzystuje "dual duplex baseband transmission, - modulacja Pięciopoziomowa Pulse mplitude odulation (P5), (pięć poziomów sygnału: -2, -1, 0, +1, or +2) - 4 bity na jeden kod: 25 baud, - zaaprobowany w 1997, praktycznie nie używany. Gigabit Ethernet / IEEE 802.3z / IEEE802.3ab - Rozwinięcie technologii Ethernet w kierunku wsparcia transmisji z prędkością 1000 b/s - Podział rozwoju standardu na dwa podkomitety: IEEE 802.3z dla łącz światłowodowych i ekranowanych oraz IEEE 802.3ab dla nieekranowanych kabli UTP. - Wykorzystanie wcześniej technologii opracowanych dla standardu Fibre Channel (802.3z) i 100Base-T2 (802.3ab). - Zachowanie zgodności z wcześniejszymi wersjami Ethernetu (pełna zgodność od podwarstwy C w górę). 11

12 IEEE 802.3z / 1000Base-SX, -LX, -CX Wykorzystanie warstwy fizycznej technologii NSI X3T11 Fibre Channel: FC-0 definiuje elektromechaniczne łącza oraz m.in. prędkość transmisji, FC-1 definiuje schemat kodowania 8B/10B. 1000Base-X CS/CD W przypadku stosowania sieci Gigabit Ethernet w konfiguracji half-duplex konieczne było wprowadzenie modyfikacji pozwalających na funkcjonowanie metody CS/CD zapobiegające zmniejszeniu promienia domeny kolizyjnej do ekstremalnie małych rozmiarów (20 m) Carrier extension - wydłużono tzw. slot period (czas transmisji najkrótszej ramki) z 512 bit (64 kb) do 4096 bit (512 B), wymaga to uzupełnienia krótkich ramek o wypełnienie do w/w długości, które jest odrzucane po odebraniu ramki, Frame bursting - stacja może nadać sekwencję krótkich ramek w jednym ciągu, wypełniając przerwy między ramkami (IFG) sygnałem carrier extension (96 bitów); z punktu widzenia CS/CD jest to traktowane jako pojedyncza ramka; czas transmisji ograniczony licznikiem czasu. Inne sposoby: Jumbo frames - niestandardowe wydłużenie dopuszczalnej długości ramki do 9000 bajtów, opracowane przez lteon Networks. 12

13 Carrier Extension Frame RRRRRRRRRRRRR 512 bytes Carrier Extension For 10BaseT : 2.5 km max; slot time = 64 bytes For 1000BaseT: 200 m max; slot time = 512 bytes Carrier Extension :: continue transmitting control characters [R] to fill collision interval. This permits minimum 64-byte frame to be handled. Control characters discarded at destination. For small frames net throughput is only slightly better than Fast Ethernet. Frame Bursting Frame Extension Frame Frame Frame 512 bytes Frame burst Source sends out burst of frames without relinquishing control of the network. Uses Ethernet Interframe gap filled with extension bits (96 bits) aximum frame burst is 8192 bytes Three times more throughput for small frames. 13

14 Gigabit Ethernet Interface Carrier xxx 100 b/sec C 802.3z CS/CD Ethernet GBIC 1000BaseCX Copper Ballanced Shielded Cable 25m 1000BaseT Copper Category 5 UTP 100m 1000BaseSX ultimode Fiber 1780nm 500m 1000BaseLX Single-mode Fiber 11300nm 3000m GBIC Opracowany przez producentów sprzętu standard złącza fizycznego umożliwiający dołączanie do urządzeń Gigabit Ethernet modułów obsługujących wybrany typ medium fizycznego. Kodowanie sygnałów w IEEE 802.3z Kodowanie jest realizowane w podwarstwie PCS z wykorzystaniem metody 8B/10B zapożyczonej z Fibre Channel FC-1. Każde 8 bitów odebrane z GII jest zamieniane na grupę kodową składającą się z 10 bitów. oduł P dokonuje serializacji grup kodowych i transmituje za pomocą kodu NRZI (jak w 100Base-FX). Cele kodowania: - synchronizacja zegarów - eliminacja powtarzających się ciągów zer i jedynek, - dodatkowa sygnalizacja - wskazywanie początku/końca danych, - równowaga stałoprądowa (DC balance) - równe prawdopodobieństwo wystąpienia stanów zero i jeden (równe obciążenie mocy sygnału), - wykrywanie błędów - za pomocą kontroli parzystości (disparity control), - kodowanie zapewnia dużą częstość zmian, ułatwia synchronizację. 14

15 IEEE 802.3ab Base-T -Technologia umożliwiająca transmisję Gigabit Ethernet na kablach UTP kategorii 5/5E. - Wykorzystuje wszystkie 4 pary do transmisji w obu kierunkach jednocześnie (rozwinięcie 100Base-T2) 4x250 bps = 1000 Gbps (wymaga układów typu echo cancellation) - Stosuje 4-wymiarowe kodowanie 4D-P5 (5-poziomowe: 2, 1, 0,+1,+2 ). - W celu poprawienia stosunku sygnał/szum (obniżenia stopy błędów) wykorzystuje kodowanie splotowe Trellis-Viterbi (jak w modemach V.34 czy V.90). - Obróbka sygnałów wymaga zaawansowanych układów typu DSP (Digital Signal Processing). Kodowanie 8B/10B Grupa 8 bitów jest zamieniana na grupę kodową 10 bitów: - 3 najbardziej znaczące bity (y) są zamieniane na 4 bity (3B/4B), - 5 pozostałych bitów (x) jest zamienianych na 6 bitów (5B/6B), - każda grupa danych jest oznaczana /Dx.y/ np. /D0.0/ = /D6.2/ = /D30.6/ = dodatkowo jeśli GII wystawia sygnał sterujący kodowane jest 12 oktetów przenoszących kody sterujące, oznaczane /Kx.y/ (specjalne), - w grupie kodowej nie może być więcej niż 6 zer lub jedynek, - specjalna sekwencja 7 bitów, zwana comma, jest używana przez P, do synchronizowania transmisji ( lub ), ponieważ występuje tylko w kodach /K28.1/, /K28.5/ i /K28.7/, - w celu zapewnienia równowagi DC stosuje się tzw. running disparity, czyli bieżącą zmianę parzystości. 15

16 Kodowanie 8B/10B - c.d. - Tabele konwersji zawierają przypisania grup kodowych 8B/10B o parzystości dodatniej (więcej 1 niż 0 ), ujemnej i neutralnej. W trakcie transmisji, po uzyskaniu synchronizacji kolejno przesyłane grupy kodowe powinny mieć parzystość wyznaczoną przez poprzednią grupę parzystości. Przykłady kodowania parzystości: Parzystość na końcu bloku 6-bitowego określa parzystość na wejściu bloku 4-bitowego. Parzystość na końcu bloku 4-bitowego określa parzystość grupy kodowej. Parzystośc na wejściu bloku jest determinująca tylko gdy blok zawiera tyle samo 0 i Gigabit Ethernet / IEEE 802.3ae - Full-Duplex Only / no CS/CD - Pacing echanism: 10 Gb/s for LN and Gb/s for WN (OC-192) - 10-Gigabit edia Independent Interface (10GII) - 32-bit - Coding Techniques: 8B/10B (1-GbE), scrambling (SONET) - Forward Error Correction (BCH, R-S), BER Implementacja szeregowa C Reconciliation Implementacja równoległa C Reconciliation Distributor/collector PCS P PD PCS P PD PCS P PD 1 2 n PCS P PD edium 10Gb/sec edium 10/n Gb/sec 16