! " # K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko

Transkrypt

1 ! " # 1

2 $ % Zalety - 10/100/1000 Mb/s sieci LAN - 1/10Gb/s, EFM sieci WAN, sieci dostpowe - Half/full duplex/autonegocjacja Wady!? 2

3 ETHERNET Sukces Internetu jest nierozerwalnie zwizany z sukcesem i dominujc rol, na rynku rozwiza sieci LAN, standardów sieci Ethernet. Jest to w duej mierze wynikiem dobrego dopasowania systemów Ethernet do przenoszenia ruchu IP, tak w sensie stosowania bezpołczeniowych protokołów dostpu do warstwy MAC, jak te zmiennych długoci przesyłanych ramek oraz znacznych oferowanych przez Ethernet szybkoci transmisji. 90 % sieci lokalnych opartych jest na technologii Ethernet, a w przypadku ruchu internetowego przyjmuje si, e ponad 90% ruchu jest inicjowanego lub kierowanego do sieci Ethernet Wszystko to sprawia, e rozwaane jest wdroenie technologii Ethernet do zastosowania w warstwie łcza danych take i w sieciach rozległych WAN oraz w instalacjach domowych i systemach dostpowych, okrelanych równowanie mianem systemów pierwszej, bd ostatniej mili (Ethernet-in-the-First-Mile EFM), bd Ethernet-in-the-LAst-Mile ELM). 3

4 ETHERNET Przez wiele lat podstawowymi rozwizaniami wykorzystywanymi w sieciach lokalnych były odmiany standardów Ethernetu (10 Mb/s) oraz Token Ring (4/16 Mb/s). Dopiero w połowie lat 90. powstały nowe wersje tych systemów, nazywane odpowiednio Fast Ethernet i HSTR pracujce z szybkociami 100 Mb/s. Warto jednake podkreli, e z roku na rok zwiksza si dominacja Ethernetu na rynku sieci. wiadczy o tym, sigajca ju miliarda, liczba wykorzystywanych portów ethernetowych. Wraz ze wzrostem szybkoci pracy Ethernetu, dziki masowoci produkcji zgodnie z prawem Moore a - cena produktów typu Ethernet szybko maleje. Ethernet stał si zatem podstawow technologi stosowan w sieciach lokalnych (LAN), a wraz z pojawieniem si Gigabit Ethernetu zaczł odgrywa coraz powaniejsz rol take w sieciach metropolitarnych (MAN). 4

5 ETHERNET 5

6 ETHERNETsuperszybki W standard IEEE 802.3u tzw. Fast Ethernet FE (100Mb/s) 1998 standard Gigabit Ethernet (1000Mb/s=1Gb/s) 2002 standard 10GE (10 Gb/s). 6

7 ETHERNET Wyprodukowane porty Fast i Gigabit Ethernet 7

8 ETHERNET - rynek Technologia 1/10 GB Ethernet w najbliszym okresie bdzie ewoluowa od korporacyjnych sieci LAN do operatorskich sieci miejskich i rozległych. Podstawow korzyci technologii Gigabit Ethernet w zastosowaniach operatorskich ma by moliwo natychmiastowego udostpniania klientom pasma o wymaganej przez nich przepustowoci na okrelony czas - bez koniecznoci instalacji dodatkowego sprztu. Zaledwie w cigu kilku lat Gigabit Ethernet oraz 10 Gigabit Ethernet stan si atrakcyjn alternatyw dla operatorów sieci telekomunikacyjnych poszukujcych nieskomplikowanego i taniego sposobu budowy sieci miejskich i rozległych - stwierdza raport firmy analitycznej Pioneer Consulting LLC. Według Pioneer Consulting, do koca 2005 r. operatorzy i korporacje wydadz: w sumie 30,6 mld USD na sprzt sieciowy, oferujcy szybko 1 Gb/s, i kolejne 13,5 mld USD na urzdzenia pracujce w rozwijanej dopiero technologii 10 Gb/s. Łczna kwota 44,1 mld USD oznacza wzrost wartoci rynku sieciowych rozwiza gigabitowych o 856% w stosunku do 2001 r., w którym obroty producentów sprztu gigabitowego wyniosły 4,6 mld USD. Wikszo tych urzdze bdzie w 2005 r. pracowała w sieciach dostawców usług. W tym samym czasie warto sprzeday wszystkich rozwiza Ethernet (10 Mb/s, 100 Mb/s, 1 Gb/s i 10 Gb/s) miałaby wzrosn z 17,3 mld USD do 145,2 mld USD. Co ciekawsze, najwikszy wzrost zastosowa szybkich wersji Ethernetu nastpi - wg Pioneer Consulting - poza USA. 80% wszystkich sprzedanych w 2001 r. urzdze Gigabit Ethernet zainstalowano w USA. W roku 2005 w USA bdzie pracowa "tylko" 45% urzdze gigabitowych. Najlepszym rynkiem dla producentów urzdze sieciowych bdzie Europa, w której technologie gigabitowe bd łatwe do zaadaptowania przez operatorów wykorzystujcych lub wdraajcych obecnie technologi DWDM i piercienie SONET. 8

9 ETHERNET Sieci dostpowe (ostatnia mila) modemydsl Ethernet Sieci szkieletowe ATM Ethernet SONET/SDH co najmniej totalna współpraca Problemy z Ethernetem QoS Multimedia, aplikacje czasu rzeczywistego 9

10 &! " # 10

11 ! '())) 11

12 * ( +, --./

13 * ( +, -./01234!"# ### DTE 1.5 µs $# % R 2.5 µs d=500m m v = 3 s d v t = = = s = 2.5µ s 8 DTE 1.5 µs = 2 { } = = 51 µs 13

14 * ( +, -./01234 R 2.5 µs DTE 1.5 µs = 2 { } = = 51 µs 10Base5 10Mb/s = b/s 6 51, / = 512 s b s b = 6 51, 2 10 s i to jest w Ethernecie wito 14

15 Topologia sieci ethernetowej &''(')*'+',+-. #'/'+. &0)* +','( *2341 ' *(. Rys. Topologia sieci 10Base5 Fizyczny hub regenerujcy HUB R R HUB PC stacja robocza HUB R HUB PC stacja robocza PC stacja robocza Rys Przykładowa topologia logiczna PC PC stacja robocza Rys. Topologia sieci Fast Ethernet 15

16 * / )))6.7(, 24 89* ł#'#3 1' 3# (#+' ł '(+'. 8 ł ł ł. 89#ł +* ł ++# 1# 'ł'(+.9ł+1## (# 'ł'( + )*(. 8:( 0)* *1 (ł'+ +*1 # # 'ł'#(#)* #1 *,(+1 ' (241 *'*(0)* '!(3 "++-.!(3"/(# +(#' (' ('ł**(. 16

17 Fast Ethernet huby ł! "# $ %# & ' (# $& ł %#'# ) $ ł$ ł & $ * ł $ +# 17

18 Fast Ethernet huby Fast Ethernet wykorzystuje dwie klasy hubów regenerujcych nazywanych repeaterami: Repeater klasy I moe by wykorzystany do łczenia segmentów zbudowanych w oparciu o róne media (np. do łczenia TX z T4). Musi on przy tym sam przetwarza sygnały odebrane z jednego segmentu do postaci cyfrowej akceptowanej w drugim segmencie. Proces translacji wykonywany w repeaterze klasy I (realizowany zawsze, bez wzgldu na to czy jest on potrzebny, czy te nie, gdy repeater łczy takie same segmenty) wprowadza tak due opónienie, e tylko jeden repeater klasy I moe by uyty w pojedynczej domenie kolizyjnej, jeeli wykorzystywana jest maksymalna długo kabla. Repeater klasy II moe współpracowa tylko z tym samym rodzajem medium. Nie dokonuje on przetwarzania odbieranych sygnałów do okrelonej postaci cyfrowej, a jedynie powiela odebrane sygnały, regenerujc je i przesyłajc na inne porty. Dziki temu wprowadza mniejsze opónienia. Oznacza to w praktyce, e przy wykorzystywaniu maksymalnej długoci kabla mona uy dwa repeatery klasy II w jednej domenie kolizyjnej. 18

19 Fast Ethernet huby ;+#(+ 1 '( ( # '(+'< 8 ' 53 %1 8 ' 55 #'#'(4=0=3 >1 8 ' 55'#'(4%3?@ )/ł#(#4=0=3 1 8 %# ł (3 %1 8 # 73 %1 8 # 3. )$& $,-.-/0 19

20 * ( +, -./ Base5 10Mb/s = b/s 6 51, / = 512 s b s b i ta min dł. ramki = 512 bitów jest w Ethernecie stałe zatem równie w Fast-Giga-10Giga-Ethernecie 100BaseFX 100Mb/s = b/s=10^8 b/s Minimalne tłumienie segment dowolnie dłuuuugi 8 ttam i z powrotem = 512 b / 10 b / s = 5120ns +-4)/ł#(#4=0= m d = v ( ttam i z powrotem / 2) = 3 10 (5120ns 1000 ns) / 2 = 3 s 8 m / 2 10 s = 412m s 20

21 8 * & bitów minimalna długo ramki -wito 100BaseFX -wiatłowód 100Mb/s = b/s=10^8 b/s Minimalne tłumienie segment dowolnie dłuuugi 8 ttam i z powrotem = 512 b / 10 b / s = 5120ns +-4)/ł#(#4=0=3 1 ' 55 #'#'(4=0=3 >1 2 8 m d = v ( ttam i z powrotem / 2) = 3 10 (5120ns 1000ns 920 ns) / 2 = 3 s 8 m / 2 10 s = 320m s 21

22 8 * & bitów minimalna długo ramki -wito 100BaseTX - skrtka 100Mb/s = b/s=10^8 b/s Tłumienie segment do 100m 8 ttam i z powrotem = 512 b / 10 b / s = 5120ns +-4)/ł#(#4=0=3 1 ' 55 #'#'(4=0=3 >1 # m d = v ( ttam i z powrotem / 2) = 3 10 (5120ns 1000ns ns) / 2 = 3 s m s = m s /

23 Fast Ethernet domeny Maksymalne rozpitoci domen kolizyjnych przedstawiono w tabeli. Podane w tej tabeli maksymalne odległoci midzy urzdzeniami sieciowymi wynikaj z: protokolarnego ograniczenia narzuconego na minimaln długo ramki, przyjtego w celu wykrycia kolizji (512 bitów, których czas transmisji jest równy 5120 ns), i opónie wprowadzanych przez poszczególne urzdzenia sieciowe. Typ regeneratora Pojedynczy segment DTE-DTE Przewody miedziane wiatłow Przewody ody miedziane i wiatłowody (T4 i FX) N/A N/A Przewody miedziane i wiatłowody Regenerator klasy I Regenerator klasy II N/A Dwa regeneratory klasy II N/A

24 * / )))6.7(, 24 89* ł#'#3 1'3# (#+' ł '(+ '. 8 ł ł ł. 89#ł +* ł ++ # 1# 'ł'(+.9ł+1# # (# 'ł'(+ )*(. 8:( 0)* *1 (ł'+ +*1 # # 'ł'# (#)* #1 *,(+1 ' ( 241 *'*(0)* '!(3 "++-.!(3"/(# +(# ' ('('ł**(. 8; # A A#B 24

25 Fast Ethernet Auto-Negocjacja Proces Auto-Negocjacji generuje i wykorzystuje sygnały zwane Fast Link Pulse (ang. FLP), które tworz paczki (ang. burst) składajce si z 33 impulsów, z których 16 o numerach parzystych przenosi informacj, za 17 o numerach nieparzystych wykorzystywanych jest do celów synchronizacji. Odstp czasu pomidzy poszczególnymi impulsami wynosi 62.5µs +/-7µs, a pomidzy całymi słowami - 16ms +/-8ms. Brak impulsu informacyjnego pomidzy kolejnymi impulsami synchronizacji (w paczce) oznacza logiczne zero, a jego pojawienie si - logiczn jedynk. Sygnały FLP s zmodyfikowan wersj sygnałów NLP (ang. Normal Link Pulse) stosowanych w 10Base-T. ~ 2ms ms NLP Paczka FLP ms - Paczka FLP NLP NLP Długo trwania "słów" FLP i NLP 25

26 Fast Ethernet Auto-Negocjacja W standardzie Fast Ethernet interfejsy sieciowe mog pracowa w wielu trybach, w zalenoci od rodzaju wykorzystywanego w sieci medium. Celem realizacji procedur Auto-Negocjacji jest umoliwienie współpracy rónych urzdze w trybie o najwyszym, akceptowanym przez wszystkie urzdzenia, priorytecie. Przypisanie priorytetów mediom a tym samym trybom pracy, od najwyszego do najniszego, przedstawiono w tabeli A: 100BASE-TX Full Duplex B: 100BASE-T4 C: 100BASE-TX D: 10BASE-T Full Duplex E: 10BASE-T 26

27 Gigabit Ethernet Auto-Negocjacja Wraz z wprowadzeniem standardu Gigabit Ethernet (1000BASE-T oraz 1000BASE-SX/LX) rozwinito mechanizm autonegocjacji midzy innymi o: wybór urzdzenia nadrzdnego (ang. Master) i podrzdnego (ang. Slave) oraz pole opisujce czy urzdzenie jest jedno czy wieloportowe (urzdzenie typu Master zostaje zawsze urzdzenie wieloportowe - w przypadku takich samych urzdze nastpuje losowanie). Wspólny, współdzielony przez oba urzdzenia zegar umoliwia popraw parametrów echo oraz NEXT. Switche rozsyłaj pakiety broadcastowe informujce sie o tym, e s urzdzeniami typu master, natomiast karty sieciowe zainstalowane w urzdzeniach kocowych zachowuj si wtedy jak urzdzenia typu slave. Master podczas transmisji danych korzysta z własnego zegara, natomiast slave odzyskuje zegar z otrzymanych danych. 27

28 Gigabit Ethernet Auto-Negocjacja Sam proces autonegocjacji w Ethernecie 1000BASE-T odbywa si na poziome warstwy PCS nie za PMA jak było to we wczeniejszych wersjach standardu 28

29 Gigabit Ethernet Auto-Negocjacja Wprowadzone dodatki wydłuyły proces autonegocjacji o około sekund w stosunku do poprzednich wersji Ethernetu (z niecałych czterech sekund do około piciu od momentu włczenia urzdzenia). Praca nad mechanizmem autonegocjacji w standardzie 10GBASE-T jest w toku - definiowanes nowe bity umoliwiajce wykorzystanie nowych opcji standardu 10 Gigabit Ethernet. A: 100BASE-TX Full Duplex B: 100BASE-T4 C: 100BASE-TX D: 10BASE-T Full Duplex E: 10BASE-T Przykładowa tabela priorytetów autonegocjacji Tabela priorytetów autonegocjacji Fast/Ethernet 29

30 GIGABITOWY ETHERNET (GE) przekaz danych z szybkoci 1 Gb/s (jak równie z szybkociami wikszymi), zapewnia moliwo wykorzystania istniejcej infrastruktury sieciowej, zainstalowanej z myl o zwykłym Ethernecie bd Fast Ethernecie. 4* B )*( * (+ ' * ( 5))) 6.71 #,# #1## ##++ł(- (' #/ #'(#(#'(C!. Standaryzacj Gigabitowego Ethernetu zajmuj si dwie grupy wyłonione w ramach IEEE: 802.3z - grupa odpowiedzialna za nowy standard Gigabitowego Ethernetu z wykorzystaniem wiatłowodów wielomodowych i jednomodowych oraz dla skrtki ekranowanej i kabla koncentrycznego, 802.3ab - grupa opracowujca standard Gigabitowego Ethernetu z uyciem skrtki nieekranowanej UTP 5 kategorii. 30

31 GIGABITOWY ETHERNET (GE) Podwarstwa dostpu do medium (MAC) połczenia dupleksowe i/lub półdupleksowe Interfejs dostpu do medium fizycznego (opcjonalne) Kodowanie/dekodowanie 8B/10B 5-cio wartociowa modulacja PAM 1000BASE-LX LWL wiatłowód 1000BASE-SX SWL wiatłowód 1000BASE-CX Ekranowany zrównowaony kabel miedziany 1000BASE-T UTP Kat. 5 SMF - 3km 50u MMF m 62.5u MMF m 50u MMF m 62.5u MMF m warstwa fizyczna 802.3z 25 m 100 m warstwa fizyczna 802.3ab Elementy funkcjonalne standardu Gigabitowego Ethernetu 31

32 Technologia Gigabitowego Ethernetu # # # ++ '( )* + '#(', # #(# #'ł ( #+ ++ #. 9' (( 1 '( #+ #ł(?%2# *'1#(- B3 B)/ # ++ #(* + 1? -#(/ 3 '. ##-' ł( ''+ ł( #(#,# + #µ/.;#+a '( ' # '#'# + #'( +. & B) '+ ( # * 2.! * #' # 6.7##ł('#+# '1 'ł B) # + )* +.?% 2. D # +#(+ #+ %>% 21 + ' ł(2'. #( ( ł #+ #1 ' (# # ++ + (# +'ł #'( ł # Preambuła SFD DA SA Typ/ Długo Dane FCS Pole rozszerzenia min 64 B min 512 B pola objte zabezpieczeniem kodowym FCS czas transmisji pojedynczej ramki Struktura ramki w standardzie GE 32

33 Koncepcja pracy dystrybutora w GE Poniewa GE dziedziczy wiele cech funkcjonalnych Ethernetu, wic i urzdzenia sieciowe GE s typowe dla Ethernetu (np. przełczniki, karty sieciowe, koncentratory). Wyjtkiem od tej reguły jest urzdzenie znane pod kilkoma nazwami: Buffered Repeater, Full Duplex Repeater, czy te pod najczciej spotykan Buffered Distributor (buforowany dystrybutor). Jest to specjalizowany koncentrator pracujcy w trybie pełnodupleksowym. 33

34 Koncepcja pracy dystrybutora w GE Buforowany dystrybutor jest wieloportowym retransmiterem posiadajcym, dla kadego portu dwa bufory, osobne dla ramek przychodzcych i wychodzcych. Obsługa poszczególnych buforów realizowana jest zgodnie z modelem FIFO. Poniewa stacja wysyłajca ramki moe szybko zapełni kolejk FIFO - pomidzy ni a dystrybutorem implementowany jest system sterujcy przepływem ramek (standard 802.3x). Tx Rx Kolejka Łcze FIFO dupleksowe Sterowanie przepływem Rx Sterowanie przepływem PHY PHY Sterowanie przepływem Tx Sterowanie przepływem Kolejka FIFO Tx Rx Kolejka Łcze FIFO dupleksowe Rx PHY PHY Tx Kolejka FIFO Tx Rx Kolejka Łcze FIFO dupleksowe Sterowanie przepływem Rx Stacje PHY PHY Sterowanie przepływem Tx Porty dystrybutora Kolejka FIFO D Y S T R Y B U T O R 34

35 Porównanie Gigabit Ethernet i Fast Ethernet rednia szybko transmisji [w Mb/s] Gb/s z transmisj grupow ramek Fast Ethernet Obcienie sieci [w %] Porównanie efektywnej szybkoci transmisji w funkcji obcienia sieci dla GE z transmisj grupow ramek oraz Fast Ethernetu 35

36 Migracja do rozwiza Gigabitowego Ethernetu Obecnie GE jest stosowany głównie pomidzy przełcznikami i routerami, przełcznikami i serwerami oraz do sprzgania w jeden organizm wielu uytkowników posiadajcych due wymagania odnonie przepustowoci oferowanej przez sie. Trzy scenariusze wdraania technologii GE: 1. Modyfikacja sieci szkieletowych Fast Ethernet (opartych na technologii przełczania), polegajca na integrowaniu przełczników Fast Ethernetu z przełcznikami GE; 2. Modyfikacja łczy sprzgajcych przełczniki z serwerami. Szybka komunikacja stacji roboczych z serwerami plików, aplikacji itp.; 3. Modyfikacja połcze midzy przełcznikami. W wyniku tej modyfikacji powstan superszybkie magistrale pomidzy przełcznikami 1000/100 Mb/s. a) b) 100 Mb/s 100/10 Mb/s 1000 Mb/s 100 Mb/s Przełcznik 100/10 Mb/s Fast Ethernet 100 Mb/s Przełcznik 1000/100 Mb/s Gigabit Ethernet 1000 Mb/s Struktura sieci opartej o przełczniki a) Fast Ethernet b) Gigabit Ethernet 100 Mb/s 100/10 Mb/s 1000 Mb/s 100 Mb/s 36