Ethernet. Zasady i podstawy działania wspólne wszystkim odmianom. Architektura

Transkrypt

1 Ethernet Zasady i podstawy działania wspólne wszystkim odmianom Architektura 2 1

2 Standardy Standard Standard Data Top- Rate ology Publikacja DIX-1980, 10Base5 10Mb/s Liniowa Half-Duplex Full-Duplex 10Base a Mb/s Liniowa kabel koncentryczny RG n/a 10Broad b Mb/s Liniowa kabel konc. (CATV) antenowy n/a FOIRL 802.3d Mb/s Gwiazda dwa włókna optyczne 1000 >1000 1Base e Mb/s Gwiazda dwie pary skrętki CAT n/a 10Base-T 802.3i Mb/s Gwiazda dwie pary 100 Cat Base-FL 802.3j Mb/s Gwiazda dwa włókna optyczne 2000 > Base-FB 802.3j Mb/s Gwiazda dwa włókna optyczne 2000 n/a 10Base-FP 802.3j Mb/s Gwiazda dwa włókna optyczne 1000 n/a 100Base-TX 802.3u Mb/s Gwiazda dwie pary 100 Cat Base-FX 802.3u Mb/s Gwiazda dwa włókna optyczne Base-T u Mb/s Gwiazda cztery pary 100 Cat n/a 100Base-T y Mb/s Gwiazda dwie pary 100 Cat laser (1300nm) po: 1000Base-LX 802.3z Gb/s Gwiazda. 62.5um MMF um MMF um SMF Base-SX 802.3z Gb/s Gwiazda laser (850nm) po:. 62.5um MMF um MMF Base-CX 802.3z Gb/s Gwiazda specialnie ekranowany kabel ("twinax") Base-T 802.3ab Gb/s Gwiazda cztery pary 100 Cat Base-ZX 2001(2007) 802.3ap 1000BaseBX 10D / 10U 802.3af Gb/s Gwiazda Laser (10 um SMF) n/a 70(100) km 100 Mb/s 1GB/s Gwiazda Medium kabel koncentryczny 50 (gruby) Laser (10 um SMF) WDM (1300/1500 nm) Maximum Cable Length in Meters n/a 500 n/a 10 km 3 10GBase - XX WAN PHY (10GBASE-W) (WAN) na SONET/OC GBASE-SW, 10GBASE-LW, 10GBASE-EW,10GBASE-ZW 10GBASE-SR ("short range") 10GBASE-LR ("long range") 10GBASE-LRM (Long Reach Multimode) 802.3aq 10GBASE-ER ("extended range") 4 2

3 Proces ustalania standardów 100 i 1000 HSSG = Higher Speed Study Group PAR = Project Authorization Requests LMSC- LAN/MAN Standards Committee 5 Ramka Ethernet a

4 Kolejności bitów w oktetach Oktety są transmitowane od lewej do prawej, ale w oktecie od najmłodszego bitu pierwszego, czyli adres: FO-2E-15-6C-77-9B Nie jest multicastowy 7 Ramki 100 i 1000 SSD Start of Stream Delimiter ( J + K ) SFD Start of Frame Delimiter ESD End of Stream Delimiter ( T +R ) 8 4

5 802.3 z informacją i inne Ethernet II Header Ethernet II Ethernet II Ethernet II Field address source address type data Size 6 octets 6 octets 2 octets... Header Field destination address source address 6 octets length 0xffff data Size 6 octets 2 octets 2 octets z dadatkiem (SAP) Service Access Point Field Size Header destination address 6 octets source address 6 octets Ethernet SNAP Field Header destination address source address length Size 6 octets 6 octets 2 octets xaa 1 octet length 2 octets xaa 1 octet destination SAP 1 octet UI 1 octet source SAP control 1 octet 1 octet SNAP SNAP protocol ID type 1 octet 1 octet 9 data... data... Znaczniki VLAN TPID (Tag Protocol Identifier) 8100H CFI : Canonical Format Indicator 0 w ETH. 1 w TR VID : VLAN ID FFFH jest zarezerwowane 0 ruch priorytetowy 10 5

6 Transmisja ramki 11 Odbiór ramki 12 6

7 CSMA Zasada LBT( listen before talk) Kodowanie Manchester 0 = HI => lo 1 = lo => HI 13 Kodowanie ze składową stałą 14 7

8 CSMA / CD Jeśli dwie stacje nadają jednocześnie to następuje kolizja wykrywana jako: w kablu koncentrycznym: chwilowe przekroczenie napięcia średniego w kablu dwutorowym: istnienie innej transmisji 15 wydajność 16 8

9 Wzrost opóźnień Przy dużej liczbie stacji opróżnienia stają się niedopuszczalnie duże 17 Maksymalne konfiguracje z repeaterami 18 9

10 Model 1 uproszczony reguła Model 2 Obliczenie czasu RTT (round trip time) min dł + preambuła - margines (max. 570 bitów wg = 575 minus 5 zapasu) Obliczenie IGS zwężenia szczeliny międzyramkowej IFG (InterFrame Gap) (Interframe Gap Shinkage) 20 10

11 Tabela do obliczeń RTT Opóżnienie RTT w bitach = Stałe + RTDelay/m*długość Segment Type Max Length (in meters) Left End Stałe Max Middle Segment stałe Max Right End stałe Max RT Delay/ meter 10BASE BASE FOIRL BASE-T BASE-FL długie AUI Obliczenie zawężenia szczeliny Zwężenie szczeliny międzyramkowej; Interframe Gap Shrinkage (IGS) w bitach Segment Type Transmitting End Mid-Segment Koncentryk ( mixed ) segment ( punkt-punkt) Limit to 49 bitów, zatem z 96 szczelina może skrócić się do

12 Przykład obliczeniowy dużej sieci 10 Base FL Ta konfiguracja nie przystaje do modelu 1 Wybieramy najgorszą ścieżkę (stacje 1-2) 23 Obliczenie RTT i IGS Opóżnienie RTT w bitach = Stałe + RTDelay*długość Segment Type Max Length (in meters) Left End Stałe Max Middle Segment stałe Max Right End stałe Max RT Delay/ meter 10BASE BASE FOIRL BASE-T BASE-FL długie AUI , ,5 = 573,75 ( bez zalecanego zapasu 5!!!) ale OK. szczelina jest dużo poniżej limitu, zmalała tylko o 10,

13 Sprawdzenie modelu 1 według reguł modelu 2 Pomiędzy 1 2 przyjmijmy 1 jako lewy koniec Stałe => = Razem Nie ma innych opróżnień np.: Extra kabli AUI 25 Suma RTT Link Left End Mid-segment Mid-segment Mid-segment Right End Dodatkowo długie AUI Round-Trip Path Delay przy wyborze 10BASE2 jako Left End Segment Media 10BASE2 10BASE5 10BASE-FL ( 33, *0.1) 10BASE-FL 10BASE-T Razy 2 2*4,88 RTT dla ścieżki = Bit-Time Delay ,76 473,

14 Suma RTT Round-Trip Path Delay przy wyborze 10BASE-T jako Left End Segment Link Media Bit-Time Left End 10BASE-T Mid-segment 10BASE Mid-segment 10BASE-FL 83.5 Mid-segment 10BASE-FL 83.5 Right End 10BASE Dodatkowo długie AUI Razy 2 RTT dla ścieżki = 9,76 481,59 27 szczelina Interframe Gap Shrinkage in Bit Times Segment Type Transmitting End Mid-Segment Kierunek 1=> 2 jest gorszy Media/Link Shrinkage in Bit Times Coax Link segment Transmitting End Coax 16 Mid-segment Coax 11 Mid-segment Link 8 Mid-segment Link 8 razem = 43 < 49 OK 28 14

15 Switch, minimalne opóźnienie trzy metody pracy przełączników Koncentratory wprowadzają opóźnienie około 1 RTT W konfiguracjach bliskich maksymalnej dochodzi do ok 240 bitów ( 24 µs) ( przy 5- ciu odcinkach i 4-rech koncentratorach ) Każdy switch ma w sobie nadajniki / odbiorniki podobne jak koncentrator Dodatkowe opóźnienie jest takie jak lewe końce/2 czyli ok. 6-ciu 8 miu bitów ( µs) jest pomijalnie małe wobec wprowadzanego przez działanie przełącznika 29 Które opóźnienie jest istotne? Propagacja: 1 km / 200 m/µs = 5 µs Koncentrator (5-4-3) 1 RTT 24 µs 6 µs na każdy koncentrator Przełącznik dodatkowo: S&F od =575 do 1500*8= µs 1,2 ms ( zależnie od długości ramki) Cut-Thru PRE+DST 8B+6B ,2 µs ( niezależnie od długości ramki) FragmentFree 575 ( czas oczekiwania na kolizję) 57 µs ( niezależnie od długości ramki) Czas kolejkowania? 30 15

16 Wynika z czasów: Propagacji 2/3 c Transmisji Opóźnienia Przełączania, rutowania Oczekiwania w kolejkach Czas reakcji oczekiwany przez ludzi to ok ms Opóźnienie głosu 135 ms 31 Długość kolejki a zajętość ( wykorzystanie, obciążenie, load ) Średnia długość kolejki ,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Zajętość przepływności Wykorzystanie = obciążenie / przepustowość Długości kolejki = wykorzystanie /(1 - wykorzystanie) 32 16

17 Przykład Przełącznik ma 20 użytkowników, każdy wysyła 20 ramek na sekundę Przeciętna długość ramek 750 B (max/2) Każdy daje 120 kb/s, razem 2,4 Mb/s Ramki wychodzą przez łącze LAN 10Mb/s Obciążenie = 20 x 20 x 750 x 8 = 2,4 Mb/s Zajętość = 2,4 / 10 = 24% Średnia długości kolejki = (0.24)/(1-0.24) = 0.33 ramek 250x8=2000b 200µs ALE jeśli x3 zajętość = 3 x 2,4 / 10 = 72% Średnia długości kolejki = (0.72)/(1-0.72) = 2,5 ramki 2,5x750x8=15000b 1,5 ms 33 Opóźnienie przykład cd. łącze LAN 1 km, 20 stacji Propagacja: 1 km / 200 m/µs = 5 µs Transmisja 750B: 750*8/10Mb/s = 600 µs Czas kolejkowania ( opróżnienia kolejki): przy 2,4 Mb/s 0,33 * 600 µs = 200 µs przy 3 x 2,4 Mb/s 2,5 * 600 µs = 1500µs Czas przełączania: Store&Forward, to czas transmisji ramki 600 µs 34 17

18 Liczba przełączników w szeregu, jest limit? Nie jest ograniczona, ale: wymaga uwagi ze względu na STP timery timery 2 s Hello i średnica 7 ( max liczba na ścieżce ) jeśli średnica dia>7, to trzeba poprawić jeśli średnica dia<7, to można poprawić, ulepszyć Understanding and Tuning Spanning Tree Protocol Timers, Cisco Document ID: Dia =5 C-A-C-B-E Dia =5 F-E-B-A-C 35 18