Standardy Ethernet. Ewolucja

Transkrypt

1 1 Standardy Ethernet Ewolucja Ethernet PARC firmy Xerox (PARC Palo Alto Research Center) = Ethernet I topologia magistrali kabel koncentryczny o grubości ½ cala (12 mm) o maksymalnej długości 500m połączenie komputer-kabel przez łącznik AUI (Attachment Unit Interface) przy pomocy specjalnego kabla AUI metoda dostępu do nośnika: CSMA, Carrier Sense Multiple Access wielodostęp z badaniem stanu nośnika DIX Ethernet (Digital, Intel, Xerox) = Ethernet II ustalono wielkość danych na oktetów dodano pole wypełnienia metoda dostępu do nośnika: CSMA/CD, Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detection wielodostęp z badaniem stanu nośnika oraz wykrywaniem kolizji IEEE to standard międzynarodowy opisuje technologię sieci lokalnej Ethernet II (jedyna różnica między Ethernet II a IEEE polega na interpretacji jednego z pól ramki Ethernet)

2 2 Standardy IEEE oznaczenie: prędkość_transmisji sposób_kodowania medium_transmisyjne np. 10BASE5 oznacza: 10= prędkość 10Mbps, BASE= transmisja w paśmie podstawowym (cyfrowa tj. stany dyskretne), 5= kabel koncentryczny gruby 100BASE-TX: 100Mbps, transmisja w paśmie podstawowym, skrętka nieekranowana 10BASE5 jest pierwszą technologią nazywaną tzw. grubym Ethernetem (Thicknet) medium: kabel koncentryczny (COAX) 50Ω złącze: AUI topologia: magistrala każdy segment sieci może mieć do 500m kabla (uwaga: liczba możliwych segmentów sieci jest ograniczona i opisana regułą , która oznacza: (maksymalnie) 5 segmentów sieci 4 wtórniki (repeater) pomiędzy nimi 3 segmenty z hostami 2 segmenty bez hostów 1 duża domena kolizyjna) tylko jedna stacja jednocześnie może transmitować (półdupleks) w przeciwnym wypadku dojdzie do konfliktu dwóch lub wielu sygnałów w medium maksymalny transfer: 10 Mbps ta technologia i poniższe używają kodowania transmisyjnego Manchester 10BASE2 1985r. tzw. cienki Ethernet (Thinnet) medium: kabel koncentryczny (COAX) 50Ω, na każdym otwartym końcu kabel musi być zaterminowany oporem 50Ω (aby nie było odbić) złącze: BNC, każda stacja jest przyłączona za pomocą tzw. łącznika T topologia: magistrala każdy segment sieci może mieć do 185m kabla tylko jedna stacja jednocześnie może transmitować (półdupleks) maksymalny transfer: 10 Mbps w pojedynczym segmencie sieci może być do 30 hostów minimalna odległość pomiędzy dwoma hostami w segmencie wynosi 50cm

3 3 10BASE-T 1990r. medium: skrętka nieekranowana UTP kategorii 3, 4, lub 5; wykorzystane są 2 pary skręcone złącze: RJ45 (ISO 8877) topologia: gwiazda (hosty dołączone są do jednego centralnego urządzenia, którym może być koncentrator lub przełącznik) każdy segment sieci może mieć do 100m kabla, oznacza to zatem: o maksymalną długość łącza pomiędzy hostem a urządzeniem centralnym o maksymalną odległość pomiędzy dwoma np. przełącznikami pierwotnie protokół był półdupleksowy - potem pełnodupleksowy maksymalny transfer: 10 Mbps (w przypadku pełnodupleksowym efektywnie oznacza to podwojenie tej wartości czyli 20 Mbps) chociaż można łączyć koncentratory (w łańcuch), to należy unikać takiego projektowania sieci lokalnej, by zapobiec przekraczaniu maksymalnego opóźnienia na przejście ramki pomiędzy dwoma najbardziej odległymi stacjami im mniejsze opóźnienia tym lepsza wydajność sieci 802.3u Fast Ethernet kodowanie transmisyjne w tych technologiach jest dwuetapowe: stosowany jest kod 4B/5B a następnie kodowanie liniowe zależne od rodzaju medium (skrętka lub światłowód) w standardzie Fast Ethernet połączenia półdupleksowe są możliwe (przez koncentrator) jednak nie są pożądane - z natury system sygnalizacji Fast Ethernet jest przystosowany do obsługi transmisji pełnodupleksowej wraz ze standardem Fast Ethernet nastąpiło powolne odchodzenie od koncentratorów na rzecz przełączników 100BASE-TX 1995 medium: skrętka nieekranowana UTP kategorii 5; wykorzystane są 2 pary skręcone złącze: RJ45 (ISO 8877), warstwa fizyczna wg. ANSI X3T9.5 FDDI topologia: gwiazda zasięg: każdy segment sieci może mieć do 100m kabla maksymalny transfer: 100Mbps (tzn. 200 Mbps w trybie pełnodupleksowym) przy połączeniu dwóch wtórników Klasy II długość skrętki nie powinna przekraczać 5m Fast Ethernet na skrętce nieekranowanej kategorii 3, 4, albo 5 znane jest też jako standard 100BASE-T4 kodowanie transmisyjne: 4B/5B + MLT-3 (multi-level transmit-3 levels)

4 4 100BASE-FX 1998r. medium: światłowód MM 62.5/125 μm (stosowany także światłowód SM, ale nie należy do specyfikacji) złącze: MIC - Media Interface Connector (dwustronne), ST lub S.C. warstwa fizyczna wg. ANSI X3T9.5 FDDI topologia: gwiazda zasięg: każdy segment sieci może mieć od 412m (połączenia przełączane) do 2000m (linki FDX) tryb: pełny dupleks maksymalny transfer: 200Mbps (ponieważ mamy oddzielne światłowody do transmisji i odbioru danych) kodowanie transmisyjne: 4B/5B ta technologia nadaje się do budowy sieci szkieletowych np. połączeń między kondygnacjami lub pomiędzy budynkami, gdzie kable miedziane są mniej pożądane ze względu na czułość elektromagnetyczną na zakłócenia ze względu na prawie jednoczesne wejście na rynek technologii 100BASE-FX oraz Gigabit Ethernet, ta pierwsza nie zyskała popularności i w budowie sieci szkieletowych dominującym standardem stał się Gigabit Ethernet ZASIĘG Architektura stacja - stacja stacja - przełącznik przełącznik - przełącznik (półdupleks, pełny dupleks) 1 wtórnik Klasa I (półdupleks) 1 wtórnik Klasa II (półdupleks) 2 wtórniki Klasa II (półdupleks) 100BASE-TX [m] 100BASE-FX [m] 100BASE-TX i 100BASE-FX (TX) (FX) (TX) 208 (FX) (TX) (FX)

5 ab Gigabit Ethernet na UTP 1000BASE-TX 1999r. medium: skrętka nieekranowana UTP kategorii 5e, używane są 4 pary skręcane złącze: RJ-45 topologia: gwiazda zasięg: każdy segment sieci może mieć do 100m skrętki maksymalny transfer: 1000 Mbps używa się do budowy: sieci szkieletowych wewnątrz budynków, łączy pomiędzy przełącznikami, farm serwerowych jest kompatybilny z 10BASE-T i 100BASE-TX obsługuje tryb pełnodupleksowy jak i półdupleksowy ograniczenia na długości łączy pracujących w trybie połnodupleksowym wynikają z właściwości medium, a nie z zależności czasowych standardu kodowanie transmisyjne: 4D-PAM5 jednoczesne przesyłanie i odbiór danych następuje na każdej parze skręcanej: powoduje to powstawanie w sposób ciągły wielu kolizji, co objawia się bardzo skomplikowaną strukturą napięcia na parze jego odkodowanie wymaga użycia wielu technik (kasowanie echa, technika wyprzedzającej korekcji błędów - FEC, Forward Error Correction, selekcja poziomów napięcia) w jałowym trybie pracy kabla występuje 9 poziomów napięcia, a podczas transmisji danych 17, tak duża liczba stanów, które dodatkowo podlegają pewnemu zniekształceniu w medium, powoduje, że sygnał przypomina bardziej sygnał analogowy niż cyfrowy jest też bardziej podatny na szum stacja wysyłająca dzieli dane na 4 współbieżne strumienie, które następnie koduje i wysyła równolegle przez cztery pary skręcane stacja odbierająca zestawia cztery strumienie do jednego otrzymanego strumienia bitów danych standard 1000BASE-TX operuje na granicy zdolności regeneracji transmitowanego sygnału jakiekolwiek problemy z kablem lub zbyt duży szum zewnętrzny uniemożliwiają transmisję nawet na odległościach mniejszych od 100m wszystkie połączenia pomiędzy stacją a koncentratorem lub przełącznikiem powinny być skonfigurowane na Auto-Negotiation, aby umożliwić jak najlepszą negocjację warunków transmisji danych, co w technologii 1000BASE-TX jest krytyczne

6 6 1000BASE-CX C w nazwie oznacza cross connect lub copper (Gigabit Ethernet for Copper-Twinax Cabling) maksymalny transfer: 1000 Mbps medium: skrętka ekranowana STP kategorii 5, używane są 4 pary skręcane (okablowanie podobne do technologii IBM Token Ring) złącze: RJ-45 topologia: gwiazda zasięg: 25m zastosowanie: zwornik w węźle dystrybucyjnym zastępujący dużą liczbę krótkich połączeń (redukuje koszt) 802.3z Gigabit Ethernet na światłowodzie 2000r. maksymalny transfer: 1 Gbps ramka ma ten sam format co Ethernet i Fast Ethernet ponieważ używa się oddzielnych światłowodów do wysyłania (Tx) i otrzymywania bitów (Rx) technologie Gigabit są z natury pełnodupleksowe ze względu na znaczny czas zapalania i wygaszania diody LED lub lasera, światło świeci pulsująco, co uzyskuje się przykładając naprzemiennie niskie i wyższe napięcie, logiczne zero jest reprezentowane przez stan niskiego napięcia, logiczna jedynka przez stan wyższego napięcia plusy technologii o brak problemów z uziemieniem oraz odporność na szum elektromagnetyczny o dobra odporność na atenuację sygnału wraz z odległością używa się do łączenia odległych sieci lokalnych Gigabit Ethernet na światłowodzie używa kodu transmisyjnego 8B/10B + dodatkowy algorytm kodowania aby zwiększyć przepływność, ciąg bitów z podwarstwy MAC jest kodowany jako symbole są symbole danych i symbole kontrolne wśród symboli kontrolnych mogą znajdować się informacje sterujące takie jak początek i koniec ramki, stan jałowy itp.

7 7 1000BASE-SX S w nazwie oznacza krótkie fale (światła) lub krótki zasięg warstwa fizyczna wspólna z 1000BASE-LX medium: światłowód MM 62.5/50 μm; laser 850 nm lub LED złącze: SC topologia: gwiazda zasięg: o MM 62.5 μm: 220m (pasmo 160MHz/km), 275m (pasmo 200MHz/km) o MM 50 μm: 550m (pasmo 400MHz/km, 500MHz/km) zastosowanie: podłączanie desktopów 1000BASE-LX L w nazwie oznacza długie fale (światła) lub długi zasięg medium: światłowód MM 62.5/50 μm, SM 9 μm, laser 1310 nm złącze: SC topologia: gwiazda zasięg: o MM 62.5 μm: 440m (pasmo 500MHz/km) o MM 50 μm: 550m (pasmo 400 lub 500 MHz/km) o SM 10 μm: 5km (3-10km) zastosowanie: rdzeń sieci na kampusie WARSTWY GIGABIT ETHERNET MAC, Medium Access Control pełny dupleks i/lub półdupleks GMII - Gigabit Media Independent Interface Koder/Dekoder 8B/10B Koder/Dekoder 4D-PAM5 światłowód 1300nm 1000BASE-LX światłowód 850nm 1000BASE-SX skrętka STP 1000BASE-CX skrętka UTP 1000BASE-TX

8 ae 10 Gigabit Ethernet na światłowodzie czerwiec 2002 medium: światłowód SM 10 μm, MM 50,65 μm złącze: SC są to standardy rozwijane nie tylko do budowy sieci lokalnych, ale także sieci miejskich (MAN) oraz rozległych (WAN) szybkie, pełnodupleksowe technologie Ethernet zapewniają wystarczające warunki nawet do wprowadzenia gwarantowanej jakości usług (QoS, Quality of Service) format ramki jest taki sam dla standardu Ethernet, Fast Ethernet i Gibabit Ethernet pozwala to na współpracę tych technologii bez potrzeby przepakowywania danych pomiędzy ramkami i konwersji protokołów używając do transmisji wiązek światłowodowych mamy do czynienia tylko z trybem pełnodupleksowym protokół CSMA/CD nie jest konieczny w technologiach 10 GbE nie używa się koncentratorów ponieważ tryb półdupleksowy nie jest obsługiwany kodowanie transmisyjne obejmuje dwa oddzielne kroki 10GBASE-S medium: światłowód wielomodowy MM 850nm zasięg o MM 62.5 μm: 2-26m przy minimalnym paśmie 160MHz/km o MM 62.5 μm: 2-33m przy minimalnym paśmie 200MHz/km o MM 50 μm: 2-66m przy minimalnym paśmie 400MHz/km o MM 50 μm: 2-82m przy minimalnym paśmie 500MHz/km o MM 50 μm: 2-300m przy minimalnym paśmie 2000MHz/km 10GBASE-L medium: światłowód jednomodowy SM 10 μm, laser 1310nm zasięg: 2-10km

9 9 10GBASE-E medium: światłowód jednomodowy SM 10 μm, laser 1550nm zasięg: 2-30km 10GBASE-SR technologia przeznaczona do połączeń na krótkie odległości m po istniejącym światłowodzie wielomodowym (MM, Multi Mode) 10GBASE-LX4 używa techniki podziału długości fali (WDM, Wavelength Division Multiplexing) zasięg o MM 62.5 μm: 2-300m przy minimalnym pasmie 500MHz/km o MM 50 μm: 2-24km przy minimalnym paśmie 400MHz/km o MM 50 μm: 2-30km przy minimalnym pasmie 500MHz/km o SM 10 μm: 2-10 km laser 1310 μm 10GBASE-LR, 10GBASE-ER technologie te są przeznaczone przy połączeniach na odległość 10 i 40 km za pomocą światłowodu jednomodowego (SM, Single Mode) 10GBASE-SW, 10GBASE-LW, 10GBASE-EW standardy znane pod wspólną nazwą jako 10GBASE-W są przeznaczone do pracy z sieciami SONET/SDH aż do szybkości OC-192 ( Gbps) w pewnych sytuacjach 10GbE może współzawodniczyć z ATM

10 10 Token Ring/IEEE pojedyncze hosty są zorganizowane w pierścień, a specjalny token danych jest przekazywany dookoła tego pierścienia do każdego hosta po kolei gdy host chce nadawać, przechwytuje token, wysyła dane przez ograniczony czas, a następnie przekazuje token do następnego hosta w pierścieniu protokół Token Ring jest środowiskiem bezkolizyjnym, ponieważ w określonym czasie może nadawać tylko jeden host Proces przekazywania tokenu (żetonu) w technologii Token Ring i IEEE występują trzy rodzaje ramek o ramki typy dane przenoszą informacje do protokołów warstw wyższych o ramki typu komenda przenoszą informacje sterujące i nie komunikują się z warstwami wyższymi o ramka token decyduje o przydziale prawa do transmisji

11 11 Format tokenu i ramki Znacznik początku (Start delimiter) alarmuje każdą stację o nadejściu tokenu lub ramki Sterowanie dostępem (Access-Control Byte) priorytet (3 bity najbardziej znaczące) rezerwacja (3 bity najmniej znaczące) token (1 bit) rozróżnia ramkę i token monitor (1bit) używa go aktywny monitor do sprawdzania czy ramka nie krąży w nieskończoność Sterowanie ramką (Frame-Control Byte) informuje czy ramka reprezentuje dane czy informacje sterujące (typ informacji sterującej) Adres stacji odbiorczej (Destination Address) określa adres fizyczny stacji odbiorczej Adres stacji nadawczej (Source Address) określa adres fizyczny stacji nadawczej Dane długość pola ograniczona czasem przetrzymywania tokenu przez stację sieciową FCS (Frame-Check Sequence) pole związane z kontrolą błędów transmisji, gdy są błędy ramka jest likwidowana Znacznik końca (End delimiter) wskazuje na koniec tokenu lub ramki, identyfikuje także ramkę błędnie przesłaną oraz jej pozycję w logicznej sekwencji Stan ramki (Frame Status) kończy ramkę