Ethernet Zasady i podstawy działania wspólne wszystkim odmianom Architektura 2 1
Standardy 802.3 Standard Standard Data Top- Rate ology Publikacja DIX-1980, 10Base5 10Mb/s Liniowa 802.3-1983 Half-Duplex Full-Duplex 10Base2 802.3a-1985 10Mb/s Liniowa kabel koncentryczny RG- 58 50 185 n/a 10Broad36 802.3b-1985 10Mb/s Liniowa kabel konc. (CATV) antenowy 75 1800 n/a FOIRL 802.3d-1987 10Mb/s Gwiazda dwa włókna optyczne 1000 >1000 1Base5 802.3e-1987 1Mb/s Gwiazda dwie pary skrętki CAT.2 250 n/a 10Base-T 802.3i-1990 10Mb/s Gwiazda dwie pary 100 Cat. 3 100 100 10Base-FL 802.3j-1993 10Mb/s Gwiazda dwa włókna optyczne 2000 >2000 10Base-FB 802.3j-1993 10Mb/s Gwiazda dwa włókna optyczne 2000 n/a 10Base-FP 802.3j-1993 10Mb/s Gwiazda dwa włókna optyczne 1000 n/a 100Base-TX 802.3u-1995 100Mb/s Gwiazda dwie pary 100 Cat. 5 100 100 100Base-FX 802.3u-1995 100Mb/s Gwiazda dwa włókna optyczne 412 2000 100Base-T4 802.3u-1995 100Mb/s Gwiazda cztery pary 100 Cat. 3 100 n/a 100Base-T2 802.3y-1997 100Mb/s Gwiazda dwie pary 100 Cat.3 100 100 laser (1300nm) po: 1000Base-LX 802.3z-1998 1Gb/s Gwiazda. 62.5um MMF 316 550. 50um MMF 316 550. 10um SMF 316 5000 1000Base-SX 802.3z-1998 1Gb/s Gwiazda laser (850nm) po:. 62.5um MMF 275 275. 50um MMF 316 550 1000Base-CX 802.3z-1998 1Gb/s Gwiazda specialnie ekranowany kabel ("twinax") 25 25 1000Base-T 802.3ab-1999 1Gb/s Gwiazda cztery pary 100 Cat. 5 100 100 1000Base-ZX 2001(2007) 802.3ap 1000BaseBX 10D / 10U 802.3af-2004 1Gb/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-192 10GBASE-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
Proces ustalania standardów 100 i 1000 HSSG = Higher Speed Study Group PAR = Project Authorization Requests LMSC- LAN/MAN Standards Committee 5 Ramka Ethernet a 802.3 6 3
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 0000 1111-0111 0100-1010 1000 0011 0110-1110 1110-1101 1001 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
802.3 z informacją 802.2 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 802.3 802.3 802.3 802.3 802.3 Field destination address source address 6 octets length 0xffff data Size 6 octets 2 octets 2 octets... 802.3 z dadatkiem 802.2 (SAP) Service Access Point Field Size Header 802.3 destination address 6 octets 802.3 source address 6 octets Ethernet SNAP Field Header 802.3 destination address 802.3 source address 802.3 length Size 6 octets 6 octets 2 octets 802.2 0xaa 1 octet 802.3 length 2 octets 802.2 0xaa 1 octet 802.2 destination SAP 1 octet 802.2 UI 1 octet 802.2 802.2 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
Transmisja ramki 11 Odbiór ramki 12 6
CSMA Zasada LBT( listen before talk) Kodowanie Manchester 0 = HI => lo 1 = lo => HI 13 Kodowanie ze składową stałą 14 7
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
Wzrost opóźnień Przy dużej liczbie stacji opróżnienia stają się niedopuszczalnie duże 17 Maksymalne konfiguracje z repeaterami 18 9
Model 1 uproszczony reguła 5-4-3 19 Model 2 Obliczenie czasu RTT (round trip time) min dł + preambuła - margines (max. 570 bitów wg 511 + 64 = 575 minus 5 zapasu) Obliczenie IGS zwężenia szczeliny międzyramkowej IFG (InterFrame Gap) (Interframe Gap Shinkage) 20 10
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 10BASE5 500 11.75 55.05 46.5 89.8 169.5 212.8 0.0866 10BASE2 185 11.75 30.731 46.5 65.48 169.5 188.48 0.1026 FOIRL 1000 7.75 107.75 29 129 152 252 0.1 10BASE-T 100 15.25 26.55 42 53.3 165 176.3 0.113 10BASE-FL 2000 12.25 212.25 33.5 233.5 156.5 356.5 0.1 długie AUI 48 0 4.88 0 4.88 0 4.88 0.1026 21 Obliczenie zawężenia szczeliny Zwężenie szczeliny międzyramkowej; Interframe Gap Shrinkage (IGS) w bitach Segment Type Transmitting End Mid-Segment Koncentryk ( mixed ) segment ( punkt-punkt) 16 10.5 11 8 Limit to 49 bitów, zatem z 96 szczelina może skrócić się do 47 22 11
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 10BASE5 500 11.75 55.05 46.5 89.8 169.5 212.8 0.0866 10BASE2 185 11.75 30.731 46.5 65.48 169.5 188.48 0.1026 FOIRL 1000 7.75 107.75 29 129 152 252 0.1 10BASE-T 100 15.25 26.55 42 53.3 165 176.3 0.113 10BASE-FL 2000 12.25 212.25 33.5 233.5 156.5 356.5 0.1 długie AUI 48 0 4.88 0 4.88 0 4.88 0.1026 212,25 + 356,5 = 573,75 ( bez zalecanego zapasu 5!!!) ale OK. szczelina jest dużo poniżej limitu, zmalała tylko o 10,5 24 12
Sprawdzenie modelu 1 według reguł modelu 2 Pomiędzy 1 2 przyjmijmy 1 jako lewy koniec Stałe => 11.75 + 185 0.1026 = 18.981 Razem 30.731 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 ( 33,5 + 500*0.1) 10BASE-FL 10BASE-T Razy 2 2*4,88 RTT dla ścieżki = Bit-Time Delay 30.731 89.8 83.5 83.5 176.3 9,76 473,591 26 13
Suma RTT Round-Trip Path Delay przy wyborze 10BASE-T jako Left End Segment Link Media Bit-Time Left End 10BASE-T 26.55 Mid-segment 10BASE5 89.8 Mid-segment 10BASE-FL 83.5 Mid-segment 10BASE-FL 83.5 Right End 10BASE2 188.48 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 16 10.5 11 8 Transmitting End Coax 16 Mid-segment Coax 11 Mid-segment Link 8 Mid-segment Link 8 razem = 43 < 49 OK 28 14
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 ( 0.6-0.8 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 511+64=575 do 1500*8=12 000 57 µs 1,2 ms ( zależnie od długości ramki) Cut-Thru PRE+DST 8B+6B 64+48 112 11,2 µs ( niezależnie od długości ramki) FragmentFree 575 ( czas oczekiwania na kolizję) 57 µs ( niezależnie od długości ramki) Czas kolejkowania? 30 15
Wynika z czasów: Propagacji 2/3 c Transmisji Opóźnienia Przełączania, rutowania Oczekiwania w kolejkach Czas reakcji oczekiwany przez ludzi to ok. 200-500 ms Opóźnienie głosu 135 ms 31 Długość kolejki a zajętość ( wykorzystanie, obciążenie, load ) Średnia długość kolejki 15 12 9 6 3 0 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Zajętość przepływności Wykorzystanie = obciążenie / przepustowość Długości kolejki = wykorzystanie /(1 - wykorzystanie) 32 16
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
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: 19120 Dia =5 C-A-C-B-E Dia =5 F-E-B-A-C 35 18