Gigabit EthernetSADRAJ
ISTORIJAT ETHERNETA
Robert Metcalf – "3Com"
Nekoliko desetina “Xerox Alto” radnih stanica na zajedniki kabl duine oko 1 km protoka 2,94 Mb/s
Principski zasnovan na paketskoj mrei “Aloha” razvijenoj na Univerzitetu Havaji
1980 – Prvi Ethernet standard
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
IEEE 802.3 Ethernet standard
1983 - IEEE 802.3: “Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Access Method and Physical Layer Specifications”
Half dupleks veze
Prvobitni standard predvia upotrebu iskljuivo koaksijalnih kablova (10 Base5 Thick, 10 Base2 Thin)
Kasnije dopune i novi Ethernet standardi uvode u upotrebu bakarne parice (UTP, STP) i optika vlakna
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
ISTORIJAT ETHERNETA
100 Mb/s Ethernet standard
Novost: duplex Ethernet veze - “switched” Ethernet, proširivost na vee razdaljine
1996 – Formiranje “Gigabit Ethernet Alliance”
11 kompanija osniva GEA sa ciljem da aktivno uestvuje u razvoju gigabitskog standarda
Ubrzo nakon osnivanja okuplja preko 100 kompanija
Swiched Ethernet je onaj kod koga su uvedni switchevi?? Nisu odmah postojali u 802.3, ali su uvedni i za njega, tj. I za 10Mb,
ali prvi put su uvedeni u standardu od 100Mb
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
ISTORIJAT ETHERNETA
2002 – IEEE 802.3ae: 10 Gigabit Ethernet
Ethernet standard protoka 10 Gb/s
Iskljuivo duplex Ethernet veze (eliminisanje CSMA/CD protokola)
Iskljuivo po optikim vlaknima
Napredne komunikacione tehnologije
Osnovni principi Etherneta
OSNOVNI PRINCIPI ETHERNETA
Ethernet
Skup pravila (protokola) kojim se definiše (standardizuje) nain prenosa podataka izmeu raunarskih sistema u okviru LAN mree koju ine vei broj stanica (raunara) prikljuenih na zajedniki prenosni medijum
Ethernet standard definiše
standardizovanim znaenjima pojedinih bita
Fiziki medijum za prenos signala
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
ETHERNET RAM
Podaci se preko Ethernet mree prenose u formi Ethernet ramova
Veliina rama (bez preambule + SOF bajta): 64-1518 bajta (1522 bajta - IEEE 802.1 Q/p VLAN)
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
ETHERNET RAM
Sinhronizaciona sekvenca
Poslednji bajt: “10101011” - SOF
“Zakljuava” DPLL petlju prijemnika
Prva 3 bajta dodeljena proizvoau (OUI)
3 moda prijemne adrese:
Unicast, Multicast i Broadcast
IEEE 802.3: duina korisnikog polja
IEEE 802.3: LLC identifikuje protokol višeg nivoa
U istoj mrei mogue koristiti opremu po oba
standarda
Nakon procesiranja Ethernet rama, sadraj ovog
polja šalje se odgovarajuem protokolu višeg
nivoa
FORMIRANJE ETHERNET RAMA
Viši nivoi protokola
IEEE 802.3 Ethernet CSMA/CD
Meusobna komunikacija radnih stanica posredstvom zajednikog prenosnog medijuma
Dok jedna od stanica šalje podatke, ostale nemaju tu mogunost – half dupleks
Fer raspodelu resursa rešava CSMA/CD protokol
Osnovne funkcionalnosti CSMA/CD protokola su u delu mrene kartice – TRANSIVERU
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
TRANSIVER
Vrši etiri osnovne funkcije:
Osluškivanje nosioca i detekcija sudara na kablu
Izolacija elektronike mrene kartice od prenosnog medijuma
Zaštita mree od kvara na transiveru ili mrenoj kartici
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
CSMA/CD
Nosioc (Carrier): protok struje (18-20 mA) kroz kabl
Transiver ne detektuje nosioca slanje podataka
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
CSMA/CD
Predajni transiver šalje podatke bit po bit na mreni kabl
Emitovani biti ne stiu trenutno niti istovremeno do ostalih radnih stanica prikljuenih na mreu
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
Sudar (Collision)
Ako dve (ili više) stanice priblino istovremeno zaponu slanje podataka
Transiver stanice koja vrši predaju podataka istovremeno prati (“osluškuje”) zbivanja na kablu
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
Sudar (Collision)
Ako detektuje sudar (protok struje > 24 mA), zaustavlja slanje i umee 4-bajtnu “jam” sekvencu
“jam” sekvencu e ostali prijemnici smatrati CRC poljem, zbog ega e ram biti odbaen
Jam je bitan zbog povezivanja bridzevima I habovima, jer stanice na istom segmentu znaju za koliziju jer je mogu detektovati, dok je stanicama na drugim segmentima potrebno javiti da ona postoji.
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
Ispravan rad CSMA/CD protokola
RTT ROUND TRIP TIME – vreme potrebno signalu da sa jednog kraja CSMA/CD mree otputuje do drugog kraja i nazad
Sve stanice moraju saznati da je došlo do sudara
Trajanje emitovanja rama minimalne duina mora biti due od RTT intervala
Ethernet ram minimalne duine 64 bajta
Ethernet slot period
vreme slanja 64 bajta (za 10 Mb/s iznosi 51.2 s)
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
BACK-OFF ALGORITAM
Sve stanice zaustavljaju emitovanje nakon slanja “jam” sekvence
Prelazi se na Retransmission Back-Off Algorithm
Maksimalan broj pokušaja retransmisije Kmax = 16 slotova nakon ega se ram odbacuje
Pre emitovanja svakog rama - IFG period (Interframe Gap)
Vreme slanja 12 bajta (u sluaju 10Mb/s to je 9.6 s)
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
PRIJEM PODATAKA
Sluajevi kada se primljeni ram odbacuje
ram < 64 bajta,
ram ne sadri ceo broj bajta
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
PRIJEM PODATAKA
CRC provera FCS polja
Svaki prijemnik ispituje da li se adresa destinacije poklapa sa njegovom fizikom (MAC) adresom
ako je taj uslov zadovoljen podaci se prosleuju na odgovarajui SAP (Service Access Point) ka višem nivou
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
DIJAGRAM STANJA CSMA/CD
STRUKTURA ETHERNET PROTOKOLA
MAC se bavi osluskivanjem nosioca a to se radi u transiveru a on je na fizickom nivou => MAC je delom na fizickom nivou
Po Blue Book-u Ethernet ram je imao polje koje je oznacavalo SAP nekog od gornjih nivoa,dok je tok kod 802.3 izdvojeno u LLC kao poseban protokol sa svojim zaglavljem.
LLC Formiranje Ethernet rama
ETHERNET – FIZIKI NIVO
Interfejs mrene kartice prema kablu, nain prenosa podataka, elektrine oblike signala
Linijski kod (NRZ, RZ, Manchester...)
Metode vremenske sinhronizacije
Prua servis prenosa podataka MAC podnivou
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
MEDIUM ACCESS CONTROL - MAC
Vrši dve osnovne funkcije:
Formiranje Ethernet rama: MAC PDU (Protocol Data Unit)
MAC PDU = MAC PCI + MAC SDU
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
LOGICAL LINK CONTROL - LLC
Zasnovan je na HDLC protokolu
Zaglavlje (LLC PCI) podeljeno u dve celine:
Zaglavlje LLC protokola – 3 bajta
SNAP (SubNetwork Access Protocol) zaglavlje – 5 bajta
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
LLC ZAGLAVLJE
Osnovni zadaci:
Standardne "Link-Layer" funkcionalnosti
DSAP (Destination SAP)
SSAP (Source SAP)
su proširene adrese koje ukazuju na SAP ka treem nivou
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
LLC ZAGLAVLJE
Trei bajt LLC zaglavlja prua podršku razliitim modovima upotrebe LLC protokola:
Mod 1 (connectionless)
Mod 2 (connection-oriented)
Mod 3 (connectionless acknowledged)
SNAP zaglavlje koristi se u sluaju da LLC protokol prenosi IP pakete
Napredne komunikacione tehnologije
Arhitektura Ethernet mree
SEGMENT KABLA ETHERNET MREE
Formira se povezivanjem mrenih kartica radnih stanica na zajedniki prenosni kabl
Standardizovana konfiguracija
Koaksijalni segmenti mogu sadrati veliki broj prikljuenih stanica i moraju biti “terminirani”
Optiki i UTP segmenti podravaju samo dve kartice na krajevima kabla
Uveli smo da segmenti kabla povezani na isti hab tvore jedan kolizioni domen.
I za optiku i za utp kazemo segment kabla iako su to veze tacka tacka
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
SEGMENT KABLA ETHERNET MREE
PROŠIRENJE ETHERNETA NA FIZIKOM NIVOU
Segment kabla ogranien prostorno i brojem radnih stanica
Proširenje mree
RIPITER/HAB
Ripiteri/habovi rade na fizikom nivou
po prijemu rama na jednom svom portu ripiter/hab ga jednostavno prosleuje na sve ostale portove
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
KOLIZIONI DOMEN
Skup segmenata kabla koji ine CSMA/CD mreu u kojoj dolazi do sudara podataka ukoliko dve ili više stanica zaponu istovremeno emitovanje
Skup segmenata kabla povezanih ripiterima/habovima
Prostire se prvog mrenog ureaja drugog OSI nivoa
Ripiteri/habovi povezuju segmente razliitih prenosnih medija ali obavezno istih protoka
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
FORMIRANJE KOLIZIONOG DOMENA
Formiranje kolizionih domena vrši se po strogo standardom definisanim uputstvima
Primer: “5-4-3 pravilo” - kolizioni domen sadri
do pet segmenata povezana sa
etiri ripiter/haba
od ega najviše tri segmenta mogu sadrati prikljuene radne stanice
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
PRIMER: 5-4-3 PRAVILO
Koliko ovde ima segmenata?????? Ima ih 6, ali mi brojimo samo najduzu putanju, I ona mora imati manje od 5 segmenata od kojih najvise 3 mixing. Sto je ovde i zadovoljeno
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
Osnovne funkcije RIPITER/HAB
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
PROŠIRENJE ETHERNETA NA NIVOU VODA PODATAKA
Kolizioni domen je prostorno ogranien
vreme emitovanja minimalnog Ethernet rama (64 B) mora biti vee od RTT intervala
Za 10 Mb/s Ethernet
Vreme emitovanja min. rama (64B = 512b) = 51.2 s
Put koji signal pree u koaks. kablu (v=0.7c) = 10700 m
Dijametar mree = 5350 m
Hab unosi kašnjenje koje smanjuje dijametar mree
Napomenuti da tu jos postoje I kasnjenja habova koja dodatno smanjuju dijametar na recimo 2500 metara
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
BRID/SVI
dva kolizionih domena - brid
više kolizionih domena - svi
BRID/SVI
Višestruka istovremena i nezavisna komunikacija izmeu kolizionih domena
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
TABELE PROSLEIVANJA
Tabele se formiraju za svaki port
Za svaki port sadre MAC adrese Ethernet interfejsa koji pripadaju datom kolizionom domenu
Svaka nova MAC adresa unosi se u tabelu
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
BRID/SVI – PRINCIP RADA
Po prijemu Ethernet rama na neki od portova, vrši se provera MAC adrese nakon ega su tri opcije mogue:
Brid/svi ne poseduje adresu odredišta u tabelama prosleivanja flooding
Adresa destinacije dodeljena istom portu sa kojeg je primljena ram se odbacuje
Adresa destinacije dodeljena portu sa kojeg nije primljen posmatrani ram ram se prosleuje na oitani port
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
RIPITER/HAB vs. BRID/SVI
Brid/svi prosleuje primljeni ram u izlazni bafer na odgovarajuem interfejsu da ravnopravno sa ostalim stanicama konkuriše za prenos rama
Ripiter/hab ne memoriše ve samo prosleuje ramove na sve preostale interfejse – flooding
Napredne komunikacione tehnologije
GIGABIT ETHERNET
“Backbone" rešenje velikih LAN mrea koje trae:
Vee digitalne protoke
PREDNOSTI GIGABIT ETHERNET-a
isti format i veliinu rama kao prethodni Ethernet standardi
Iskustva u projektovanju hardvera i softvera
Veliki broj edukovanog osoblja
GE – PROTOKOL STEK
GE – FIZIKI MEDIJUM
1000 Base X standardi (802.3z) bazirani su na fizikom nivou Fibre Channel protokola
Fibre Channel
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
GE – FIZIKI MEDIJUM
LX
500
400
500
N/A
550
550
550
5000
za vea rastojanja; MM vlakno: za kimeni kabl vee zgrade; SM vlakno: za kime korporacijskih i kampus mrea dometa do 5 km; 1310 nm laser + MM/SM vlakno
CX
25
kratkodometna verzija; koristi 150 Ω balansiran STP kabl; dometa do 25m za rekove sa komutacionom opremom (switching closets), za povezivanje radnih stanica u okviru jedne prostorije; lako se instališe i jeftin je
T
100
iskorištava veliku osnovu insta- liranog UTP kabla, omoguava jednostavan i jeftin upgrade mree na 1G, za jeftino tzv. horizontalno kabliranje: povezivanje ureaja na jednom spratu zgrade
T koristi 4 parice!!!!! I uveden je posle CX tj. STP pa je to objasnjenje zasto postize vece daljine, da su uvedna neka nova resenja koja nisu postojale u vreme STP-a
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
AUTO NEGOTIATION PROCEDURA
protok mree (10, 100 ili 1000 Mb/s)
prenosni mod (half dupleks (CSMA/CD) ili dupleks)
Proces pregovaranja se završava oko 40 ms nakon ukljuenja ureaja
Half dupleks samo za prenike manje od 200m
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
Prenosni modovi GE MAC
Dodeljeni odvojeni predajni i prijemni kanali izmeu tano dva Ethernet interfejsa protoka 1 Gb/s svaki (bez CSMA/CD)
Pause protokol
Dve neophodne izmene CSMA/CD protokola:
Produenje nosioca (Carrier Extension)
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
PRODUENJE NOSIOCA
10 Mb/s Ethernet: min.ram (64 B) max. raspon kolizionog domena sa 4 haba je ~ 2500 m
GE: 100*10 Mb/s = 1 Gb/s 2500 m/100 = 25 m
Produenje nosioca:
Za MAC PDU veliine izmeu 64 i 512 bajta dopuna bajtima proširenja do 512 bajta veliine
raspon kolizionog domena ~ 200 m
bajti proširenja se na prijemu prepoznaju i odbacuju
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
PRODUENJE NOSIOCA
“Bajti produenja” slede FCS polje rama
FCS se rauna bez bajta proširenja
Dug niz malih paketa smanjuje se efektivan protok mree rešenje je Packet Bursting
min 64 bajta
PACKET BURSTING
Poveanje efektivnog protoka u sluaju emitovanja niza malih paketa (< 512 B)
Prvi ram emituje se sa bajtima proširenja nakon ega sledi niz ramova razdvojenih IFG periodom do ukupne veliine svih emitovanih ramova 1500 bajta
U dupleks modu ne primenjuje se
ni postupak produenja nosioca
niti packet bursting postupak
10 GIGABIT ETHERNET
Isti format i veliina MAC PDU
Kompatibilnost sa ranijim standardima
Podrava prenos samo po optikim vlaknima
Obzirom da je 10 GE iskljuivo full dupleks, podaci se sa MAC nivoa maksimalnim protokom (10 Gb/s), samo sa obaveznim IFG rastojanjem izmeu susednih MAC PDU (Ethernet ramova),
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
10 GE STANDARD – OZNAKE
Više varijanti fizikog nivoa koje se razlikuju u pojedinim podnivoima (PCS, PMD, PMA)
optiki PMD podnivo: tri vrste emisione opreme (LD) sa oznakom S (850 nm), L (1310 nm) i E (1550 nm)
podrazumeva se serijski PMD (biti se na medijum prenose serijski), ali postoji mogunost korišenja i WWDM-a
Kodovanje PCS podnivoa: oznaka X (8B/10B), R (64B/66B) i W (SONET/SDH enkapsulacija – 64B/66B kod)
Izmeu MAC i fizikog nivoa uvek je 10 Gb/s
podnivo kodovanja podataka na fiziki medijum PCS (Physical Coding Sublayer),
podnivo prikljuenja na fiziki medijum PMA (Physical Medium Attachment)
podnivo zavisan od vrste fizikog medijuma PMD (Physical Medium Dependent):
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
STANDARDI FIZIKOG NIVOA
10 GE PROTOKOL STEK
10 GE
MMF 50/125 500 MHz*km
65 m
L – Long
SMF G.652
1-10 km
E – Extra
SMF G.653
40 + km
MAN mree
MMF 62.5/125 160 MHz*km
300 m
L WWDM 2
SMF G.652
10 km
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
PRIMENA 10 GE
Ethernet: dominantna LAN tehnologija 95 % ( 300 miliona) instaliranih mrenih LAN portova
Fast i GE proširili domet Etherneta od kancelarijske do korporacijske (kampus) mree raspona do 5 km
10 GE prelazi granice LAN mree i predvia masovnu upotrebu u formiranju MAN mrea
GE se polako pomera ka pristupnom delu LAN-a dok u njeno jezgro (backbone) dolazi 10 GE
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
OPTIKA VLAKNA U 10 GE
MULTIMODNA VLAKNA
62.5 m vlakno
50 m vlakno
OPTIKA VLAKNA U 10 GE
MONOMODNA VLAKNA
Standard Single Mode Fiber (Dispersion Unshifted Fiber)
G.652
G.655
DA
OPTIKA VLAKNA U 10 GE
Uticaj slabljenja
Uticaj disperzije
240 m
300 m
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
PRIMENA 10 GE U LAN MREAMA
Nije se oekivalo znaajnije prisustvo 10 GE zbog nedavne tranzicije na GE
Prenos slika visokog kvaliteta (CAD/CAM, medicinske potrebe)
Prenos video signala; HDTV format (35-40 Mb/s), MPEG 2 (6-10 Mb/s) za potrebe videokonferencija, uenja na daljinu, VoD...
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
PRIMENA 10 GE U LAN MREAMA
Brz pristup internetu, masovna upotreba VPN, SAN
Udaljeni pristup aplikacijama, bazama podataka, bibliotekama...
Optiki komunikacioni sistemi – Gigabit Ethernet */101
Centar za telekomunikacije – Napredne komunikacione tehnologije
PRIMENA 10 GE U MAN MREAMA
10 GE namenjen proboju Etherneta na MAN trište
Mnogi MAN provajderi startovali GE mreom
10 GE donosi 10 Gb/s protok i rasponom Etherneta na preko 40 km
Za 10 GE preko MAN infrastrukture zainteresovane:
Korporacijske mree
Inter-POP i Intra-POP veze Internet Service Provider tj. ISP mree
Stanica
spremna