`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Десять миллиардов бит в секунду

0 
 
Напомним, что работа над стандартом началась в марте 1999 г.и продолжалась чуть более трех лет. Судя по всему, его создание оказалось делом нелегким. Стандарт должен был обеспечить выполнение следующих основных технических требований:
  • двунаправленный обмен данными в дуплексном режиме в топологии точка-точка;
  • поддержка скорости передачи данных 10 Gbps на МАС-уровне;
  • спецификация физического уровня LAN PHY для соединения с локальными сетями, оперирующего на МАС-уровне со скоростью передачи данных 10 Gbps;
  • спецификация физического уровня WAN PHY для соединения с сетями SONET/SDH, оперирующего на МАС-уровне со скоростью передачи данных, совместимой со стандартом OC-192 (9,95328 Gbps);
  • определение механизма приспособления скорости передачи данных уровня МАС к скорости передачи данных WAN PHY;
  • поддержка двух типов оптоволоконного кабеля -- одномодового (SMF) и многомодового (MMF);
  • спецификация независимого от среды передачи интерфейса XGMII (здесь XG обозначает 10 Gigabit, а MII -- Media Independent Interface);
  • обратная совместимость с предыдущими версиями Ethernet (сохранение формата пакета, размера и т. п.).
Сделаем некоторые комментарии по поводу дуплексного режима обмена данными. Напомним, что стандарт 10/100 Ethernet определяет два режима: полудуплексный и дуплексный. Полудуплексный в классической версии предусматривает использование разделяемой среды передачи и протокола CSMA/CD (Carrier-Sense Multiple Access/Collision Detection). Основными недостатками этого режима являются потеря эффективности при возрастании количества одновременно работающих станций и дистанционные ограничения, связанные с минимальной длиной пакета, составляющей 64 байта. В технологии Gigabit Ethernet для сохранения минимальной длины пакета применяется техника расширения несущей, которая дополняла его до 512 байт. Поскольку стандарт 10 GbE ориентирован на магистральные соединения типа точка--точка, то полудуплексный режим не входит в его требования. Следовательно, в данном случае длина канала ограничивается только характеристиками физической среды, используемыми устройствами приема/передачи, мощностью сигнала и методами модуляции. Необходимую же топологию можно обеспечить, например, с помощью коммутаторов. Дуплексный режим передачи дает также возможность сохранить минимальный размер пакета 64 байта без применения техники расширения несущей.


Стек протоколов 10 GbE

Десять миллиардов бит в секунду
Структура стека протоколов 10 GbE
В соответствии с эталонной моделью взаимодействия открытых систем (OSI) сетевая технология определяется двумя нижними уровнями: физическим (Layer 1, Physical ) и канальным (Layer 2, Data Link). В этой схеме уровень физических устройств Ethernet (PHY) отвечает Layer 1, а уровень управления доступом к среде (МАС) -- Layer 2. В свою очередь, в зависимости от реализуемой технологии каждый из этих уровней может содержать несколько подуровней. На рисунке представлена структура данных уровней и их соответствие модели OSI. В дальнейшем мы сосредоточим внимание на назначении и функциях основных уровней протокола, что, собственно говоря, и составляет суть технологии 10 GbE.

МАС (Media Access Control -- уровень управления доступом к среде). Обеспечивает логическое соединение между МАС-клиентами одноранговых (равноправных) рабочих станций. Его основными функциями являются инициализация, управление и поддержание соединения с одноранговым узлом сети. Очевидно, что нормальной скоростью передачи данных от МАС-уровня к физическому уровню PHY для стандарта 10 GbE является 10 Gbps. Однако уровень WAN PHY для согласования с сетями SONET OC-192 должен передавать данные с несколько меньшей скоростью. Это достигается с помощью механизма динамической адаптации межкадрового интервала, предусматривающего его увеличение на предопределенный отрезок времени.

Reconciliation Sublayer (подуровень согласования). Является интерфейсом между последовательным потоком данных МАС-уровня и параллельным подуровня XGMII. Он отображает октеты данных МАС-уровня на параллельные тракты XGMII (см. ниже).

XGMII (независимый от среды интерфейс 10 Gigabit). Основная функция заключается в том, чтобы обеспечить простой и легко реализуемый интерфейс между канальным и физическим уровнями. Он изолирует канальный уровень от специфики физического и позволяет, таким образом, первому работать на едином логическом уровне с различными реализациями второго.

XGMII состоит из двух независимых каналов приема и передачи. По каждому из них передаются 32 бита данных по четырем 8-разрядным трактам.

Следующая часть стека протоколов относится к физическому уровню 10 GbE. Архитектура Ethernet разбивает физический уровень на три подуровня.

PCS (Physical Coding Sublayer -- подуровень физического кодирования). Осуществляет кодирование/декодирование потока данных, поступающих от/к канальному уровню. На механизмах кодирования мы вкратце остановимся ниже.

PMA (Physical Medium Attachment -- подуровень подключения к физической среде). Является параллельно-последовательным (прямым и обратным) преобразователем. Он выполняет преобразование группы кодов в поток бит для последовательной бит-ориентированной передачи и осуществляет обратное преобразование. Этот же подуровень обеспечивает синхронизацию приема/передачи.

PMD (Physical Medium Dependent -- зависимый от среды передачи данных подуровень). Отвечает за передачу сигналов в данной физической среде. Типичными функциями этого подуровня являются формирование и усиление сигнала, модуляция. Разные PMD-устройства могут поддерживать различные физические среды передачи.

MDI (Medium Dependent Interface -- зависимый от среды интерфейс). Задает типы коннекторов для разных физических сред и PMD-устройств.


Некоторые особенности реализации физического уровня и XGMII

Стандарт 10 GbE определяет три различных семейства физических уровней PHY: 10GBASE-X, 10GBASE-R и 10GBASE-W (см. рис.). Они отличаются методами кодирования, используемыми PCS (схемы 8 b/10 b или 64 b/66 b), и наличием или отсутствием подуровней интерфейса WAN (WAN Interface Sublayer -- WIS).

Подуровень кодирования PCS для семейства 10GBASE-X использует схему 8 b/10 b и четырехтрактовый интерфейс приема/передачи к подуровню PMA. Скорость передачи для каждого тракта составляет 3,125 Gbps, что суммарно дает 12,5 Gbps. Такая скорость необходима вследствие больших накладных расходов при применении этой техники кодирования. Однако ее основным преимуществом является то, что она принята и для стандарта 1 GbE, благодаря чему можно бесшовно объединять данные сети. Текущий стандарт 10 GbE предусматривает одну спецификацию PMD, известную как 10GBASE-LX4, для 10GBASE-X это широкое мультиплексирование с разделением по длине волны (Wide Wave Division Multiplexing -- W-WDM). По каждому тракту передается одна длина волны, несущая поток бит со скоростью 3,125 Gbps.

Семейство 10GBASE-R базируется на схеме кодирования 64 b/66 b. Для этого физического уровня имеется три типа PMD: 10GBASE-SR, 10GBASE-LR и 10GBASE-ER.

Семейство 10GBASE-W определяет инкапсуляцию 64 b/66 b-кодированных данных во фрейм SONET OC-192. Здесь специфицируются четыре PMD: 10GBASE-SW, 10GBASE-LW, 10GBASE-EW и 10GBASE-ER.

10GBASE-R и 10GBASE-W разделяют общий подуровень PCS -- схему кодирования 64 b/66 b и 16-разрядный синхронный интерфейс к подуровням PMA или WIS.

Обозначение LAN PHY применимо к любому типу физического уровня 10GBASE-X или 10GBASE-R, тогда как WAN PHY относится к 10GBASE-W.

Большинство главных отличий между двумя основными классификациями физического уровня приведено в таблице.



Одним из многих технических новшеств стандарта 10 GbE является интерфейс XAUI (произносится как "Zowie"). Здесь X -- это римская цифра 10 (заметим, что в некоторых источниках Х трактуется как eXended), а AUI -- Attachment Unit Interface. Он был разработан, чтобы совместно с XSXS (XGMII eXtender Sublayer -- подуровень расширения XGMII) служить расширением интерфейса XGMII (см. рис.). Последний представляет собой интерфейс с 74-разрядной сигнальной шиной (по 32 бита на прием и передачу), который можно использовать для подсоединения MAC-уровня Ethernet к физическому уровню. XAUI может применяться вместо XGMII или совместно с ним для межмикросхемных соединений уровней МАС и PHY. XAUI -- это четырехразрядная самосинхронизирующаяся последовательная шина, ставшая прямым развитием уровня 1000BASE-X PHY. Скорость передачи данных по ней в 2,5 раз выше, чем в 1000BASE-X (3,125 Gbps). Четыре параллельных тракта XAUI обеспечивают необходимую для 10 GbE скорость передачи данных.

Одним из блоков стандарта 802.3ae является XSBI (10 G Sixteen Bit Interface) -- 16-разрядный интерфейс между подуровнями PCS и PMA. Он поддерживает два типа физических уровней: LAN PHY (10GBASE-R) и WAN PHY.

Остановимся несколько подробнее на подуровне WIS. Как уже упоминалось выше, последний был введен в спецификацию 10 GbE для осуществления взаимодействия с сетями SONET/SDH. Для этого требовалось согласовать скорость передачи данных, кадрирование, структуру полезной нагрузки и скремблирование в соответствии с требованиями интерфейсов SONET STS-192 и SDH VC-4-64c. В то время как WIS выполняет данные функции согласования, существует выделенный подуровень PMD, который обеспечивает физическое соединение с сетями SONET/SDH. Однако PMD, определенный для использования в WAN PHY, не поддерживает электрические и оптические спецификации SONET. Это значит, что WAN PHY не может применяться для прямого подключения к стандартным портам SONET. Указанная проблема решается с помощью дополнительных средств.

Появление стандарта 10 GbE значит для сетевой индустрии несколько больше, чем улучшенные возможности технологии Ethernet -- высокая скорость передачи данных и увеличение длины канала. Он может оказать существенное влияние на архитектуру будущих глобальных сетей, став единой базой для построения сетей LAN, MAN и WAN. Это позволит использовать сквозные методы транспортировки на уровне 2.
0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT