Ευρυζωνικά δίκτυα (7) Αγγελική Αλεξίου alexiou@unipi.gr 1
Wired LANs: Ethernet 2
IEEE 802 project Το 1985, η IEEE ξεκίνησε ένα νέο project, το 802, γιαναθέσει τα standards που θα προδιαγράψουν την επικοινωνία μεταξύ εξοπλισμού LANs από διαφορετικούς κατασκευαστές Το Project 802 παρέχει τις προδιαγραφές για το φυσικό επίπεδο και το επίδεδο σύνδεσης δεδομένων Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 3
Ethernet σύντομη ιστορική αναδρομή Βασική ιδέα: χρήση του shared channel ( ALOHA 1960s, SLOTTED ALOHA 1972, Πανεπιστήμιο της Χαβάης) Με τη χρήση του shared channel εισάγεται η έννοια του contention-based network Experimental Ethernet (2.94 Mbps): Xerox (Bob Metcalfe, Palo Alto, 1972) Ιδέα-κλειδί σε σχέση με το ALOHA ηχρήσηcarrier Sense Collision Detection (1977) Το 1984 το Ethernet υιοθετήθηκε ως επίσημο standard από την ΙΕΕΕ (IEEE 802.3) Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 4
ΗεξέλιξητουEthernet Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 5
802.3 MAC frame Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 6
Διεύθυνση Ethernet Στην περίπτωση broadcast η διεύθυνση είναι ειδική περίπτωση του multicast όπου όλα τα bits είναι 1. Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 7
Κατηγορίες του Standard Ethernet Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 8
Manchester encoding Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 9
Εξέλιξη του Standard Ethernet Bridges (γέφυρες) Collision Domain: Τμήμα του δικτύου όπου μπορεί να υπάρξει collision. (Μέσα σε ένα collision domain μόνο ένας σταθμός μπορεί να μεταδίδει σε δεδομένη χρονική στιγμή.) Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 10
Εξέλιξη του Standard Ethernet Switched Ethernet Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 11
Εξέλιξη του Standard Ethernet Full-Duplex Switched Ethernet Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 12
Fast Ethernet Cat 3 400 8B/6T Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου PAM-3 13
4B/5B Name 4b 5b Description 0 0000 11110 hex data 0 1 0001 01001 hex data 1 2 0010 10100 hex data 2 3 0011 10101 hex data 3 4 0100 01010 hex data 4 5 0101 01011 hex data 5 6 0110 01110 hex data 6 7 0111 01111 hex data 7 8 1000 10010 hex data 8 9 1001 10011 hex data 9 A 1010 10110 hex data A B 1011 10111 hex data B C 1100 11010 hex data C D 1101 11011 hex data D E 1110 11100 hex data E F 1111 11101 hex data F Q -NONE- 00000 Quiet (signal lost) I -NONE- 11111 Idle J -NONE- 11000 Start #1 K -NONE- 10001 Start #2 T -NONE- 01101 End R -NONE- 00111 Reset S -NONE- 11001 Set H Ευρυζωνικά -NONE- Δίκτυα Α. Αλεξίου00100 Halt 14
MLT-3 (multi level transmission) MLT-3: cycles through the voltage levels -1, 0, +1, and 0 Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 15
Non-Return-to-Zero Inverted (NRZI) 1 : transition 0 : no transition Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 16
Gigabit Ethernet βασικά χαρακτηριστικά Ηalf-duplex και full-duplex λειτουργία σε ταχύτητες της τάξης των 1000Mpbs Χρήση του ήδη υπάρχοντος 802.3 προτύπου για πλαίσια Ethernet Χρήση της μεθόδου CSMA/CD με υποστήριξη ενός repeater ανά πεδίο σύγκρουσης (collision domain) Συμβατότητα με τα πρότυπα 10BASE-T (Ethernet) και 100BASE-T (Fast Ethernet) Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 17
Gigabit Ethernet - Αρχιτεκτονική Ακολουθεί τον συνδυασμό 2 τεχνολογιών: IEEE 802.3 Ethernet και ANSI X3T11 FibreChannel Τα πλεονεκτήματα της επιλογής αυτής είναι ότι μπορεί να εκμεταλλευτεί την ήδη υπάρχουσα, υψηλής ταχύτητας πρόσβαση στο φυσικό μέσο (τεχνολογία του FibreChannel) και ταυτόχρονα να διατηρεί το πρότυπο πλαισίου του Ethernet και τη συμβατότητα με την ήδη εγκατεστημένη βάση συστημάτων. Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 18
Αρχιτεκτονική (2) Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 19
Gigabit Ethernet βασικά χαρακτηριστικά φυσικού επιπέδου Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 20
Non-Return-to-Zero Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 21
Φυσικό επίπεδο Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 22
Φυσικό επίπεδο - 802.3z Τα δεδομένα που μεταφέρει το φυσικό επίπεδο, τα οποία εισάγονται μέσω του υποεπιπέδου εξάρτησης (physical media dependent sublayer PMD), χρειάζεται να υποστηρίζουν το κατάλληλο σχήμα κωδικοποίησης. Το υποεπίπεδο πρόσδεσης φυσικού μέσου (physical media attachment sublayer - PMA) στο Gigabit Ethernet παρέχει framing και συγχρονισμό octets. Χρήση κωδικοποίησης 8Β/10Β. Το υποεπίπεδο προσαρμογής (reconciliation sublayer) στέλνει δεδομένα σε ομάδες των 8 bits στο υποεπίπεδο PCS (physical media coding sublayer), το οποίο αναλαμβάνει την κωδικοποίηση τους σε ομάδες των 10 bits με πρόσθεση bits ελέγχου. Το GMII (Gigabit Media Independent Interface) είναι μια σειρά προδιαγραφών που καθορίζουν τη σύνδεση του MAC με το φυσικό επίπεδο. Σκοπός των προδιαγραφών αυτών είναι η ανεξάρτητη, από το είδος του φυσικού μέσου, λειτουργία από το υπό-επίπεδο MAC και πάνω. Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 23
Φυσικό επίπεδο - 802.3ab Η μετάδοση σε ρυθμούς 1000Mb/s πάνω στο UTP 5 παρουσιάζει τις εξής δυσκολίες: ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές εξασθένηση του σήματος απώλεια επιστροφής (return loss) ηχώ (echo), ως αποτέλεσμα της λειτουργίας σε full-duplex, παράγεται όταν το παραμένoν σήμαμετάδοσης(residual transmit signal) και η απώλεια επιστροφής του καλωδίου συνδυάζονται crosstalk, είναι ανεπιθύμητα σήματα που παράγονται από την αλληλεπίδραση των σημάτων μεταξύ δύο ζευγών. Εφόσον το 1000Base-T χρησιμοποιεί και τα 4 ζεύγη του UTP 5, κάθε ζεύγος μπορεί να επηρεαστεί από καθένα από τα αλλά 3 ζεύγη. Το crosstalk σε σχέση με τον πομπό χαρακτηρίζεται ως: Near-end crosstalk (NEXT), που δημιουργείται στην έξοδο του ζεύγους των καλωδίων, στην απόληξη του πομπού Far-end crosstalk (FEXT), που δημιουργείται στην έξοδο του ζεύγους των καλωδίων, στην απομακρυσμένη απόληξη του καλωδίου που ξεκινά από τον πομπό Equal level far-end crosstalk (ELFEXT), όμοια με το FEXT απότοοποίοόμως αφαιρείται το μέγεθος της εξασθένησης του σήματος (attenuation) Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 24
Φυσικό επίπεδο - 802.3ab (2) Για τη λειτουργία του 1000Base-T: Χρησιμοποιείται καλωδίωση που συμβαδίζει με το πρότυπο ANSI/TIA/EIA-568-A (1995) για Category 5 UTP Γίνεται dual duplex χρήση και των 4 ζευγαριών καλωδίων για να επιτυγχάνεται ρυθμός συμβόλων 125Mbaud Γίνεται χρήση της κωδικοποίησης PAM-5 που επιτρέπει την αποστολή περισσότερης πληροφορίας με κάθε σύμβολο Γίνεται χρήση της 4D 8-state Trellis Forward Error Correction κωδικοποίησης για να αντισταθμιστεί η επίδραση του θορύβου και του crosstalk Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 25
Φυσικό επίπεδο -802.3ab (3) Χρησιμοποιούνται τεχνικές διαμόρφωσης παλμού που βελτιώνουν το προς μετάδοση σήμα σε σχέση με το κανάλι. (Π.χ. ελαχιστοποιείται η ενέργεια του σήματος σε συχνότητες με μικρή αντοχή σε θόρυβο και παρεμβολές.) Χρησιμοποιούνται υψηλής τεχνολογίας DSP τεχνικές εξισορρόπησης (equalize) του σήματος για την αντιμετώπιση του θορύβου, της ηχούς και του crosstalk καθώς και για την επίτευξη bit error rate 10-10 Xρησιμοποιείται scrambling Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 26
Επίπεδο 2 To υποεπίδεδο MAC του Gigabit Ethernet είναι σχεδόν πανομοιότυπο με το αντίστοιχο MAC των Ethernet και Fast Ethernet. Χρησιμοποιεί τη μορφή πλαισίων που ορίζει το πρότυπο 802.3 Έχει τη δυνατότητα να λειτουργήσει είτε σε half-duplex (με τη χρήση της μεθόδου CSMA/CD) είτε σε full-duplex Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 27
Επίπεδο 2(2) Carrier Extension για αποφυγή συγκρούσεων ΟσχεδιασμόςτουαρχικούEthernet (που λειτουργούσε μόνο σε half-duplex) όριζε ως απόσταση μεταξύ σταθμών τα 2 χιλιόμετρα. Ο περιορισμός αυτός είχε σχέση με τη μέθοδο CSMA/CD και το ελάχιστο μέγεθος πλαισίου. Όταν συμβεί μια σύγκρουση πρέπει οι σταθμοί που εμπλέκονται να το μάθουν πριν ολοκληρώσουν τη μετάδοση. To Carrier Extension χρησιμοποιείται ώστε να διατηρηθεί η μέγιστη απόσταση μεταξύ σταθμών ( διάμετρος του δικτύου ) στο Gigabit Ethernet στα 200 μέτρα. Όταν ένα πλαίσιο είναι μικρότερο των 512bytes τότε το MAC στέλνει ένα ειδικό σήμα που διαρκεί τόσο ώστε το πλαίσιο να φαίνεται στους άλλους σταθμούς ως πλαίσιο των 512bytes, οπότε παρέχεται ο απαιτούμενος χρόνος να ανιχνευθεί τυχόν σύγκρουση. Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 28
Επίπεδο 2 (3) Frame bursting Μειονέκτημα carrier extension: η προέκταση δεν χρησιμοποιείται για δεδομένα ενώ καταναλώνει bandwidth. Για την αντιμετώπιση του προβλήματος έγινε μια ακόμα αλλαγή στο MAC που ονομάστηκε frame bursting. Το frame bursting είναι η μετάδοση πολλών μικρών (<512bytes) πλαισίων μαζί, συνολικού μεγέθους το πολύ 8192bytes. Όμως υπάρχουν εφαρμογές που δεν είναι συμβατές με το frame bursting, επειδή π.χ. λειτουργούν με τη λογική μετάδοσης ενός μικρού πλαισίου και αναμονή απάντησης. Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 29
Επίπεδο 2 (4) 802.3x full-duplex/flow control Με τη μέθοδο CSMA/CD προσφέρεται ένας εγγενής τρόπος ελέγχου ροής αφού οι συγκρούσεις που δημιουργούνται εμποδίζουν την υπερφόρτωση. Σε full-duplex η CSMA/CD απενεργοποιείται οπότε πρέπει να χρησιμοποιηθεί κάποια άλλη μέθοδος ελέγχου ροής. Σύμφωνα με το 802.3x, όταν σε μια άκρη της σύνδεσης ο δέκτης δεν μπορεί να ανταποκριθεί στην κίνηση στέλνει ένα ειδικό PAUSE πλαίσιο που ειδοποιεί τον πομπό να σταματήσει τη μετάδοση. Όταν ο πομπός σταματήσει να δέχεται το PAUSE συνεχίζει τη μετάδοση. Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 30
Επίπεδο 2 (5) 802.1p - ορίζει μια μέθοδο που επιτρέπει στους σταθμούς να ζητούν προτεραιότητα και επιτρέπει στα switches να μεταφέρουν τις αιτήσεις αυτές 802.1Q - ορίζει μια τυποποίηση για εικονικά δίκτυα (Virtual LANs - VLANs) 802.3ad - ορίζει μια τυποποίηση για link aggregation (η δυνατότητα ύπαρξης πολλαπλών παράλληλων point-to-point switch/switch ή switch/server συνδέσεων) Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 31
Επίπεδο 3 Το Gigabit Ethernet δεν παρέχει μηχανισμούς Quality of Service (QoS), μπορεί όμως να παράσχει Class of Service (CoS - ή αλλιώς best-effort QoS) Δέχεται αιτήσεις QoS χωρίς όμως να εγγυάται 100% ικανοποίηση τους. ΗυποστήριξηCoS παρέχεται στο Gigabit Ethernet μέσω προτύπων όπως τα 802.1p, 802.1Q και κυρίως μέσω του Resource reservation Protocol (RSVP). Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 32
Gigabit Ethernet (802.3z) Topologies Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 33
Πλεονεκτήματα Eύκολη και άμεση μετάβαση σε επίπεδα υψηλότερης απόδοσης Διατηρείται η μορφή πλαισίου 802.3 Full- και Half-Duplex λειτουργία Χαμηλό κόστος ιδιοκτησίας- συμπεριλαμβανομένου του κόστους αγοράς και υποστήριξης Ικανότητα υποστήριξης νέων εφαρμογών και τύπων δεδομένων όπως ανάμειξη data και video πάνω από το Ethernet χάρη στα παρακάτω: Aυξημένο bandwidth που παρέχεται από Fast Ethernet και Gigabit Ethernet, βελτιωμένο από LAN switching. Νέα πρωτόκολλα όπως το RSVP που παρέχουν εξασφάλιση bandwidth. Νέα standards όπως το 802.1Q και 802.1p που θα παρέχουν εικονικά LAN (VLAN) και πληροφορίες προτεραιότητας για τα πακέτα μέσα στο δίκτυο. Ευέλικτο Internetworking: Oι τρέχουσες τεχνολογίες internetworking και switching είναι πλήρως συμβατές με το Gigabit Ethernet, όπως ακριβώς είναι με το Ethernet και το Fast Ethernet. Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 34
Επίδοση [Half-Duplex with collisions, CSMA/CD] Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 35
10Gigabit Ethernet (802.3ae) WIS: WAN Interface Sublayer Ευρυζωνικά Δίκτυα Α. Αλεξίου 36