Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Ethernet dobry na
wszystko
Auto-Negocjacja
Krzysztof Nowicki
Katedra Teleinformatyki
Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki
Politechniki Gdańskiej
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
1
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Przed Auto-NegocjacjÄ…
1. Ręczne ustawianie każdej końcówki w sieci, czyli
DUŻO roboty.
2. Możliwość wystąpienia błędów:
 Różne tryby duplexu
 Różne prędkości
 Parallel Detection
Celem realizacji procedur Auto-Negocjacji jest umożliwienie
współpracy różnych urządzeń w trybie o  najwyższym ,
akceptowanym przez wszystkie urzÄ…dzenia, priorytecie.
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
2
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Co to jest Auto-Negocjacja
" Wymiana informacji o trybach działania urządzeń
podłączonych do tego samego kabla
" Ustawia najlepsze możliwe połączenie.
" Współpracuje z warstwą MAC
" Jest kontrolowana przez zarzÄ…dzanie warstwy
fizycznej.
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
3
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Auto-Negocjacja w modelu OSI-
100Mb/s
z
ródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
4
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Auto-Negocjacja w modelu OSI 
1000 Mb/s (Gigabit ETH)
z
ródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
5
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Mechanizm działania
" Proces Auto-Negocjacji generuje i wykorzystuje sygnały
zwane Fast Link Pulse (ang. FLP), które tworzą paczki (ang.
burst) składające się z 33 impulsów, z których 16 o
numerach parzystych przenosi informacjÄ™, zaÅ› 17 o
numerach nieparzystych wykorzystywanych jest do celów
synchronizacji.
" Brak impulsu informacyjnego pomiędzy kolejnymi
impulsami synchronizacji (w paczce) oznacza logiczne zero,
a jego pojawienie się - logiczną jedynkę. Sygnały FLP są
zmodyfikowaną wersją sygnałów NLP (ang. Normal Link
Pulse) stosowanych w 10Base-T.
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
6
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Auto-Negocjacja
Odstęp czasu pomiędzy poszczególnymi impulsami wynosi
62.5mðs +/-7mðs, a pomiÄ™dzy caÅ‚ymi sÅ‚owami - 16ms +/-8ms.
16 + 8ms
-
~ 2ms
17-33 NLP
Paczka FLP Paczka FLP
16 + 8ms
-
NLP NLP
Długość trwania "słów" FLP i NLP
z
ródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
7
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
PrzyglÄ…damy siÄ™ FLP
z
ródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
8
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
SÅ‚owo Kodowe LCW
" Istnieją 3 rodzaje słowa kodowego
1. Strona Bazowe (Base Page)
2. Strona Wiadomości (Message Page)
3. Strona Niesformatowana (Unformatted Page)
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
9
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
SÅ‚owo Kodowe LCW
Są 3 rodzaje słowa kodowego: 1. Strona Bazowe (Base Page)
- Zawsze wysyłane jako pierwsze
- Zawiera informacje o 10BASE-T, 100BASE-TX,
100BASE-T4 i zdolnościach PAUSE
- Reprezentuje poczÄ…tek procesu autonegocjacji
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
10
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Fast Ethernet  Auto-Negocjacja
ReasumujÄ…c
W standardzie Fast Ethernet interfejsy sieciowe mogą pracować w wielu
trybach, w zależności od rodzaju wykorzystywanego w sieci medium.
Przypisanie priorytetów mediom a tym samym trybom pracy, od
najwyższego do najniższego, przedstawiono w tabeli
A: 100BASE-TX Full Duplex
B: 100BASE-T4
C: 100BASE-TX
D: 10BASE-T Full Duplex
E: 10BASE-T
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
11
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Gigabit Ethernet  Auto-Negocjacja
Wraz z wprowadzeniem standardu Gigabit Ethernet (1000BASE-T oraz
1000BASE-SX/LX) rozwinięto mechanizm autonegocjacji między innymi o:
" wybór urządzenia nadrzędnego (ang. Master) i podrzędnego (ang. Slave) oraz
" pole opisujÄ…ce czy urzÄ…dzenie jest jedno czy wieloportowe (urzÄ…dzenie typu
Master zostaje zawsze urzÄ…dzenie wieloportowe - w przypadku takich samych
urządzeń następuje losowanie).
Wspólny, współdzielony przez oba urządzenia zegar umożliwia poprawę
parametrów echo oraz NEXT.
Przełączniki rozsyłają pakiety broadcastowe informujące sieć o tym, że są
urzÄ…dzeniami typu master, natomiast karty sieciowe zainstalowane w urzÄ…dzeniach
końcowych zachowują się wtedy jak urządzenia typu slave.
Master podczas transmisji danych korzysta z własnego zegara, natomiast slave
odzyskuje zegar z otrzymanych danych.
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
12
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
SÅ‚owo Kodowe LCW
Następna Strona (NEXT PAGE)
" Następna strona pozwala na wymianę większej ilości informacji.
- np. informacji o 1000Base-T.
" Wymiana Następnej Strony sygnalizowana jest przez ustawienie bitu
Next Page
" Następuje po wymianie Strony Bazowej
" Strona Wiadomości (Message Page)
- Każda zawiera numer kodu
- Standard definiuje co znaczy każdy numer kodu
" Strona Niesformatowana (Unformatted Page)
- Zawiera 11 bitów informacji
- Może być definiowana przez wcześniejszą stronę
wiadomości.
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
13
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Spojrzenie  bit po bicie
z
ródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials
Bity specjalne:
- Acknowledge  potwierdza otrzymanie LCW
- Next Page   będzie kolejna strona
- Toggle   to nie jest ta sama strona co wcześniej
- Message Page  to jest strona wiadomości
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
14
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Protokół Arbitracji
z
ródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
15
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Protokół Arbitracji
z
ródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
16
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Protokół Arbitracji
z
ródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
17
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Protokół Arbitracji
z
ródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
18
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Protokół Arbitracji
z
ródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
19
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Protokół Arbitracji
z
ródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
20
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Protokół Arbitracji
z
ródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
21
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Protokół Arbitracji
z
ródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
22
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Protokół Arbitracji
z
ródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
23
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Protokół Arbitracji
z
ródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
24
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Protokół Arbitracji
z
ródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
25
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Przesyłanie stron
1) Przesłanie
Strony Bazowej
2) Przesłanie
Strony
Wiadomości,
jeśli takowej
nie ma przejdz

do 4.
3) Przesłanie
ustalonej liczby
stron
niesformatowan
ych. Jeśli są
następne strony
przejdz
do 2.
4) Przesłanie
odpowiedniego
sygnału łącza.
z
ródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
26
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Parallel Detection
" Co jeśli tylko po jednej stronie będzie
uruchomiona autonegocjajca?
" Zasada Half-Duplex i problem z niÄ…
zwiÄ…zany.
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
27
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Priorytety
" Kiedy dwa " 1000BASE-T full duplex
urzÄ…dzenia sÄ…
" 1000BASE-T
połączone, przed
" 100BASE-T2 full duplex
ustawieniem Å‚Ä…cza
" 100BASE-TX half duplex
wymieniajÄ… siÄ™
informacjami co " 100BASE-T2
wpiera każde
" 100BASE-T4
urzÄ…dzenie.
" 100BASE-TX
" Jest określona
" 10BASE-T full duplex
kolejność wg
" 10BASE-T half duplex
której urządzenia
powinny
próbować się
łączyć.
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
28
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Gigabit Ethernet  Auto-Negocjacja
skrętki podsumowanie
Wprowadzone dodatki wydłużyły proces autonegocjacji o około sekundę w stosunku do poprzednich
wersji Ethernetu
(z niecałych czterech sekund do około pięciu od momentu włączenia urządzenia).
A: 100BASE-TX Full Duplex
B: 100BASE-T4
C: 100BASE-TX
D: 10BASE-T Full Duplex
E: 10BASE-T
Tabela priorytetów autonegocjacji Fast/Ethernet
Tabela priorytetów autonegocjacji
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
29
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Autonegocjacja a 10GBASE-T
Zmiany dla 10GBASE-T:
- Rozwinięta Kolejna Strona (eXtended Next Page  XNP)
- zoptymalizowane czasy i parametry diagramu stanów
- dodatkowe zdolności dla 10GBASE-T
- dodatkowe funkcje zarzÄ…dzania dla 10GBASE-T
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
30
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
AutoNegocjacja 10GBASE-T w
modelu OSI
Umiejscowienie w
modelu OSI
analogicznie do
1000BASE-T.
z
ródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
31
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Rozwinięta Kolejna Strona
" Bit 12 strony bazowej został przeznaczony na znacznik
XNP.
" Nie nastąpiły inne zmiany strony bazowej!
" Jest zdefiniowana jedna strona XNP opisujÄ…ca wszystkie
właściwości.
" Oba urządzenia muszą informować o zdolności do
przesyłania XNP aby mogła zajść taka wymiana.
" Jeśli oba urządzenia mają ustawione XNP, oba muszą
transmitować tylko XNP.
" Wszystkie inne zasady Kolejnej Strony nadal obligujÄ….
" XNP ma zmienną długość od 16 do 48 bitów danych, od 17
do 97 impulsów zegarowych, od 2 do 6 ms.
" Bity specjalne są na tej samej pozycji co w zwykłej NP.
" 2 rodzaje XNP: Extended Message Page i Extended
Unformatted Page
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
32
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Rozwinięta Kolejna Strona
" Kod wiadomości znajduje się na bitach 0-10
" Dwa pierwsze niesformatowane kody znajdujÄ… siÄ™
na bitach 16-26 i 32-42.
" Dodatkowe niesformatowane kody znajdujÄ… siÄ™
na bitach 0-10, 16-26 i 32-42 rozwiniętej strony
niesformatowanej.
" Pozostałe bity transmitowane jako  0 .
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
33
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Optymalizacja czasów
" Czas pomiędzy startem jednej a drugiej serii FLP wynosi
teraz: 8 - 8,5 ms (drzewiej 8  24 ms)
" Czas od końca jednej serii, a początkiem drugiej: 5,7  6,8
ms (dla strony 16 bit), 1,3  3,2 (dla strony 48 bit)
(drzewiej 5,7  22,3 ms)
" Link_fail_inhibit_timer  czas na połączenie po błędzie
przed restartem ANEG.
" nlp_test_min_timer  czas mierzony od poczÄ…tku serii FLP
do początku następnej serii. Żadna seria nie może się
zacząć gdy ten licznik się nie wyzeruje.
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
34
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Definicje 10GBASE-T XNP
" Strona bazowa pozostaje taka sama.
" Jest zdefiniowana jedna strona XNP opisujÄ…ca
wszystkie właściwości.
" M0:M10  kod wiadomości " U15  1000BASE-T half
(10dec) duplex
" U0:U10  bity Master- " U16  10GBASE-T
Slave
" U17  zdolność Loop
" U11  reczne ustawienie Timing
Master-Slave 10GBASE-T
" U18  tryb PHY short reach
" U12  ustawienie Master-
" U19  zarezerwowany
Slave 10GBASE-T
" U20  reset treningu PMA
" U13  typ portu
" U21:31 - zarezerwowane
" 1000BASE-T full duplex
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
35
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Master  Slave
" AutoNegocjacja dla prędkości 1Gbit oraz 10Gbit
negocjuje także które urządzenie jest Master, a
które Slave.
" Master korzysta ze swojego zegara
" Slave korzysta z zegara partnera - Mastera
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
36
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
RozwiÄ…zywanie Master-Slave
" Oba urządzenia obsługują Loop Timing:
- rozwiÄ…zywanie identyczne z 1000BASE-T
- Multiport przejmuje port pojedyńczy
- Jeśli te same porty  użyj losowego ziarna
" Jedno urządzenie obsługuje Loop Timing
- urządzenie obsługujące Loop Timing zostaje
SLAVE.
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
37
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Dodatkowe funkcje zarzÄ…dzania
" Zgodnie z klauzulÄ… 22 wszystkie rejestry
mają 22 bity  potrzeba 3 rejestrów do
obsługi XNP.
" Pozostałe rejestry są podobne lub
identyczne.
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
38
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Fiber Auto-Negotiation
" Urządzenia 1000BASE-SX i 1000BASE-LX także
wykorzystujÄ… autonegocjacjÄ™.
" Negocjacji nie podlega prędkość (1Gbit/s) ale tryb duplex i
wybór Master  Slave.
" Ponieważ wykorzystują one światłowód, ANEG różni się od
tego na miedzi, choć koncepcja zostaje ta sama.
" Główną różnicą w ANEG na miedzi i światłowodzie jest
lokacja w stosie OSI.
" Ze względu na tę różnicę ANEG na miedzi może być
używany do różnych prędkości, a ANEG na światłowodzie
tylko dla urządzeń typu 1000BASE-X.
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
39
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
UporzÄ…dkowane serie /C/
" Autonegocjacja na światłowodzie także używa
słów 16 bitowych, ale przesyła je używając serii
/C/, a nie FLP.
" /C/ zawiera informacje o 1000BASE-X full i half
duplex, ustawieniach PAUSE, zdalnym błędzie
(Remote Fault) i Kolejnej Stronie.
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
40
Projektowanie i zarzÄ…dzanie sieciami komputerowymi
Migracja do rozwiązań (1, 10, 40, 100)
Gigabitowego Ethernetu
Do niedawna GE (10GE) był stosowany głównie
pomiędzy przełącznikami i routerami,
a)
przełącznikami i serwerami oraz do sprzęgania w
jeden organizm wielu użytkowników posiadających
Przełącznik 100/10 Mb/s
duże wymagania odnośnie przepustowości
100 Mb/s 100 Mb/s
Fast Ethernet
100 Mb/s
oferowanej przez sieć. Trzy scenariusze wdrażania
technologii GE: 100/10 Mb/s 100/10 Mb/s
1. Modyfikacja sieci szkieletowych Fast (Giga)
Ethernet (opartych na technologii przełączania),
polegająca na integrowaniu przełączników Fast
b)
(Giga) Ethernetu z przełącznikami GE (10GE);
2. Modyfikacja łączy sprzęgających przełączniki z Przełącznik 1000/100 Mb/s
1000 Mb/s 1000 Mb/s
Gigabit Ethernet
serwerami. Szybka komunikacja stacji roboczych z
1000 Mb/s
serwerami plików, aplikacji itp.;
100 Mb/s 100 Mb/s
3. Modyfikacja połączeń między przełącznikami. W
wyniku tej modyfikacji powstanÄ… superszybkie
magistrale pomiędzy przełącznikami 1000/100 Mb/s
Struktura sieci opartej o przełączniki
a) Fast Ethernet b) Gigabit Ethernet
(10 Gb/s / 1 Gb/s). (100 Gb/s /1/10 Gb/s)
© K. Nowicki Ethernet dobry na wszystko
41