Sieci komputerowe
Szybkie sieci lokalne
100VG-AnyLAN
Jest to rozwiazanie opracowane prze firmy AT&T i Heweltt
Packard. Stosowana jest nowa metoda dostepu okreslana
mianem priorytetowego dostepu na zadanie (ang. demand
priority). Dzieki odpowiedniemu formatowi ramki mozliwa
jest wspólpraca z technologia Ethernet i Token Ring.
Zasadniczym elementem sieci 100VG-AnyLAN jest hub
100VG-AnyLAN. Dla skretki wykorzystywane sa 4 pary
kabli. Predkosc transmisji to 100Mb/s.
Model odniesienia ISO/OSI a standard
100VG-AnyLAN
Model odniesienia ISO/OSI a standard
100VG-AnyLAN
PMI (ang. Physical Medium Independent)
podwarstwa fizyczna niezalezna od medium.
PMD (ang. Physical Medium Dependent) podwarstwa
fizyczna zalezna od zastosowanego medium.
MII (ang. Medium Independent Interface) interfejs
laczacy podwarstwy PMI i PMD.
MDI (ang. Medium Dependent Interface) interfejs
laczacy podwarstwy PMD i kabel.
Struktura sieci 100VG-AnyLAN
Struktura sieci 100VG-AnyLAN ma topologie gwiazdy,
punktem centralnym jest hub pierwszego poziomu.
Podstawowe element to:
co najmniej jeden hub 100VG-AnyLAN,
co najmniej jedna stacja sieciowa,
polaczenia sieciowe,
opcjonalne urzadzenia sieciowe (np. routery, przelaczniki).
Huby moga byc laczone kaskadowo. Sieci Ethernet, Token
Ring, ATM sa dolaczane za pomoca mostu lub routera.
Struktura sieci 100VG-AnyLAN
Hub poziomu 1
Porty do polaczen
w dól
PC
Hub poziomu 2
Port do
polaczen
w góre
PC PC
Hub poziomu 2
PC
Serwer
PC
Ethernet, Token Ring, FDDI, ATM, WAN
Hub 100VG-AnyLAN
Centralnym punktem sieci 100VG-AnyLAN jest hub
100VG-AnyLAN, który pelni role kontrolera zarzadzajacego
dostepem do sieci poprzez powtarzanie szybkiego
skanowania (metoda round robin) swoich portów w celu
sprawdzenia zadan obslugi dolaczonych do huba wezlów.
Hub po przyjeciu danych kieruje je na port skojarzony z
adresem docelowym pakietu.
Priorytetowy dostep do medium
Metoda dostepu stosowana w technologii 100VG-AnyLAN to
priorytetowy dostep do medium na zadanie DPP (ang. Demand Priority
Protocol). Stacja sieciowa gotowa do transmisji wysyla do huba 100VG-
AnyLAN sygnal zadania transmisji. Sygnal ten moze miec normalny lub
wysoki priorytet. Jesli stacja jest w stanie nieaktywnym, wysyla sygnaly
Idle (brak aktywnosci). Hub w sposób sekwencyjny, poczawszy od
najnizszego numeru portu sprawdza, które z podlaczonych do niego
urzadzen zglaszaja gotowosc do transmisji. Sekwencje sprawdzania
konczy sie na najwyzszym, wykorzystywanym, numerze portu. Dla
normalnych priorytetów zadan transmisji hub obsluguje zadania w
kolejnosci numerów portów. Jesli wystepuje zadanie o wysokim
priorytecie, to zostaje ono obsluzone w pierwszej kolejnosci.
Priorytetowy dostep do medium
Hub poziomu 1
Port do polaczen w góre
UP
Mechanizm sprawdzania
Porty do polaczen w dól 1 2 3 5 6 7 8
4
zgloszen transmisji
PC 1 PC 4 PC 8
serwer 5
UP
Hub poziomu 2
1 2 3 5 6 7 8
4
PC 2.1 PC 2.3
serwer 2.8
Podwarstwa fizyczna
Podwarstwa fizyczna realizuje nastepujace funkcje:
Konwersja oktetów MAC na kwintety i rozdzial na 4 strumienie.
Mieszanie (scrambling) kwintetów za pomoca generatorów liczb
losowych oddzielnie dla kazdego kanalu.
Kodowanie 5B/6B, polegajace na kodowaniu 5-bitowych ciagów na
pomoca 6-bitowych sekstetów. Daje to predkosc transmisji w jednym
kanale 25Mb/s przy szybkosci modulacji 30MBodów.
Formatowanie ramki, dodanie preambuly, znaczników ramki.
Kodowanie NRZ, badanie stanu polaczenia.
Podwarstwa fizyczna
Ramka MAC
Ciag binarny
Podwarstwa
ramki MAC
MAC
podzielony na
11000 10111 00001 10010 11001 01100 01111 0
oktety
Tworzenie
11000 10111 00001 10010
kwintetów
Operacja Podwarstwa
11000 01011 00000 01010
scramblingu
PMI
Kodowanie
110001 000110 001100 100110
5B/6B
Dodawanie pól preambuly, SFD, EFD
Podwarstwa
Dwupoziomowy Dwupoziomowy Dwupoziomowy Dwupoziomowy
Kodowanie
koder koder
koder koder
PMD
NRZ
NRZ NRZ
NRZ NRZ
Skretka Skretka Skretka Skretka
przewodów 1/2 przewodów 3/6 przewodów 4/5 przewodów 7/8
Kanal 0 Kanal 1 Kanal 2 Kanal 3
Trening polaczen
Wazna funkcja zdefiniowana w podwarstwie MAC jest
trening polaczen (ang. Link Training). Funkcja ta ma za
zadanie przygotowanie huba i podlaczonej do niego stacji
sieciowej do transmisji poprzez okresleniu adresu stacji
sieciowej i sprawdzeniu poprawnosci funkcjonowania
ukladów stykowych i kabla laczacego hub ze stacja
sieciowa. W czasie wykonywania funkcji Link Training,
hub i stacja wymieniaja miedzy soba ramki treningowe:
Ramka treningowa
Wady i zalety protokolu 100VG-AnyLAN
Zalety:
dosc duza predkosc transmisji,
zapewnia deterministyczny czas dostepu do lacza,
umozliwia budowe wydajnych sieci szkieletowych,
obsluguje transmisje na duze odleglosci,
duza niezawodnosc.
Wady i zalety protokolu 100VG-AnyLAN
Wady:
brak urzadzen,
skomplikowanie procedur obslugi,
ograniczona topologia i mozliwosci skalowania sieci.
Fast Ethernet
Fast Ethernet zostal opracowany na podstawie technologii
Ethernet przez firmy 3Com, SynOptics, Intel i inne.
Organizacja IEEE zatwierdzila ten standard w 1995 roku
jako IEEE 802.3u. Fast Ethernet stanowi modyfikacje
funkcjonujacych odmian standardu Ethernet, zwiekszajac
predkosc transmisji do 100 Mb/s. Zachowana zostala
metoda zarzadzania laczem CSMA/CD, co przy
zwiekszeniu szybkosci transmisji spowodowalo dosc
znaczne ograniczenia dopuszczalnej rozpietosci sieci. Nie
ulegl zmianie format ramki, ale zmieniono sposób
kodowania sygnalów w medium fizycznym.
Topologia sieci Fast Ethernet
PC
Serwer
Serwer
PC PC
PC PC
PC PC
Token Ring, FDDI, ATM, WAN
Warstwy fizyczne Fast Ethernet
standard 100BASE-TX 100BASE-FX 100BASE-T4
przepustowosc 100Mb/s 100Mb/s 100Mb/s
standard IEEE 802.3u - 1995 802.3u - 1995 802.3u- 1995
medium dwie pary kabla UTP dwa wlókna cztery pary kabla UTP
lub STP 5 kategorii swiatlowodu kategorii 3 lub lepszej
wielomodowego
liczba par 2 2 4
liczba par 1 1 3
nadajacych
czestotliwosc 125 MHz 125 MHz 25 MHz
sygnalu
zlacze RJ45 SC, MIC, ST RJ45
topologia gwiazda gwiazda gwiazda
kodowanie 4B/5B 4B/5B 8B/6T
dlugosc 100 metrów 150/412/2000 metrów 100 metrów
segmentu
pelen dupleks TAK TAK NIE
Auto-Negocjacja
Urzadzenia Fast Ethernetu moga wspólpracowac z
innymi urzadzeniami Ethernetowymi. Wprowadzono
mechanizm Auto-Negocjacji (ang. Auto-Negotiation)
umozliwiajacy rozpoznawanie trybu pracy urzadzen i
wybranie trybu o najwyzszym, akceptowanym przez oba
urzadzenia priorytecie wedlug nastepujacej kolejnosci:
Auto-Negocjacja
1. 100Base-TX Full Duplex
2. 100Base-T4
3. 100Base-TX
4. 10Base-T Full Duplex
5. 10Base-T
Auto-Negocjacja
Mechanizm Auto-Negocjacji uzywa serii szybkich
impulsów lacza FLP (ang. Fast Link Pulse). Sygnal FLP jest
zmodyfikowana wersja sygnalu NLP (ang. Normal Link
Pulse) uzywanego w sieciach 10Base-T, co umozliwia
wspólprace urzadzen standardu 10Base-T z urzadzeniami
Fast Ethernetu.
Auto-Negocjacja
Sygnal FLP sklada sie z 33 impulsów, z których 16 o
numerach parzystych przenosi informacje, pozostale 17 sluza
do synchronizacji. Odstep miedzy impulsami wynosi 62.5µs
+/-7µs, a pomiedzy calymi slowami 16ms +/-8ms. Brak
impulsu informacyjnego pomiedzy kolejnymi impulsami
synchronizacji oznacza zero, a pojawienie sie impulsu
jedynke.
Auto-Negocjacja
16 +/-8ms
~2ms
17-33 NLP
Paczka FLP Paczka FLP
16 +/-8ms
NLP NLP
Auto-Negocjacja
Kazdy hub i karta sieciowa wysyla sygnal FLP, co
umozliwia drugiej stronie zidentyfikowanie mozliwosci
pierwszego urzadzenia. System Auto-Negocjacji
pozwala równiez stosowac  reczne wymuszenie
wymaganego trybu pracy na wybranym porcie huba.
Ewolucja technologii Ethernet
Wprowadzenie w 1990 roku okablowania UTP oraz
zastosowanie w 1992 roku przez firme Kaplana
transmisji pelnego dupleksu doprowadzilo do
odejscia od metody CSMA/CD.
Ewolucja technologii Ethernet
Ewolucja technologii Ethernet
Ewolucja technologii Ethernet
Giga Ethernet
Giga Ethernet to dalsze rozwiniecie technologii, zwiekszajace
predkosc transmisji do 1 Gb/s. Zostal zaakceptowany w 1998
roku jako standard IEEE 802.3z. Zachowana zostala metoda
zarzadzania laczem CSMA/CD, co przy 10-krotnym
zwiekszeniu szybkosci transmisji spowodowalo dalsze
ograniczenia dopuszczalnej rozpietosci sieci. Gigabitowy
Ethernet umozliwia prace pelnodupleksowa na laczach miedzy
specjalizowanymi przelacznikami 100/1000 Mb/s i pomiedzy
przelacznikami a stacjami koncowymi oraz tryb pracy
póldupleksowej w przypadku laczy ze wspóldzielonym
medium, z wykorzystaniem hubów i metody dostepu
CSMA/CD.
Warstwa lacza danych Gigabit Ethernet
Gigabit Ethernet korzysta z formatu ramki 802.3.
Podobnie jak wolniejsze wersje Gigabit Ethernet moze
dzialac w trybie pól- oraz pelnego dupleksu.
Minimalna dlugosc ramki zostala zwiekszona z 64 do 512
bajtów, w celu zwiekszenie srednicy sieci dla metody
CSMA/CD.
Warstwa lacza danych Gigabit Ethernet
Dla krótkich ramek Gigabit Ethernet staje sie nieefektywny
(ramki musza byc dopelniane do 512 bajtów), dlatego
wprowadzona tryb transmisji typu burst. W tym trybie
stacja moze transmitowac male ramki az do osiagniecia ich
sumy równej 8192 bajty. Przerwy miedzy ramkami beda
wypelnione transmisja, czyli medium bedzie zajete przez
caly czas.
Warstwy fizyczne Gigabit Ethernet
1000BASE-T 1000BASE-SX 1000BASE-LX 1000BASE-CX
standard
przepustowosc 1000Mb/s 1000Mb/s 1000Mb/s 1000Mb/s
standard IEEE 802.3ab - 1998 802.3z - 1998 802.3z - 1998 802.3z - 1998
medium kabel 5 lub 150 Om
50 lub 62,5µm. 50 lub 62,5µm.
lepszej kategorii MMF MMF oraz Twinax
8-10µm. SMF
liczba 4 pary 2 wlókna 2 wlókna 2 pary
przewodów
zlacze RJ45 SC S.C. HSSC, DB-9
kodowanie 4D-PAM5 8B/10B 8B/10B 8B/10B
dlugosc kabla 100 m 220-550 m 5000 m (SMF) 25 m
550 m (MMF)
pelen dupleks TAK TAK TAK NIE
Parametry Gigabit Ethernet dla
swiatlowodu
Dlugosc fali Typ Rozmiar Przepu- Tlumiennosc Maks.
swiatlowodu swiatlowodu -stowosc odleglosc
1000BASE-SX
850 MMF 400Mhz/km 3,25 500 m
50/125µm
405Mhz/km 3,43 550 m
160Mhz/km 2,33 220 m
62,5/125µm
1000BASE-LX
1300 MMF 400/500 2,32 550 m
50/125µm
Mhz/km
500Mhz/km 2,32 550 m
62,5/125µm
SMF Duzy/ 4,5 5000 m
10/125µm
nieskonczony
Porównanie szybkich technologii LAN
Wlasciwosci FDDI ATM 100Base-T 1000BASE-SX
Standard ANSI ATM Forum IEEE 802.3u IEEE 802.3z/ab
ITU
Firmy wszystkie Wiele (Cisco, wszystkie wszystkie
wspierajace Bat, 3Com)
Migracja z Nowe huby, Nowe huby, latwa latwa
10BASE-T nowe karty nowe karty
Jakosc uslug slaba rewelacyjna slaba (CSMA/CD) slaba (CSMA/CD)
dobra (prze laczana) dobra (prze laczana)
b. dobra (802.1p) b. dobra (802.1p)
Szybkosc 100 Mb/s od 25 Mb/s do 100 Mb/s 1000 Mb/s
622 Mb/s
Dlugosc ramki 4500 53 1518 1518
Priorytety 8 poziomów 2 poziomy brak, brak,
dla ruchu 8 poziomów 8 poziomów
asynchroniczneg (802.1p) (802.1p)
o
Porównanie szybkich technologii LAN
Wlasciwosci FDDI ATM 100Base-T 1000BASE-SX
Medium swiatlowód UTP, swiatlowód UTP 5 kat. swiatlowód
Plany na zadne 2,4 Gb/s Gigabit 10Gb/s
przyszlosc Ethernet Ethernet
Koszt polaczenia 2000 - 100 500
(USD, 1999)
Koszt polaczenia 3000 2000 200 1000
przelaczanego
warstwa 2 (USD)
Koszt polaczenia 30 20 2 1
przelaczanego
Mb/s (USD)
Typ technologii Ramki, Komórki, Ramki, Ramki,
wspóldzielone multipleksacja wspóldzielone wspóldzielone
medium statystyczna lub przelaczane lub przelaczane
medium medium
Wprowadzono 1988 1993 1994 1997
10 Giga Ethernet
10 Giga Ethernet to kontynuacja technologii Ethernet,
zwiekszajaca predkosc transmisji do 10 Gb/s. Podobnie jak
Fast oraz Giga Ethernet pracuje na pelnym dupleksie, zatem
nie ma juz zastosowania metoda dostepu CSMA/CD, w
zwiazku z tym ograniczenie odleglosci nie jest juz tak
restrykcyjne. Zachowano format ramki wedlug standardu
IEEE 802.3.
Obszary zastosowan 10 Giga Ethernet
W przeciwienstwie do poprzednich standardów Ethernet, wersja
10Giga jest ukierunkowana na trzy obszary zastosowan:
Sieci LAN: polaczenia miedzyserwerowe, polaczenia przelacznik-
przelacznik, polaczenia serwer-przelacznik.
Sieci MAN: polaczenia miedzy przelacznikami rdzeniowymi do 80
km z wykorzystaniem swiatlowodu jednomodowego.
Sieci WAN: dzieki unifikacji standardu Giga Ethernet ze
standardami OC192c (SONET) oraz VC64c (SDH), mozliwe bedzie
budowa sieci WAN heterogenicznych uzywajacych technologii 10
Giga Ethernet, SONET lub SDH.
Obszary zastosowan 10 Giga Ethernet
Mozliwoscia stosowania technologii 10 Giga Ethernet we
wszystkich rodzajach sieci, pozwala na budowe duzych sieci
stosujacych wylacznie Ethernet jako srodka transportu end-
to-end. To zredukuje potrzebe konwersji i stosowania
techniki intersieciowych, które powoduja wzrost opóznienia
w sieciach komputerowych
Porównanie 10 Giga z poprzednimi
wersjami Ethernet
Najwazniejsze róznice to:
10 Giga Ethernet pracuje tylko w trybie pelnego dupleksu,
czyli nie obsluguje transmisji póldupleks i metody CSMA/CD.
Minimalna dlugosc ramki wynosi 64 bajty (jak dla Fast
Ethernet i Ethernet), nie ma potrzeby wydluzania ramki do 512
bitów jak dla Giga Ethernet.
Sieci 10 Giga Ethernet beda dysponowac róznymi interfejsami
PMD.
Interfejs WAN PHY umozliwiajacy stosowanie 10 Giga
Ethernet w sieciach WAN.
Jako medium transmisyjne stosowany jest wylacznie
swiatlowód.
Warstwa fizyczna 10 Giga Ethernet
Warstwa fizyczna 10 Giga Ethernet sklada sie z nastepujacych
podwarstw:
MDI (ang. Media Independent Interface) pelni role interfejsu
sprzegajacego warstwe MAC z warstwa fizyczna.
PCS (ang. Physical Coding Sublayer) odpowiada za kodowanie i
dekodowanie strumieni danych przesylanych do warstwy MAC.
PMA (ang. Physical Medium Attachment) odpowiada za
serializacje i synchronizacje grup sygnalów.
PMD (ang. Physical Medium Dependent) odpowiada za
transmitowanie sygnalów.
Architektury warstwy fizycznej 10 Giga
Ethernet
Dla sieci 10 Giga Ethernet proponowane sa dwie architektury
warstwy fizycznej: szeregowa i równolegla
Implementacja szeregowa warstwy fizycznej
Rozwiazanie szeregowe opiera sie na jednym szybko
pracujacym bloku podwarstw PCS/PMA/PMD oferujacym
szybkosc 10 Gb/s. Nie wymaga stosowania
skomplikowanego sprzetu do mulitpleksowania i
demultipleksowania. Uzywany jest jeden swiatlowód,
podobnie jak dla technologii SSONET OC192, lub SDH
STM64
Implementacja równolegla warstwy
fizycznej
Rozwiazanie równolegle uzywa wielu takich bloków, z których
kazdy pracuje z predkoscia mniejsza niz 10 Gb/s. Mozna
stosowac kilka oddzielnych kabli lub technike multipleksacji
WDM.
MAC
Rekoncyliacji
10 Gb/s MMI
Dystrybutor/kolektor sygnalów
1 2 n
PCS PCS PCS
PMA PMA ... PMA
PMD PMD PMD
medium 10/n Gb/s