Технология Ethernet

Министерство образования и науки Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет

Факультет «Механо-технологический»

Кафедра «Машины и технология обработки материалов давлением»

  Технология Ethernet

РЕФЕРАТ

По дисциплине «Информатика»

Проверил, (доцент)

___________/Волосников А.С./

__________20__г.

 

Автор Работы

студент группы МТ-161

___________ /Моисеев А.А./

__________20__г.

 

Реферат защищен

С оценкой(прописью, цифрой)

___________//

__________20__г.

 

 

 

Анотация

Тарасенко В.Д. Технология Ethernet Челябинск:ЮУрГУ МТ-161 23

  Цель реферата – рассказать о истории создания, этапах развития и типах технологии ethernet.

Задачи реферата – изучить развитие и типы технологии ethernet , и сделать выводы по наиболее оптимальному варианту.

Рассмотрены технологии особенности развития технологии Ethernet. Сделано заключение по предпочтительному варианту с точки зрения трудоёмкости, эффективности и результативности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

 

 

Введение

Ethernet - это самый  распространенный на сегодняшний  день стандарт локальных сетей. Общее количество сетей, использующих  в настоящее время Ethernet, оценивается  в 5 миллионов, а количество компьютеров, работающих с установленными  сетевыми адаптерами Ethernet - в 50 миллионов.

Fast Ethernet – спецификация IEЕЕ 802.3 u официально принятая 26 октября 1995 года определяет стандарт протокола  канального уровня для сетей  работающих при использовании  как медного, так и волоконно-оптического  кабеля со скоростью 100Мб/с.

Новая спецификация является наследницей стандарта Ethernet IEЕЕ 802.3, используя такой же формат кадра, механизм доступа к среде CSMA/CD и топологию звезда. Эволюция коснулась нескольких элементов конфигурации средств физического уровня, что позволило увеличить пропускную способность, включая типы применяемого кабеля, длину сегментов и количество концентраторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. СТАНДАРТЫ ТЕХНОЛОГИИ ETHERNET

 

Ethernet - это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей. Общее количество сетей, использующих в настоящее время Ethernet, оценивается в 5 миллионов, а количество компьютеров, работающих с установленными сетевыми адаптерами Ethernet - в 50 миллионов.

Когда говорят Ethernet, то под этим обычно понимают любой из вариантов этой технологии. В более узком смысле, Ethernet - это сетевой стандарт, основанный на технологиях экспериментальной сети Ethernet Network, которую фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году (еще до появления персонального компьютера). Метод доступа был опробован еще раньше: во второй половине 60-х годов в радиосети Гавайского университета использовались различные варианты случайного доступа к общей радиосреде, получившие общее название Aloha. В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии II для сети, построенной на основе коаксиального кабеля. Поэтому стандарт Ethernet иногда называют стандартом DIX по заглавным буквам названий фирм.

Рисунок 1 -  Примитивы уровня LLC

На основе стандарта Ethernet DIX был разработан стандарт IEEE 802.3, который во многом совпадает со своим предшественником, но некоторые различия все же имеются. В то время, как в стандарте IEEE 802.3 различаются уровни MAC и LLC, в оригинальном Ethernet оба эти уровня объединены в единый канальный уровень. В Ethernet определяется протокол тестирования конфигурации (Ethernet Configuration Test Protocol), который отсутствует в IEEE 802.3. Несколько отличается и формат кадра, хотя минимальные и максимальные размеры кадров в этих стандартах совпадают.

В зависимости от типа физической среды стандарт IEEE 802.3 имеет различные модификации - 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 10Base-F.

Для передачи двоичной информации по кабелю для всех вариантов физического уровня технологии Ethernet используется манчестерский код. Все виды стандартов Ethernet используют один и тот же метод разделения среды передачи данных - метод CSMA/CD.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. 40-ГИГАБИТНЫЙ ETHERNET И 100-ГИГАБИТНЫЙ

40-гигабитный Ethernet (или 40GbE) и 100-гигабитный Ethernet (или 100GbE)— стандарты Ethernet разработанные группой IEEE P802.3ba Ethernet Task Force в период с ноября 2007 года по июнь 2010 года. Эти стандарты являются следующим этапом развития группы стандартов Ethernet, имевших до 2010 года наибольшую скорость в 10 гигабит/с. В новом стандарте, IEEE Std 802.3ba-2010, обеспечивается скорость передачи данных в 40 и 100 гигабит в секунду, при совместном использовании нескольких 10 гбит/с или 25 гбит/с линий связи .

1. История

• 18 июля 2006 IEEE 802.3 на пленарном собрании, проходящем в Сан-Диего (San Diego), проявил интерес к созданию стандарта
• В сентябре 2006 года состоялось первое заседание инициативной группы HSSG (Higher Speed Study Group)
• В ноябре 2007 года состоялось последнее заседание инициативной группы
• 5 декабря 2007 года инициативная группа разработчиков стандарта формально принята, под названием P802.3ba, в IEEE LMSC
• В январе 2008 года состоялось первое заседание инициативной группы P802.3ba
• В марте 2009 года IEEE 802.3 выпускает бюллетень для рабочих групп
• В ноябре 2009 года IEEE LMSC выпускает бюллетень для спонсорских организаций
• В январе 2010 года состоялось первое заседание группы, разрабатывающей 40-гигабитный Ethernet использующий одномодовое оптическое волокно PMD
• 25 марта 2010 группа P802.3bg принимает стандарт на 40 гбит/с одномодовое PMD-волокно
• 17 июня 2010 — принятие стандарта IEEE 802.3ba

Даты выхода Черновых версий решений Рабочей группы P802.3ba:

• Черновая версия 1.0 — 1 октября 2008
• Черновая версия 1.1 — 9 декабря 2008
• Черновая версия 1.2 — 10 февраля 2009
• Черновая версия 2.0 — 12 марта 2009 (избирательно, для бюллетеня рабочих групп)
• Черновая версия 2.1 — 29 мая 2009
• Черновая версия 2.2 — 15 августа 2009
• Черновая версия 2.3 — 14 октября 2009
• Черновая версия 3.0 — 18 ноября 2009 (избирательно, для бюллетеня спонсорских групп)
• Черновая версия 3.1 — 10 февраля 2010
• Черновая версия 3.2 — 24 марта 2010

Итоговая версия стандарта принята 17 июня 2010 под названием IEEE 802.3ba-2010.

2. Физический уровень

В стандартах 40/100-гигабитного Ethernet содержится описание нескольких различных стандартов физического уровня (PHY). Сетевые устройства могут использовать различные типы PHY путем использования сменных PHY-модулей. Модули, использующие оптическое волокно, стандартизированы в 802.3ba а в различных multi-source agreements, MSA (соглашения между различными производителями). Один из стандартизованных модулей, поддерживающий и 40 и 100-гигабитный Ethernet, — это CFP MSA (англ. C form-factor pluggable), который может использоваться для расстояний 100 и более метров. Модули QSFP и CXP обеспечивают работу на меньших дистанциях.Стандарт 802.3ba поддерживает только полнодуплексный режим работы.

Задача передачи 40 и 100 Гбит/с сигнала по оптическому кабелю OM3 на 100 м (40GBASE-SR4 и 100GBASE-SR10) была решена с использованием волн около 850 нм, сходной с таковой в стандарте 10GBASE-SR.

Передача сигнала со скоростью 40 Гбит/с по печатным платам на расстояния до 10 м (40GBASE-KR4) реализуется использованием 4 линий стандарта 10GBASE-KR.

Работа на расстояниях 10 и 40 км реализуется с использованием 4х разных длин волн (около 1310 нм) и используют оптические элементы со скоростью передачи данных 25 Гбит/с (для 100GBASE-LR4 и 100GBASE-ER4) и 10 Гбит/с (для 40GBASE-LR4).

3. Backplane

Информация о создании модулей 40/100GbE для объединительных платы в настоящее время отсутствует. Тем не менее, многоканальные 100GbE соединения небольшой дальности с точки зрения стоимости и надежности выглядят перспективнее используемых в настоящее время планарных матриц поверхностно-излучающих 10Gbps лазеров (VCSEL arrays) и в ближайшее время скорее всего появятся в продуктах с оптической матрицей коммутации — таких как Juniper TX и Cisco СRS FCC.

4. Многомодовое оптическое волокно

Компании Mellanox и Reflex Photonics  объявили о начале продаж CFP-модулей для многомодовых волокон.

5. Одномодовое оптическое волокно

Компании Finisar, Sumitomo Electric Industries  и OpNext  на Европейской Выставке Оптических Коммуникаций (англ. ECOC) в 2009 году продемонстрировали одномодовые 40 и 100-гигабитные Ethernet модули, основанные на стандарте CFP MSA.

6. Поддержка в коммерческих продуктах

В отличие от ситуации конца 1990-х годов, когда отсутствие скоростных интерфейсов магистральных маршрутизаторов сдерживало развитие всей сети Интернет, увеличение транспортных скоростей с 10 до 100 Гигабит в секунду в 2010-х годах в основном мотивировалось экономическими соображениями, как-то: сокращение числа требуемых волн в магистральных оптических сетях, снижение стоимости интерконнектов в больших центрах обработки данных и точках обмена трафиком, а также снижение потерь емкости за счет разбалансировки трафика в параллельных группах 10Гбит каналов. При этом многие магистральные операторы связи стремились перейти непосредственно от использования 10Gbps SONET/SDH, минуя промежуточную фазу в 40Гбит, к 100Гбит Ethernet интерфейсам и выиграть в стоимости за счет ожидаемого быстрого снижения стоимости последних.

Немаловажную роль в ожидаемом снижении цен сыграл отказ от разработки отдельных канальных схем для SONET/SDH и Ethernet. Де-факто, 100 Гигабитный Ethernet отныне становился единственным фреймовым форматом на вершине оптической иерархии скоростей (ODU4), что гарантирует параллельное снижение цен при росте производства 100Гбит интерфейсов как для магистральных, так и для локальных сетей. Следующим уровнем иерархии должен стать формат ODU5, эксклюзивно планируемый к применению в 400Гбит Ethernet сетях.

При разработке 100Гбит систем индустрии предстояло преодолеть следующие технологические проблемы:

разработать схемы модуляции и кодирования сигнала, позволяющие передавать 100Гбит потоки на достаточную дальность в оптическом С-диапазоне (1530—1565 нм)

разработать новые оптические источники и приемники вкупе с оборудованием оптической коррекции (усилители, компенсаторы дисперсии, селективные фильтры и так далее)

разработать электронные линейные карты, Ethernet MAC чипы и сетевые процессоры для потоковой обработки пакетных данных на скорости 100 Гбит в секунду

В целом, решение этих проблем потребовало значительных инвестиций в интеллектуальную собственность, что способствовало затягиванию выхода конечных продуктов на рынок. Несмотря на то, что большинство производителей оптического и электронного оборудования заявили о поддержке 100Гбит систем в течение 2009—2010 года и регулярно испытывали системы разной степени готовности, широкое внедрение 100-гигабитного Ethernet началось лишь в 2011 году.

3. ОПТИЧЕСКИЙ ТРАНСПОРТ С ПОДДЕРЖКОЙ 100-ГИГАБИТ ETHERNET

Поскольку передача оптического сигнала в условиях нелинейной среды (оптическое волокно) является принципиально аналоговой проблемой, прогресс в этой области происходит значительно медленнее снижения прогресса в литографии цифровых электронных схем (описываемого эмпирическим законом Мура). Как результат, несмотря на то, что 10Гбит оптические интерфейсы и транспортные системы существовали с середины 1990-х годов, первые успешные попытки передачи 100Гбит потоков в оптических сетях произошли более чем через 12 лет. Кроме того, первые магистральные 100Гбит системы были подвержены ряду серьезных ограничений, в том числе — высокой стоимости за счет использования уникальных лазерных систем, а также значительным энерго-габаритным требованиям, что исключало выпуск трансиверов в компактных форматах (таких как SFP+) раннее разработанных для 1Гбит, 2.5Гбит и 10Гбит сигналов.

Тем не менее, по состоянию на август 2011 как минимум пять компаний поставляли покупателям системы оптического транспорта совместимые с канальной скоростью ODU4 (104.794Гбит/сек) — в том числе, Ciena (решение бывшей Nortel Networks), MRV, Alcatel-Lucent, ADVA Optical Networking. Последней к списку присоединилась компания Huawei, объявившая о начале поставок корейской компании KPN в июне 2011 года . Ожидается, что до конца 2011 года такие системы будут доступны от всех ведущих производителей оптического оборудования. Совершенствование оптических транспортных систем для передачи 100Гбит Ethernet будет неизбежно происходить в сторону уменьшения их стоимости, при этом могут использоваться следующие перспективные технологии: совместная передача сигнала двумя 50Гбит лазерами меньшей стоимости в одной выделенной полосе спектра, широкое использование цифровой обработки сигнала (DSP) для коррекции нелинейностей, уменьшение числа оптоэлектронных (OEO) преобразований в транспортной системе за счет поддержки внених источников сигнала (foreign lambdas) и так далее.

Наличие линейных оптических 100Гбит систем передачи данных позволяет сократить число требуемых длин волн в DWDM системах и увеличить объем передаваемых данных по существующей кабельной инфраструктуре. Тем не менее, использование 100Гбит оптического транспорта для передачи параллельных 10Гбит потоков данных снижает эффективность статистического мультиплексирования в пакетных сетях а также требует 10x10Гбит мукспондеров для согласования форматов. По этой причине, магистральные операторы проявляют заинтересованность в переходе на поддержку 100Гбит Ethernet непосредственно на интерфейсе маршрутизатора (пакетного коммутатора).

Сложность в разработке чипсета для поддержки 100Гбит Ethernet заключается в необходимости обеспечения высокой производительности при равномерной загрузке интерфейса вне зависимости от параметров входящего трафика и отсутствии перестановок пакетов внутри одного IP/MPLS потока — последнее требование делает распараллеливание одного полнодуплексного 100Гбит интерфейса между несколькими (2-мя или 4-мя) отдельными сетевыми процессорами технически сложным. Дополнительные трудности создает дизайн линейных карт — за счет возросших требований к размерам и охлаждению 100Гбит оптики и в условиях дефицита на рынке 100Гбит трансиверов, фирмы-пионеры 100Гбит сетевого оборудования были вынуждены вести самостоятельные либо совместные оптоэлектронные разработки для того чтобы уложиться в жесткие линейные и энергетические ограничения современных сетевых устройств. Ожидается, что по мере выхода на свободных рынок коммерческих электронных и оптических компонентов 100Гбит решений, список поставшиков таких систем будет расти, а цены будут активно снижаться.