Тараз каласында мультисервисти жели куру

 

 

2.2-сурет.  Gigabit Ethernet стандартының деңгейлер құрылымы, GII интерфейсі және Gigabit Ethernet трансивері

 

 

LLC- Логикалық  арнаны басқару

MAC-ортаға  қол жеткізуді басқару

PCS-физикалық  кодалау деңгейі

PMA-физикалық  қосу деңгейі

PMD-физикалық  ортаға байланысты деңгей

MDI-ортаға  байланысты интерфейс

AUTONEG-автоанықтау деңгейі

 

PCS физикалық  кодалау деңгейі. 1000Base-X тобының интерфейстерін қосқанда , PCS деңгейі ANSI X3T11 Fibre Channel стандартынан алынған 8B10B блоктік артығынан кодалауды қолданады.Қарастырылған FDDI стандртына ұқсас күрделі кодалық кестеге негізделген алшақтатылған түйінге тарату үшін әр 8 кіріс битін 10 битті (code groups) символдарға түрлендіріледі.  Соған қоса тізбектелген шығыс ағында арнайы бақылаушы 10 битті символдар бар. Бақылаушы символдар мысалы ретінде тасушы кеңейтілуі үшін (Gigabit Ethernet кадрын оның минималды өлшеміне 512 байт дейін толықтырады) қолданылады. 1000Base-T интерфейсін қосылғанда, PCS деңгейі арнайы кедергіге тұрақты кодалауды іске асырады,  Level One Communications компаниясы шығарған сызықтық код TX/T2 100 метр аралығында UTP Cat.5 есулі жұбы арқылы таратуды қамтамасыз етеді.

Арна  жағдайының екі сигналы да – тасушы сигнал бары және коллизия сигналының жоқтығы – осы деңгеймен генерацияланады.

  PMA және PMD кіші деңгейлері. Gigabit Ethernet физикалық деңгейлері бірнеше интерфейстерді қолданады, 5 дәрежелі дәстүрлі есулі жұпты қоса алғанда, сондай ақ көпмодалы және бірмодалы талшықты да кіргізеді. PMA деңгейі PCS символдарын параллель ағынан тізбектей ағынға айналдырады, сондай ақ PMD дан кіріс тізбектей ағынды кері түрлендіруді орындайды. PMD деңгейі әр түрлі тарату орталары үшін физикалық сигналдардың оптикалық/электрлік сипаттамаларын анықтайды. Барлығы 802.3z (1000Base-X) және 802.3ab (1000Base-T) стандарт спецификасында көрсетілген ортаның физикалық интерфейстерінің 4 типі анықталады.

 

 

2.3-сурет.  Gigabit Ethernet стандартының физикалық интерфейстері

 

 

2.2.1 1000Base-X интерфейсі

 

 

1000Base-X интерфейсі Fibre Channel физикалық деңгей стандартында негізделеді. Fibre Channel- жұмысшы станциялар,супер компьютер, перефериялық түйіндер мен сақтау құрылғылары ара қатынасының технологиясы. Fibre Channel төрт деңгейлі құрылымнан тұрады. Екі төменгі деңгей FC-0 (интерфйестер және орта) және FC-1 (кодалау/декодалау) Gigabit Ethernetке көшірілген. Fibre Channel мақұлданған технология болғандықтан, бұл көшіру Gigabit Ethernetтің қайталабас стандартын құру кететін уақытты күрт азайтты. 8B/10B блокті коды FDDI стандартында қабылданған 4B/5B кодына ұқсас. Бірақ 4B/5B  Fibre Channelде қабылданбады, себебі бұл код тұрақты тоқ бойынша балансты қамтамасыз етеді. Баланстың жоқтығы лазерлі диодтардың қызуы тасымалданатын берілгендерге потенциалды тәуелділігіне алып келуі мүмкін, себебі таратушы "0" (сәулелену жоқ) битке қарағанда "1" (сәулелену бар) биттерді көбірек таратуы мүмкін, бұл жоғары жылдамдықта тарату кезінде қосымша қателіктер туындауы мүмкіндігіне айналады.

1000Base-X негізгі  сипаттамалары төменде келтірілген  үш физикалық интерфейске бөлінеді:

• 1000Base-SX интерфейсі 770-860 нм диапозон шегінде рұқсат етілетін ұзындықтағы сәулелерді анықтайды, таратушының сәулелену қуаты -10 ден 0 дБм шегінде, ON/OFF қатынасы кезінде (сигнал /сигнала жоқ) 9 дБ кем емес. Қабылдағыштың сезімталдығы -17 дБм, қабылдағыштың жарықтандыруы- 0 дБм;
• 1000Base-LX интерфейсі 1270-1355 нм диапозон шегінде рұқсат етілетін ұзындықтағы сәулелерді анықтайды, таратушының сәулелену қуаты -13,5тен   -3 дБм шегінде, ON/OFF қатынасы кезінде (сигнал /сигнала жоқ) 9 дБ кем емес. Қабылдағыштың сезімталдығы -19 дБм, қабылдағыштың жарықтандыруы- 3 дБм;
• 1000Base-CX қысқа ара қашықтықтарға арналған экрандалған қос есулі жұп (STP "twinax").

Кестедегі анықтама үшін Hewlett Packard фирмасының 1000Base-SX (HFBR-5305 моделі, =850 нм) және 1000Base-LX (HFCT-5305 моделі, =1300 нм) стандартты интерфейстері үшін шығаратын оптикалық таратушы-қабылдаушы модульдердің негізгі сипаттамалары келтірілген.

 

2.1 кесте

Gigabit Ethernet оптикалық таратып-қабылдаушылардың техникалық сипаттамалары

Параметрлері	100Base-SX  =850 нм		100Base-LX  =1300 нм
	min	max	min	max
Қоршаған орта температурасы, °C	0	70	0	0
Қорктену кернеуі, V	4,75	5,25	4,75	5,25
Шығыс оптикалық қуаты, дБм	-10	-4	-13	-3
Қабылдағыш сезімталдығы, дБм	-0	-17	-3	-20
Сигнал бар/сигнал жоқ қатынасы, дБ	9	-	9	-
Спектралды кеңею, нм	-	0,85	-	4
Оптикалық сигналдың өсу/кему уақыты, нс	-	0,26	-	0,45

 

 

1000Base-X стандарттары үшін сүйемелденетін аралықтар екінші кестеде келтірілген.

• соңғы (25 м) есептемегенде барлық аралықтар дуплексті режимді қолдануды болжайды;
• кейбір өндірушілердің құрылғылары ұзақ ара қашықтықты қамтамасыз етеді, аралық күшейтулер мен ретрансляторларсыз оптикалық сегменттер 100 км ге дейін жетуі мүмкін;
• арнайы өткізуші шнур талап етілуі мүмкін. Көпмодалы ТОК қолданылғандағы ерекшеліктері.

Кодалау кезінде 8B/10B битті жылдамдық оптикалық  арнада 1250 бит/c құрайды. Бұл рұқсат етілген кабельбөлігінің өткізу жолағы 625 МГц асуы керек. 2 кестеде көрсетілгендей 2-6 қатарына арналған бұл сынама орындалады. Gigabit Ethernet тарату жылдамдығының үлкендігінен ұзақ қашықтыққа созылған сегменттер құрғанда ықыласты болу керек. Бір модты талшықтарға жоғарғы дәрежеде бағаланады. Оптикалық таратып қабылдағыштың сипаттамалары айтарлықтай жоғары болуы мүмкін. Мысалы, NBase компаниясы Gigabit Ethernet порттары бар коммутаторлар шығарады, ретрансляциясыз бір модты талшық арқылы 40 км дейін қамтамасыз ететін (1550 нм толқын ұзындығында жұмыс істейтін тар спектрлі DFB лазерлер қолданылады).

 

2.2.2 1000Base-T интерфейсі

 

 

1000Base-T –  бұл 100 метр ара қашықтыққа дейін 5 және одан да жоғары дәрежеде экрандалмаған есулі жұп арқылы Gigabit Ethernet стандартты интерфейсі. Тасымалдау үшін мыс кабельдің барлық төрт жұбы қолданылады, бір жұптың тасымалдау жылдамдығы 250 Мбит/c ке тең. Стандарт дуплексті тасымалдауды қамтамасыз етеді деген болжам жасалады, әр жұп арқылы бір уақытта екі бағытта тасымалданады - 1000Base-T екінші дәрежелі дуплекс (dual duplex).

UTP cat.5 есулі  жұп арқылы 1 Гбит/с жылдамдықпен  дуплексті тасымалды техникалық  іске асыру, ол 100Base-TX стандартына  қарағанда айтарлықтай күрделі  болып шықты. Төрт жұпты кабельде  берілген жұпқа көрші үш есулі  жұптан келтірілетін алыс және  жақын кедергілердің әсер етуі, кедергіге төзімді скрембрирленген  арнайы тасымалды құру, интеллектуалды  тану түйіні және қабылдағышта  сигналды қалпына келтіруді талап  етеді. Кодалаудың бірнеше әдісі  алғашында 1000Base-T стандартында мақұлдану  үшін кандидат ретінде қарастырылды. Олардың ортасында 5-дәрежелі  импульсті амплитудалық кодалау  PAM-5, квадратуралық амплитудалы модуляция  QAM-25 және т.б. Төменде стандарт  ретінде қабылданған PAM-5 идеялары  қысқаша көрсетілген. Неге 5-деңгейлі  кодалау. Кең таралған төрт  дәрежелі кодалау кіріс биттерді  жұптап түрлендіреді. Барлығы төрткомбинация  бар- 00, 01, 10, 11. таратықыш әрбір жұп  бит үшін тасымалданатын сигналды  өз кернеуінің деңгейін орнатуы  мүмкін, бұл төрт деңгейлі сигналдың  жиілік модуляциясын екі есе  азайтады, 250 МГц орнына125 МГц (рис.4), және соған сәйес сәулелену  жиілігін.

 

2.2-кесте

Gigabit Ethernet оптикалық таратып-қабылдаушылардың техникалық сипаттамалары

Стандарт	Талшық түрі/ мыс кабель	Өткізу жолағы (тө-мен емес), МГц*км	Максималды аралық *, м
1000Base-LX  (лазерлі диод  1300 нм)	Бірмодты талшық (9 мкм)	-	5000**
	Көпмодты талшық (50 мкм)***	500	550
	Көпмодты талшық (62,5 мкм)***	320	400
1000Base-SX  (лазерлі диод  850 нм)	Көпмодты талшық (50 мкм)	400	500
	Көпмодты талшық (62,5 мкм)	200	275
	Көпмодты талшық (62,5 мкм)	160	220
1000Base-CX	Экрандалған есулі жұп: STP 150 Ом	-	25

 

 

Бесінші деңгей кода артықшылықтарын құру үшін қосылған. Нәтижесінде қабылдағышта қателіктерді жөндеу мүмкіндігі пайда болады. Бұл  сигнал /шуыл қатынасында қосымша  6 дБ реерв береді.

2.4-сурет. PAM-4 төрт деңгейлі кодалау сұлбасы

 

 

 

 

 

3.  MAC деңгейі

 

 

Gigabit Ethernet стандартының МАС деңгейі өзінің  ата тегі Ethernet және Fast Ethernet секілді,  дәл сол CSMA/CD тасымалдау протоколын  қолданады. Максималды сегмент  ұзындығына негізгі шектеулер  (немесе коллизиялық домен) осы  протоколмен анықталады.

Ethernet IEEE 802.3 стандартында кадрдың минималды өлшемі 64 байта қабылданды. принят минимальный размер кадра 64 байта. Минималды кадрдың өлшемі станциялар арасындағы максималды рұқсат етілетін аралықты (коллизионды домен диаметрі) анықтайды. Станцияның осындай кадр тасымалдайтын уақытын – арна уақыты -512 BT немесе 51,2 мкс тең. Ethernet желісінің максималды ұзындығы коллизия рұқсат етілу шарттарынан анықталады, нақтырақ айтатын болсақ, сигналдың алшақтатылған түйінге дейінгі жету және RDT ге қайтадан қайту уақыты 512 BT  аспауы керек (преамбуланың есептелуінсіз).

Ethernet тен Fast Ethernet-ке көшу кезінде тасымалдау жылдамдығы жоғарылайды, ал 64 байт ұзындықтағы кадрды трансляциялау уақыты сәйкесінше кемиді және оның мәні 512 BT немесе 5,12 мкске тең (Fast Ethernet 1 BT = 0,01 мкс). Кадр тасымалданып болғанша барлық коллизияларды табу үшін шарттардың біреуін орындау керек: 

1. сегменттің бастапқы максималды ұзындығын сақтау керек, бірақ арна уақытын созу керек (және сәйкесінше кадрдың минималды ұзындығын үлкейту қажет), немесе
2. арна уақытын сақтап (кадрдың бастапқы өлшемін сақтап қалу), бірақ сегменттің максималды ұзындығын азайту. 

Ethernet секілді  Fast Ethernet үшін де минималды кадр өлшемі қалды. Бұл сиымдылықты сақтап қалды, бірақ коллизиялық доменнің диаметрінің айтарлықтай азаюына әкелді.

Орын басушылықтың арқасында Gigabit Ethernet стандарты Ethernet және Fast Ethernet желілерінде қабылданған кадрдың дәл сол минималды және максималды кадр өлшемдерін сүйемелдеу керек.тарату жылдамдығы өсіп келе жатқандықтан, сәйкесінше ұқсас ұзындықтағы пакетті тарату уақыты да азаяды. Бастапқы минималды кадр ұзындығын сақтағанда, желі диаметрінің 20 метрден аспайтындай болып азаюына соқтырар еді, бұның пайдасы аз. Сондықтан Gigabit Ethernet стандартын құрғанда, арна уақытын үлкейту шешімі қабылданған. Gigabit Ethernet үшін ол 4096 BT құрайды және Ethernet пен Fast Ethernet арна уақыттарынан 8 есе басым. Бірақ, Ethernet және Fast Ethernet стандарттарымен сиымдылықты сүйемелдеу үшін кадрдың минималды өлшемі .лкейтілмеді, оның  орнына кадрға қосымша өріс қосылды және «тасушы кеңейтілуі» деп аталды.

 

2.3.1 Тасушы кеңейтілуі (carrier extension)

 

 

Қосымша өрістегі символдар қызметтік ақпарат  тасымайды, бірақ олар арналарды  толықтырады және «коллизиялық терезені»  ұлғайтады. Нәтижесінде, коллизия барлық станцияларда коллизиялық доменнің үлкен диаметрінде тіркеледі.

Егер  станция қысқаша кадр тасымалдағысы  келсе (512 байттан аз), тасымалданғанда кадрды 512 байтқа дейін толықтыратын осы өріс –тасушы кеңейтілуі қосылады. Бақылаушы сумма өрісі оригинальді кадр үшін есептеледі және кеңейтілу өрісінде таратылмайды. Кадрды қабылдағанда кеңейтілу өрісі тасталады. Сондықтан, LLC деңгейі кеңейтілу өрісінің бар екенін де білмейді. Егер кадр өлшемі 512 байтқа тең немесе артық болса, онда кеңейтілу тасушының өрісі болмайды. Суретте тасушы кеңейтілуін қолданғандағы Gigabit Ethernet кадр форматы көрсетілген.

 
 

2.5-сурет. Тасушы кеңейтілу өрісі бар Gigabit Ethernet кадры

SFD-Start Frame Delimiter-кадр басын шектеуші

DA-Destination Address- адрес арнауы

SA-Source Address- адрес көзі

L- берілгендер өрісінің ұзындығы (802.3 кадры үшін)

T- берілгендер өрісінің типі (Ethernet11)

FCS-Frame Check Sequence-кадрдың бақылаушы реті

 

2.3.2 Пакетті артық жүктемелілік (Packet Bursting)

 

 

Тасушы  кеңейтілуі – бұл Fast Ethernet стандартымен сиымдылықты сақтауға және коллизиялық  доменнің диаметрін сақтауға мүмкіндік  беретін табиғи шешім. Бірақ бұл  өткізу жолағын артық жұмсауға әкелді. 448 байтқа (512-64) дейін қысқа кадрды тасымалдау кезінде босқа шығындалуы мүмкін. На стадии разработки стандарта Gigabit Ethernet компанией NBase Communications компаниясының Gigabit Ethernet стандартн құру кезінде стандартты модернизациялау жөнінде ұсыныс қарастырылды. Бұл модернизация пакеттелген артық жүктемелі деген есімге ие болды, ол кеңейтілу өрісін тиімді қолдануға мүмкіндік береді. егер станция немесе коммутатор тасымалдану керек бірнеше ықшам кадрларға ие болса, онда бірінші кадр 512 байтқа дейін тасушының кеңейтілу өрісімен толықтырылады және жөнелтіледі. Ал, қалған кадрлар артынша 96 бит кадр аралық минималды интервалмен жөнелтіледі, бір айта кететін жай, кадр аралық интервал кеңейтілу символдарымен толықтырылады (рис.6а). Осылай қысқа оригиналды кадрларды тасымалдау арасында орта тынышталмайды, ешқандай желілік құрылғы тасымалға араласа алмайды. Кадрларды осылай тұрғызу тасымалданған байттардың саны 1518 асқанға дейін жалғасады. Пакетті артық жүктемелілік коллизия құрылу ықтималдығын азайтады, себебі артық жүктелген кадр үлкен жүктемелілк кезінде желі өнімділігін сөзсіз үлкейтетін тасымалдаушы кеңейтілуін қоса алғанда коллизияны бірінші желілік оригиналды кадрды тасымалдағанда ғана сынайды.