Ethernet è una suite di protocolli originariamente sviluppati per realizzare LAN (Local Area Networks):

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1 Reti in fibra ottica Il protocollo Ethernet Ethernet è una suite di protocolli originariamente sviluppati per realizzare LAN (Local Area Networks): Ethernet ha avuto molto successo ed è uno dei protocolli maggiormente utilizzati nelle LAN È ufficialmente standardizzata da IEEE, con la serie di specifiche denominate IEEE /32

2 Il protocollo Ethernet Il data rate originale era di 10 Mbit/s su cavi coassiali. Il protocollo Ethernet ha avuto una enorme diffusione, che continua a crescere La stragrande maggioranza dei PC è dotata di schede di rete Ethernet. 3/32 Il protocollo Ethernet Varie standardizzazioni successive hanno introdotto: Ethernet a 100 Mbit/s (denominato Fast Ethernet ) Ethernet a 1 Gbit/s (denominato Gigabit Ethernet ) Ethernet a 10 Gbit/s (nel 2003). 4/32

3 Il protocollo Ethernet Per i diversi bit rate, il protocollo Ethernet ha standardizzato soluzioni sia in rame (cavi UTP di varia categoria) che in fibra: Tuttavia, per Gigabit Ethernet la soluzione in fibra è di gran lunga la più utilizzata; Per 10 Gbit Ethernet, la fibra è l unica soluzione praticabile (esiste una soluzione in rame solo per brevissime distanze). 5/32 Il protocollo Ethernet Ethernet, a qualunque bit rate, è sempre stata standardizzata in modo da permettere soluzioni a basso costo. La fascia di costo è quella delle schede di rete da PC. Oggi (2003) sono disponibili schede di rete Gigabit Ethernet da PC. Un consorzio di grandi produttori sta per lanciare sul mercato schede 10 Gbit Ethernet. 6/32

4 Ethernet e componenti ottici Per ragioni di riduzione di costi, gli standard Ethernet ottici prevedono di utilizzare LED a 850nm o Laser (modulati direttamente) a 1300 nm; Fibre multimodo; Solo per le distanze più lunghe, fibre SMF. Tutte le soluzioni commerciali usano topologia a stella e collegamenti full-duplex su coppie di fibre L accesso multiplo CSMA-CD non è utilizzato nelle soluzioni ottiche. 7/32 Fast Ethernet ottico Per Fast Ethernet in fibra ottica (100 Mbit/s) il protocollo prevede: 100 Base-FX (IEEE 802.3u) Fibra multimodo 62.5/125 (cavo con due fibre, una per direzione); uso di LED a 1300 nm; Link loss massima: 11 db (fibre+connettori); Distanze fino a 400 m circa, determinata non da requisiti di livello fisico, ma da massimo round-trip time. 8/32

5 Fast Ethernet ottico Esistono schede di rete proprietarie che permettono di estendere il collegamento ben al di là dei 412 metri dello standard, sino tipicamente a 2 Km Si tratta spesso di media converter da rame (100- BaseTX) a fibra, per le situazioni in cui si devono coprire distanze superiori a quelle previste per la soluzione in rame; Esistono anche soluzioni per arrivare a decine di km, usando laser modulati direttamente. I costi sono tipicamente (nel 2003) inferiori a 100 Euro per apparato. 9/32 Reti in fibra ottica

6 Cenno alla codifica di linea Tutta la famiglia di protocolli Ethernet in fibra ottica utilizza una codifica di linea. Per codifica di linea si intende una trasformazione dei bit di payload in ingresso in una nuova serie di bit. 011 TX Line Line Coder Link k bits Decoder (k,n) n bits n bits k bits (k,n) 011 RX 11/32 Cenno alla codifica di linea In una codifica di linea (k,n) k bit in ingresso vengono trasformati in n bit di uscita, con n>k, secondo delle tabelle di conversione (look up table) predeterminate (e ovviamente note al ricevitore). Le codifiche di linea sono molto usate nelle trasmissioni ad alta velocità per ottenere particolari funzionalità utili a livello fisico. 12/32

7 Codifica 8B/10B Nel caso di Ethernet ottico, si usa la codifica 8B/10B 8 bit in ingresso (1 byte) vengono mappati in 10 bit in uscita. La mappatura è studiata in modo da ottenere, per qualunque dei 256 possibili byte in ingresso: Flusso in uscita con un numero sufficiente di transizioni 0/1, in modo da poter recuperare facilmente il clock in ricezione Flusso in uscita con un numero bilanciato di 0 e 1). 13/32 Codifica 8B/10B La mappatura è studiata in modo da ottenere, per qualunque dei 256 possibili byte in ingresso: Possibilità di aggiungere parole di controllo Notare infatti che le possibili parole di 10 bit sono 1024, mentre le possibile parole in ingresso sono solo 256; Alcune delle parole non corrispondenti a nessun ingresso possono essere usate per controllo (parole di start, stop, dummy, etc). Rivelazione di singoli errori sul bit (tramite codice a controllo di parità). 14/32

8 Codifica 8B/10B Il costo per ottenere i vantaggi precedentemente elencati è un aumento del bit rate in linea. La codifica 8B/10B aumenta infatti la velocità di trasmissione del 25%. Il bit rate in linea di Fast Ethernet è dunque pari a 125 Mbit/s. 15/32 Reti in fibra ottica

9 Gigabit Ethernet ottico Per Gigabit Ethernet in fibra ottica (1 Gbit/s, IEEE 802.3z) il protocollo prevede le seguenti tipologie di link di livello fisico: Codice dello standard 1000BASE-SX (SX indica short wavelength, LED a 850 nm) 1000BASE-LX (LX indica long wavelength, LED a 1300 nm) Tipo di fibra Multimodo (graded index) Multimodo SM Diametro fibra (µm) 62.5/ /125 50/125 50/ /125 50/125 50/125 10/125 Modal BW (MHz*km) Minimum Range (m) 2 to to to to to to to to /32 Gigabit Ethernet ottico Anche in questo caso, esistono soluzioni proprietarie che permettono di andare ben al di là della distanza massima di 5 Km prevista dallo standard. Ad esempio, esistono soluzioni proprietarie per arrivare, usando laser a 1550 nm su fibra SMF, fino a circa 150 Km (senza amplificazione ottica nè compensazione di dispersione). 18/32

10 Gigabit Ethernet e codifica di linea Anche Gigabit Ethernet si basa sulla codifica 8B/10B, e dunque in linea trasmette a 1.25 Gbit/s. 19/32 Gigabit Ethernet Power Budget Tabelle tratte da apparati commerciali uide_chapter09186a008007e5c1.html Worst-Case 1000BASE-SX Link Power Budget and Penalties Parameter 62.5-µ 2 Multimode 50-µ Multimode Units Range Range Modal bandwidth as measured at 850 nm MHz*km Link power budget db Operating distance meters Channel insertion loss (@ 830 nm) db Link power penalties db Unallocated margin in link power budget db 20/32

11 Commento Le tabelle che si trovano sugli apparati commerciali vanno interpretate correttamente Le terminologie (purtroppo) variano da produttore a produttore (attenzione!). 21/32 Commento In questo caso, si intende: Link power budget: differenza in db tra la minima potenza disponibile al trasmettitore, e la sensitivity del ricevitore; Channel insertion loss: perdite passive dovute a fibra e connettori; Link power penalty: massima penalità dovuta agli effetti di dispersione (modale e/o cromatica), di riflessioni, disallineamenti, effetti di temperatura. 22/32

12 Commento In questo caso si ha: Unallocated margin= Link power budget - Channel insertion loss - Link power penalty Il risultato (riportato nell ultima riga delle tabelle) deve essere ovviamente positivo (in db). 23/32 Commento Ad esempio, per il caso multimodo 50 µm: Unallocated margin= =0.06 db. Notare che per i sistemi in questione (apparati per reti locali) il Link power penalty è elevato, cioè attorno ai 4 db Viene cioè lasciato appositamente un ampio margine per gli effetti trasmissivi (dispersione, riflesssioni, etc) in modo da poter rilassare le specifiche sui componenti. 24/32

13 Gigabit Ethernet Power Budget Worst-Case 1000BASE-LX Link Power Budget and Penalties Parameter 62.5-µ 2 Multimode 50-µ Multimode 10-µ Single -Mode Units Range Range Modal bandwidth as measured at 1300 nm NA MHz*km Link power budget db Operating distance meters Channel insertion loss (@ 1270 nm) db Link power penalties db Unallocated margin in link power budget db 25/32 Gigabit Ethernet Power Budget Worst-Case Long Haul Link Power Budget and Penalties Parameter 10-m 2 Single-Mode Units Link power budget 10.5 db Operating distance 10,000 meters Channel insertion loss (@1280 nm) 7.8 db Link power penalties 2.5 db Unallocated margin in link power budget 0.2 db 26/32

14 Commenti su Gigabit Etherne La tecnologia Gigabit Ethernet sta oggi evolvendo ben al di là delle iniziali applicazioni LAN previste dallo standard. Motivazioni: Gran parte del traffico generato nelle LAN nasce in Ethernet Basso costo degli apparati. 27/32 Commenti su Gigabit Etherne Oggi (2003) si usano collegamenti Gigabit Ethernet anche per i collegamenti di media distanza, ad esempio in reti metropolitane. Per maggiori informazioni, consultare: 28/32

15 Reti in fibra ottica 10 Gigabit Ethernet Un comitato in IEEE sta attivamente lavorando alla standardizzazione di 10 Gigabit Ethernet. Applicazioni previste: collegamenti switch-to-switch in reti aziendali e universitarie con architetture basate su Ethernet collegamenti switch-to-server. 30/32

16 10 Gigabit Ethernet Il protocollo è assai complesso Prevede (tra le altre) soluzioni su 4 fibre in parallelo, o su 4 lunghezze d onda sulla stessa fibra. Prevede, nel caso di fibra multimodo, la definizione di fibre con caratteristiche particolari. La codifica di linea è diversa: 64B/66B Stessi principi di 8B/10B, ma con overhead minore Il bit rate in linea risulta essere Gbit/s. 31/32 10 Gigabit Ethernet Il protocollo prevede distanze: 650 m su fibra multimodo sviluppata ad hoc (graded index 50/125 di qualità elevata) 300 m su fibra multimodo installata 2 km su fibra singolo modo (SMF) 10 km su fibra singolo modo (SMF) 40 km su fibra singolo modo (SMF). Prevede inoltre, per distanze maggiori di 40 km, l interfacciamento con SDH. Per maggiori informazioni, consultare: 32/32