Ethernet ad alta velocità Fast, Giga e 10Giga bit 1
Evoluzione rete Ethernet Progressivo abbandono del mezzo fisico condiviso Link punto punto su doppino o fibra ottica Hub (concentratore) che ripete le trame bit a bit Bla,bla 2
Evoluzione rete Ethernet Progressivo abbandono della condivisione della banda condivisa Bridge 802.1D Switch (concentratore realizzazione hardware delle funzioni di inoltro dei bridge ) Bla,bla. Bla,bla Bla,bla 3
Evoluzione rete Ethernet Aumento della velocità trasmissiva: Fast Ethernet (IEEE 802.3u): 100Mb/s Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z, IEEE 802.3ab e IEEE 802.3x): 1Gb/s 10 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae, IEEE 802.3an, IEEE 802.3ak e IEEE 802.3ap): 10Gb/s 4
Fast Ethernet La seconda generazione di 10BaseT è 100BaseT (Fast Ethernet), che offre una ampiezza di banda dieci volte maggiore, ma a costi generalmente più alti per l infrastruttura ed i componenti elettronici. 5
Architettura Introduce una divisione al livello fisico MAC Carrier Sense,.. PHYSICAL MEDIUM INDEPENDENT PHYSICAL MEDIUM DEPENDENT Trasmettitori, modulatori,. Interfaccia indipendente dal mezzo trasmissivo 6
Architettura FastEthernet Livello Data Link ISO/OSI CSMA/CD MAC Livello Fisico PMA PMD Reconciliation Sublayer PCS 100BaseT4 PCS 100BaseT2 PCS 100Base-X 100BaseT4 100BaseT2 100Base-TX 100Base-FX MDI MII PHY MDI: Medium Dependent Interface PHY: Physical Layer Device MII: Medium Independent Interface PMA: Physical Medium Attachment PCS: Physical Coding Sublayer PMD: Physical Medium Dependent 7
Vantaggi Fast Ethernet: Fast Ethernet costi bassi (connessioni in rame) alta velocita alte prestazioni (tecniche di switching) flessibilita di topologia (espandibilità) compatibilita all indietro Il segnale è trasmesso ad una frequenza maggiore delle 10 Mbps ed è quindi più suscettibile al rumore. Per questo vengono utilizzate codifiche particolari come la codifica 4B5B e la 8B6T 8
Fast Ethernet - IEEE 802.3u La velocità viene aumentata diminuendo di un fattore 10 il Round Trip delay. Anche la dimensione viene ridotta. Mantiene l algoritmo CSMA/CD di 802.3 Mantiene il formato del pacchetto di 802.3 ETHERNET FRAME Preamble 7 SFD 1 DSAP 6 SSAP 6 Length o Type * Data 46 to Pad 1500 FCS 4 * Vedi appendice 2 9
Requisiti del CSMA/CD Fast Ethernet regole fondamentali: la trasmissione può iniziare solo se il canale è libero; la collisione con un'altra stazione deve essere rivelata prima che il pacchetto sia stato completamente trasmesso; la fine di un pacchetto è caratterizzato da un periodo di silenzio ITP (Inter Packet gap) uguale a 9,6 μs. ITP 9,6 μs Max numero tentativi 16 Limite esponente back-off 10 Segnale di jamming 32 byte Lunghezza minima pacchetto Lunghezza massima pacchetto 64 byte 1518 byte 10
Fast Ethernet - IEEE 802.3u IEEE 802.3u 1995 (detto anche 100BASE-T) Evoluzione Ethernet 802.3 10BASE-T e 10BASE-F Quattro sotto-standard per diversi mezzi fisici: 100BASE-T4 ( UTP cat 3, 4 coppie ) 100BASE-T2 ( UTP cat 3, 2 coppie ) 100BASE-TX ( UTP cat 5, 2 coppie ) 100BASE-FX ( fibra ottica multimodale ) UTP: Twisted Pair, doppino telefonico 11
100BASE-T4 UTP almeno cat 3, 4 coppie Utilizzo delle quattro coppie: Trasmissione half-duplex 1 ricezione 1 trasmissione 2 orientabili a seconda della comunicazione I gruppi di 6 simboli ternari sono inviati a tre canali seriali indipendenti La quarta coppia rileva le collisioni 12
100BASE-T4 Codifica di linea 8B6T (8 simboli binari bit codificati da 6 simboli ternari trit) - Ridondanza utilizzata per simboli di controllo - Bilanciamento in continua Minor occupazione spettrale a parità di bit rate Modulazione PAM 3 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 bit 0-0 + 0 + 0 0 + 0 0 - trit 13
100Base-T2 UTP almeno cat 3, 2 coppie Utilizzo delle due coppie: Trasmissione full-duplex Trasformatori ibridi e cancellazione Simile alla forchetta telefonica Lunghezza massima 100 m Codifica PAM 5X5 5 livelli per una costellazione di 25 simboli Sequenze di simboli binari (bit) sono codificate in coppie di simboli quinari (X,Y) Ridondanza utilizzata per simboli di controllo 14
100BaseTX Introdotto nel 1995 come standard, ha avuto molto successo dopo il 1997 quando Ethernet viene estesa e supporta il full- duplex. 100BaseTX utilizza cavi UTP, STP CAT 5(4 coppie). Sottostandard PMD della FDDI. La lunghezza massima è 100 metri. Diametro massimo rete 205m con 2 ripetitori Trasmette dati su una coppia e riceve sull altra. Codifica 4B5B, 4 simboli binari (bit) codificati da 5 simboli binari. PMD: Physical Medium Dependent 15
100BASE-TX Codifica 4B5B, accetta gruppi di 4 bit di dati e li codifica in simboli a 5 bit (MLT-3).* Trasmissione a 125 Mb/s sincrona Garantisce sincronizzazione (transizioni) Ridondanza utilizzata per simboli di controllo - Un codice IDLE permette di realizzare l IFP 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 * Vedi appendice Sequenza di 4 bit Sequenza di 5 bit 16
100BASE-TX Come nel caso della 100BASE-FX, i bit sono trasferiti alla periferica fisica usando la codifica NRZI. Tuttavia, 100BASE-TX introduce un sottolivello addizionale dipendente dalla scheda, che utilizza MLT-3 come codifica finale dello stream di dati prima della trasmissione. 100BASE-TX, come 10Base T, le coppie corrette sono arancione e verde (seconda e terza coppia) negli standard TIA/EIA-568-B, T568A or T568B. Queste coppie usano i pin 1, 2, 3 e 6. 17
100BaseFX Introdotto per sostituire il rame nell ambito di connessioni ad alta velocità come dorsali tra edifici, non ha avuto molto successo perché sorpassato dagli standard Gigabit Ethernet Tx Led e Laser transmitters Rx Photodiode detectors ad alta velocità 18
100BaseFX 100BaseFX ne rappresenta l equivalente in fibra ottica su cavo multimodale 62.5/125µm. Può sostenere una ampiezza di banda di 100 Mbps su distanze di 400m HD o 2000m FD. 100Base FX (1300 nm) 100BASE SX (850 nm) 100BASE LX (1 solo cavo e 1 multiplexer) E un sistema full-duplex. usa 2 cavi uno in rx e uno in tx Usa lo schema di trasmissine 100BaseTX con codifica 4B5B 19
Parametri Fast Ethernet : Velocità 100Mbit Data Rate 100Mb/s Bit time 10ns Interpacket gap 0.96 µs Slot time 512 bit (5.12 µs ) Distanze dieci volte inferiori (200 m + 5 m) Ottenuti con cablaggio a stella (attorno ad un HUB) di una rete di 100 m di raggio (200m di diametro, 5m per il collegamento fra i 2 hub ). 20
Architetture fast Ethernet Nelle architetture Fast Ethernet sono presenti PC, hub, switch. E importante conoscere i fast repeater: Ripetitore di Classe I: trasla i segnali di ingresso in segnali digitali; ce ne può essere solo uno. Connette LAN diverse. Ripetitore di Classe II: ripete il segnale di input su tutte le porte. Il ritardo di 140 bit time ne permette l utilizzo di due. La loro distanza non deve superare i 5 metri. 21
Protocollo GB Ethernet Mantenendo il protocollo MAC CSMA/CD e la durata minima del pachetto, la durata minima della trasmissione si ridurrebbe ancora di un fattore 10, riducendo la dimensione massima della rete a 20 metri! GB Ethernet allora estende la durata della trasmissione allungando il pacchetto quanto è necessario (Carrier extension)*da 512 bit a 512 byte, la dimensione massima torna ad essere di 200 metri. * Si trasmettono simboli diversi fino a raggiungere i 512 byte. 22
GB Ethernet: modalità Come Fast Ethernet, Gigabit Ethernet prevede due modalita operative full duplex (novità): la connessione e tra due switch o tra la stazione e lo switch; le porte sono dotate di buffer e le collisioni non sono possibili, quindi non c e utilizzo di CSMA/CD half duplex: la connessione e con un hub, che non e dotato di buffer e connette elettricamente le linee in ingresso; c e possibilita di collisione e va utilizzato CSMA/CD 23
GB Ethernet Ai fini del protocollo della scoperta delle collisioni ecc., il diametro della rete resta 200m L esperienza scade con le trame corte, la Carrier exstension è uno spreco. con le trame lunghe almeno 512 byte non c è Carrier Exstension e non c è spreco. Per alzare l efficienza si consente la trasmissione di trame multiple alzando il limite del burst fino a 65536 bit (8192byte) Burst-limit (contro i vecchi 1500 byte). La prima trama se corta deve sottostare alla regola del carrier extension. A partire dalla seconda tyrama l estensione delle trame più corte di 512byte non è più richiesta Massima lunghezza del burst 8192 byte 24
GB Ethernet - IEEE 802.3z Min. 64 byte(512 bit times) Copertura FCS Min. 4096 bit time (512+3584) Tempo utile per rilevare la collisione 4159 GIGABIT ETHERNET FRAME Preamble 7 SFD 1 DSAP 6 SSAP 6 Length 2 Data 46 to Pad 1500 FCS 4 Extension 0 to 448 25
MDI : fibra ottica 1000Base LX LX significa long-wavelength (1300nm) Fibra SM e MM10e 62.5/125µm in 2 2 da 550m a 5000m 1000Base SX SX significa short-wavelength(850 nm) Fibra MM 62.5/125µm in prima finestra 2 da 220m a 550m 26
MDI : rame 1000Base CX Doppino schermato bilanciato 25 m 1000BaseT cavo STP o UTP (4 coppie schermate o non) 100m 27
Architettura GBEthernet Livello Data Link ISO/OSI CSMA/CD MAC Livello Fisico 1000Base-T Reconciliation Sublayer 1000Base-X 1000Base-SX 1000Base-LX 1000Base- CX GMII PHY MDI MDI: Medium Dependent Interface GMII: Gigabit Medium Independent Interface Attachment PHY: Physical Layer Device 28
Codifiche GB-Ethernet Su fibra si utilizza una codifica nota come 8B/10B: sequenza di 8 bit codificate con 10 bit: 1024 codeword per 8 bit: il margine fa scegliere le codeword in modo che mai piu di 4 bit uguali consecutivi mai piu di sei 0 o sei 1 se una sequenza ha piu codeword associate, viene scelta la migliore in funzione delle precedenti inviate per mantenere alternanza tra 0 ed 1 ed annullare la componente continua. 29
Codifiche GB-Ethernet Su rame si utilizzano tutte le quattro coppie del cavo UTP in modalita duplex con un simbolo a 5 livelli: ogni ciclo di clock trasmette 5 simboli per coppia: 2 bit piu uno per segnali di controllo di ciascuna coppia 8 bit per ciclo a 125 MHz per throughput di 1 Gbps (4 coppie x 2 fili x 125 Mbps per fili di Cat 5e = 1Gbps) la modalita di trasmissione duplex si realizza con una elettronica complessa finalizzata al trattamento del segnale per separare l ingresso dall uscita 30
Controllo di flusso in GE Poiche lo standard ammette la connessione di una stazione GE con una FE o Ethernet, e stato introdotto un meccanismo per il controllo di flusso a livello MAC Lo switch comunica all interfaccia GE della stazione di sospendere le trasmissioni di frame utilizzando un frame Ethernet normale, con tipo 0x8808 (seguito da parametri nel campo dati, indicanti tra l altro per quanto tempo sospendere la trasmissione) Un meccanismo analogo esiste nelle specifiche di Fast Ethernet 31
Gigabit Ethernet Standard Mezzo fisico Utilizzo Lungh Codifica 1000Base SX 850nm MMF 50/125µm 400Mhz Km MMF 50/125µm 500Mhz Km MMF 62.5/125µm 160Mhz Km MMF 62.5/125µm 200Mhz Km 2 fibre 500m 550m 200m 275m 8B10B 1000Base LX 1000Base CX 1300nm MMF 50/125µm 400Mhz Km MMF 50/125µm 500Mhz Km MMF 62.5/125µm 500Mhz Km SMF 10/125µm 2 fibre 550m 550m 550m 5000m 8B10B Doppino schermato bilanciato (jamper cable) 150Ω 2 coppie 25m 8B10B 1000Base TX UTP cat.5 100Ω 4 coppie 100m PAM 5 32
10 Gigabit: il nuovo orizzonte di Ethernet 33
10Gb Ethernet La 10 gigabit Ethernet, o 10GbE, è il più recente (~ 2007) ed il più veloce degli standard Ethernet. Definisce una versione di Ethernet ad un tasso di informazione di 10 Gb/s, dieci volte più veloce della Gigabit Ethernet. La 10GbE su fibra è descritta dallo standard IEEE 802.3ae (~2005). La 10 GbE su doppino è stata invece rilasciata nell'emendamento IEEE 802.3an, vi sono anche IEEE 802.3ak su cavi InfiBand e 802.3ap su circuiti stampati. 34
Fibra 10Gb Ethernet - LAN PHY 10GBASE-USR 10GBASE-SR 10GBASE-LRM 10GBASE-LR 10GBASE-ER 10GBASE-ZR 10GBASE-LX4 - WAN PHY Rame SFP+CU 10GBASE-CX4 10GBASE-kx 10GBASE-T 35
10 Gigabit: Panoramica della tecnologia Benefici Market Drivers Potenzialità e opportunità sul Mercato Applicazioni di 10GbE 36
Panoramica della Tecnologia Il cablaggio UTP categoria 6 supporta già il nuovo standard insieme con la categoria 6A, ma le distanze sono rispettivamente 55 e 100m. Lo standard 10Gbase-T, 10 Gbps su rame è IEEE 802.3an. Vantaggi: - Maggiore larghezza di banda, 550MHz (Classe E), che permette servizi avanzati; - Sistema di cablaggio strutturato con elevata affidabilità e Qualità del Servizio (QoS); - Massima compatibilità con gli standard precedenti (Cat6 e Cat5e); - Supporto avanzato per applicazioni voce, dati e video; - Combatibilità garantita per i futuri servizi su IP. 37
Panoramica della Tecnologia Prestazioni 10 volte superiori a Gigabit Ethernet Ma è sempre Ethernet! Mantiene le specifiche IEEE 802.3 Ethernet Stesso formato e dimensioni di Frame E Full duplex Se utilizza esclusivamente Fibra Ottica (MM e SM) Physical Layer adatto alle esigenze di Enterprise e Carrier 10GbE LAN PHY 10GbE WAN PHY Standard ratificato nel Giugno 2002 IEEE 802.3ae 38
Tecnologia base Per ottenere un rapporto segnale/rumore elevato, a livello fisico vengono utilizzati due livelli di codifica, il primo basato su simboli mentre a livello più basso si realizzano flussi di bit organizzati in maniera complessa. La tecnologia 10GBASE-LX4 si basa su un meccanismo che permette di trasferire simultaneamente 4 flussi di bit su 4 lunghezze d onda diverse usando il multiplexing WWDM (Wide Wavelenght Division Multiplex) 39
Panoramica della Tecnologia Nello standard due nuove specifiche relative a PHY (stato fisico): LAN PHY e WAN PHY. In generale le proprietà del LAN PHY sono specificate dal Physical Coding Sublayer (PCS) che realizza funzioni di decodifica e codifica. Tre tipi di PCS: 10GBASE-X, 10GBASE-R e 10GBASE-W, i primi due sono relativi alla famiglia LAN PHY e l ultimo al WAN PHY 40
Panoramica Tecnologica Tra lo strato MAC e PHY c è il XMGII (10 Megabit Media Indipendent Interface) operante fra i due strati in fullduplex a 10 GBps. Tra lo strato MAC e questa interfaccia vi è il RS (Reconciliation Sublayer) che converte i dati seriali del MAC in dati paralleli della XMGII. (con le due direzioni lato trasmettitore e lato ricevitore). MAC RS XGMII XGMII Interface 41
Panoramica della Tecnologia Implementazione seriale 1 solo canale fisico a 10 Gbps. Trasmissione: il modulo RS passa i segnali, corrispondenti ai dati dello strato al modulo PCS, che codifica i segnali secondo una tecnica di codifica prestabilita e li passa al modulo PMA. Quest'ultimo serializza i segnali ricevuti dal modulo superiore e invia lo stream al modulo sottostante, PMD. Quindi il modulo PMD trasmette sul mezzo a 10 Gbps. Ricezione: processo inverso. Vantaggio: semplicità delle operazioni di trasmissione e ricezione, ( non richiede complicate operazioni di multiplexing e demultiplexing come invece sono necessarie nel caso parallelo). 42
Panoramica della Tecnologica Implementazione parallela canali fisici multipli, n sottocanali realizzati con cavi paralleli o mediante la tecnica WDM (Wavelength Division Multiplexing ). Trasmissione: il distributor multipla i dati provenienti dal MAC in n stream, ognuno dei quali viene inviato al relativo modulo PCS, che codifica lo stream ricevuto e lo invia al modulo PMA per la serializzazione. Quindi ogni modulo PMD trasmette ogni stream di dati serializzato a 10/n Gbps. Ricezione: processo inverso. Vantaggio: si riduce il rate di elaborazione in ogni modulo PCS/PMA, Svantaggio: bisogna usare il modulo distributor /collector che può essere molto sensibile al jitter 43
Panoramica della Tecnologia LAN PHY Il data rate è di 10000 Mbps LAN PHY viene impiegata per potenziare applicazioni Ethernet tradizionali (1Gbps), e per connettere direttamente router e switch LAN PHY è tipicamente utilizzata su dark fiber o dark wavelength (10GBASE-LR e 10BASE-ER). Può operare su tutte le finestre ottiche (850 nm, 1310 nm, 1550 nm), fino a 80 km. 44
Panoramica della Tecnologia LAN PHY 10GBASE-USR ("ultre short range", ultra breve distanza) è progettata per supportare fibre multimodali all'interno di un centro elaborazione dati su fibre OM2 (max 10 m) e OM3 (max 10 m). 10GBASE-SR ("short range", breve distanza) è progettata per supportare fibre multimodale già installate (OM2) e funziona su distanze tra i 26 m e gli 82 m, in dipendenza del cavo utilizzato. Supporta inoltre distanze fino a 300 m su nuove fibre multimodo (OM3) 50μm 2000 MHz km (utilizzando laser a 850 nm). 45
Panoramica della Tecnologia LAN PHY 10GBASE-LRM, IEEE 802.3aq è uno standard ratificato nel 2006 che supporta distanze fino a 220 m su fibre multimodo FDDI-grade a 62.5/125 installate agli inizi degli anni '90 per reti FDDI e 100BaseFX. 10GBASE-ER ("extended range", intervallo esteso) supporta distanze fino a 40 km su fibre a singolo modo con laser a 1550 nm. 46
Panoramica della Tecnologia LAN PHY 10GBASE-LR è una tecnologia a lungo raggio (Long Range) su fibra monomodale con laser a 1310 nm per mezzo della specifica IEEE 802.3 Clause 49 64B-66B Physical Coding Sublayer (PCS). I ricetrasmettitori ottici sono interconnessi con un host device o tramite un bridge formato da 4 canali IEEE 802.3 Clause 48 8B-10B paralleli o da un bridge Clause 4 9(XENPAK, X2, e XPAK usano la conversione da Clause 48 e XFP usano una Clause 49). I cavi ottici LR sono utilizzati per connettere ricetrasmettitori spaziati di 10 km, ma possono raggiungere anche distanze di 25 km senza perdite di dati. 47
Panoramica della Tecnologia LAN PHY 10GBASE-ZR Diverse interfacce ER pluggabili con un range di 80 km, sotto il nome di 10GBASE-ZR. Questo PHY non è specificato nello standard IEEE 802.3a e i produttori hanno creato una loro propria specifica basandosi sulla PHY da 80 km descritta nella specifica OC-192/STM-64 SDH/SONET. (Non è ancora chiaro se verrà aggiunta una specifica apposita per questa interfaccia). 10GBASE-LX4 Wavelength Division Multiplexing "coarse" (ossia con canali molto spaziati almeno 100 GHz) per supportare distanza tra i 240 m ed i 300 m su fibre multimodo utilizzando 4 differenti sorgenti laser a 3.125 Gb/s nel range dei 1300 nm. Se la fibraè monomodale fino a 10 km. 48
Panoramica Tecnologica WAN PHY Utilizzata per applicazioni WAN WAN PHY permette la trasmissione di 10 GbE attraverso apparati di accesso SDH/SONET Data Rate pari a quello del flusso OC-192 (9.58 Gbps) WAN PHY implementa anche alcuni campi dell overhead SDH/SONET (management, fault processing) Può operare sulle stesse interfacce fisiche di LAN PHY (850 nm, 1310 nm, 1550 nm) 49
Panoramica della Tecnologia in fibra ottica 50
Panoramica della Tecnologia in fibra ottica 1550nm Serial Single mode fibre MAN connectivity 1310nm Serial 1310nm WWDM Single mode fibre Campus/Inter-bldg 1310nm WWDM 850nm Serial Multimode fibre Data centre/intra-bldg 0m 65m 300m 10km 40km 51
10GBEthernet Solitamente per realizzare questa struttura viene utilizzata la fibra ottica, ma questo comporta un costo elevato, e ciò fa si che questa implementazione non sia una soluzione che viene molto adottata in pratica. 52
Physical Layer over fiber optics media Esistono diverse tecniche di codifica. Caratteristiche comuni sono il supporto per il MAC ethernet full duplex, supporto per data rate di 10Gb/s. 53
10GBASE-X 10GBASE-X utilizza una codifica di tipo 8B/10B. Codifica i 32bit dati e i 4bit di controllo provenienti dal XGMII in 4 linee parallele contenente ognuna un code-group a 10bit. Decodifica le 4 linee ricevute dal PMA in 32bit dati e i 4bit di controllo. Sincronizza i code-groups per determinarne i confini. 54
10GBASE-R 10GBASE-R utilizza invece una codifica di tipo 64B/66B.Codifica 8 ottetti provenienti dal XGMII in blocchi da 66bit. Trasferisce dati da e verso il PMA con trasferimenti da 16bit. Determina quando un link è stato stabilito e lo notifica al managment enitity 55
10GBASE-W 10GBASE-W è l'unione del sublayer PCS di tipo 10GBASE-R precedente (codifica 64B/66B) con un sublayer aggiuntivo denominato WIS. Tale Wan Interface Sublayer ha il compito di incapsulare lo stream proveniente dallo10gbe 11 in un pacchetto compatibile con le architetture SONET e SDH. In modo da rendere compatibile lo standard 10GbE con le vecchie reti SDH/SONET, che rappresentano la tecnologia dominante nelle infrastrutture ottiche. Vengono generati frame SONET compliant con data rate 9.953Gb/s 56
PMA sublayer Questo sublayer è responsabile della sincronizzazione e serializzazione di code groups in stream di bit utilizzabili su strumenti serial bit-oriented. 57
PMA:10GBASE-X 10GBASE-X di tipo parallelo, per gestire le quattro linee da 10bit ricevute dal PCS sovrastante. Si occupa di serializzazione e de-serializzazionee dei code-groups per la trasmissione al PMD seriale sottostante. 58
PMA:10GBASE-R e 10GBASE-W 10GBASE-R e 10GBASE-W di tipo seriale. Includono specifiche temporali ed elettriche per le interfacce a 16bit, ma lasciano all'implementatore le specifiche di input e output. Serializzano data stream a 16bit in bit stream adatti al PMD sottostante, viceversa de-serializzano bit stream proveniente dal PMD in stream paralleli da 16bit 59
PMD sublayer E' il sublayer responsabile della trasmissione dei segnali. Supporta lo scambio di blocchi codificati con il PMA, trasformando i dati serializzati in segnali elettrici adatti al mezzo trasmissivo. Sono stati sviluppati diversi tipi di PMD (Physical Medium Dependent), con il preciso intento da parte della IEEE di fornire la tecnologia ottica più economica per una particolare applicazione 60
PMD sublayer 10GBASE-S : multimode fiber, laser e lunghezza d'onda 850nm. Raggiunge distanze tra i 26 e gli 82 metri con le vecchie fibre, ma può raggiungere i 300 metri con le nuove laser optimazed multimode fiber (OM3). 10GBASE-L : single-mode fiber, laser e lunghezza d'onda 1310nm. Raggiunge distanze fino a 10km. 10GBASE-E : single-mode fiber, laser e lunghezza d'onda 1550nm. Può raggiungere di stanze di 40km. 10GBASE-L4 : array di 4 laser che trasmettono ognuno a 3.125Gbps e 4ricevitori in WDM. Lavora a 1310nm e raggiunge distanze di 300 metri su multimodefiber e 10km su single-mode fiber 61
Famiglie PHY Quattro sono PHY di tipo LAN, su fibre single-mode o multimode, con codifiche 8B/10B per le prime e 64B/66B per le seconde. Tre invece sono di tipo WAN, sempre su entrambi i tipi di fibre. Comprendono uno strato aggiuntivo responsabile della compatibilità con SDH/SONET 62
Famiglie PHY per 10GBE PCS 10GBASE-R 10GBASE-X 10GBASE-W 10GBASE-ER 10GBASE-EW 10GBASE-E 10GBASE-LR 10GBASE-SR 10GBASE-LW 10GBASE-SW 10GBASE-L 10GBASE-S P D M 10GBASE-LX4 10GBASE-L4 LAN PHY MAN PHY 63
10Gigabit Ethernet in fibra Standard Mezzo fisico Utilizzo Lungh. Codifica Finestra 10GBase SR 850nm MMF 62.5/125µm MMF 50/125µm Edificio (cablaggio orizzontale) 26-33m 66-300m 64B/66B 10GBase LR 1310nm SMF 10/125µm Comprensorio 10Km 64B/66B 10GBase ER 1350nm SMF 10/125µm Metropolitana 40Km 64B/66B 10Gbase LX4 1310nm MMF 62.5/125µm Edificio 300m FC10G: MMF 50/125µm (Cablaggio 240-300m 8B/10B orizzontale) SMF 10/125µm Comprensorio 10km 10GBase SW 850nm MMF 62.5/125µm Edificio 26-33m 64B/66B SMF 50/125µm Cabl.orizzon.) 66-300m Sonet/SDH 10GBase LW 1310nm SMF 10/125µm Comprensorio 10km 64B/66B Sonet/SDH 10GBase EW1350nm SMF 10/125µm Metropolitana 40km 64B/66B Sonet/SDH 64
10GbE over copper wire Gli standard IEEE che descrivono la 10GBE su rame sono ad oggi tre: 1. 802.3ak (10GBASE-CX4) del 2004 su cavi InfiBand o similari 2. 802.3an (10GBASE-T) del 2007 su twisted-pair copper cabling 3. 802.3ap (10GBASE-KX4 10GBASE-KR) del 2007 su circuiti stampati di una lunghezza almeno di 1 metro. 65
820.3ak 10GBASE-CX4 PCS sublayer e PMA sublayer di 10GBASE-CX4 (come per10gbase-lx4 F.O. e 10GBASE-KX4) hanno lo strato PCS e PMA uguale al 10GBASE-X già trattato in precedenza. PMD sublayer utilizza connettori simili ai 4X InfiniBand. Invece di trasmettere 10 gigabit su un singolo collegamento in rame, utilizza 4 trasmettitori e 4 ricevitori che operano su cavi twin-axial moltosottili. Ognuno trasmette a 2.5Gbit/sec e baud rate 3.125 GHz. Quindi 4 coppie in ogni direzione, per un totale di otto canali twin-axial. L assemblaggio dei cavi per CX4 è leggermente diverso da quelli dei caviinfiniband da cui sono derivati. La commissione 802.3ak ha specificato un metodo più preciso per cui alcuni cavi InfiniBand potrebbero non soddisfare le specifiche CX4. La lunghezza dei cavi può arrivare a 15m. Vantaggio: costi un decimo di quelle su fibra ottica. 66
802.3an: 10GBASE-T Il PCS collega il XGMII allo strato PMA. Codifica il segnale e lo corregge tramite LDPC. Il PCS supporta anche il training mode. Il PMA manda i messaggi del PCS service interface sui balanced cabling physical medium attravero il Medium Dependent Interface (MDI), amministra il collegamento e le funzioni di controllo del PHY. Assicura comunicazioni full duplex a 800 Msymbols/s su quattro paia di balanced cabling fino a 100m di lunghezza. Nella fase di trasmissione su MDI può usare un filtro THP 67
802.3an: 10GBASE-T L auto-negoziazione permette di fornire i mezzi per lo scambio di informazioni tra due dispositivi che condividono un collegamento e di configurare automaticamente entrambi i dispositivi per ottenere il massimo vantaggio dalle loro capacità. Il training mode comunica a due livelli negli infofields, lo stato delle transizioni, le impostazioni sull'energia delle trasmissioni, le informazioni sulla sincronizzazione delle transizioni, lo stato del ricevitore (come SNR), e lo scambio dei coefficienti di precodifica (usando segnali PAM). L'avanzata codifica consente di testare l'integrità dei dati del link già a livello fisico. Nell'ultima fase di startup, i device iniziano a trasmettere PAM a 16 livelli, abilitano LDPC e verificano che i dati trasmessi siano corretti 68
10GBASE-T: vantaggi Risparmio energetico: Il PHY è in grado di supportare l implementazioni per i 100m e l implementazione per distanze corte. IEEE 802.3an include un'implementazione per short-mode che supporta fino a30m di cavo nella Cat. 6 (classe EA) o nella cat. 7 (classe F). Con un risparmio di energia del 20-30%. Costi ridotti: Tecnologia utilizzabile con i collegamenti preesistenti categoria 5e o superiore. Il costo delle porte di 10GBASE-T è più basso rispetto a quello delle porte per le10gbe 16 fibre in quanto un trasmettitore per il rame è più economico di quello in fibra. 69
802.3ap:10GBASE-KX4 Il PCS sublayer e PMA sublayeril estende il PCS e il PMA del 10GBASE-X affinché sia possibile l'auto- Negoziazione. Lo stesso avviene nel 10GBASE-KR che estende il PCS del 10GBASE-R Il PMD sublayer deve tenere conto dell'auto Negoziazione Il 10GBASE-KX4 si ri fa in parte alle specifiche del 10GBASE-CX4 mentre il 10GBASE-KR alle specifiche di 10GBASE-LR/ER/SR. L'Auto-Negoziazione per le Backplane Ethernet ha lo stesso utilizzo che ha nel 10GBASE-T, solo che è facoltativa. Il FEC aumenta le prestazioni su una più ampia serie di canali di Backplane. 70
Benefici di 10Gb Ethernet Supporta l intelligenza dei layer superiori (Layer 3 Layer 7) e ne potenzia i servizi (data-voce-video) Favorisce crescita e scalabilità di ogni Network (Enterprise, Provider, Carrier) Valorizza la base di installato Ethernet esistente Integra LAN, MAN and WAN in un unico Network end-toend con tutte le caratteristiche distintive di Ethernet (semplice, economico..) Supporta le performance di backbone MAN/WAN basati su OC192/SDH. Minimizza i costi di supporto e training (sempre Ethernet!) 71
Enterprise Aumenta la potenza di CPU su server e workstation Le applicazioni richiedono sempre maggiore banda per servire backup centers, server farms e building remoti Diminuzione dei costi delle schede di rete delle porte Gigabit 1GbE verso Market Drivers desktops! (GbE NICs, switch 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 10/100/1000) Legge di Moore: la velocità delle CPU raddoppia ogni 18 mesi Ubiquità di Ethernet 100M 10M 1M 100k 10k 1k 72
Market Drivers Operatori Credibile ed economica alternativa a OC-192 SDH Affermazione dei servizi Tripleplay (voice, video & data) Recente crescita dell interesse di municipalizzate e utility company verso il mercato MAN Aggregazione di servizi Broadband (wireline, wireless) Crescita della richiesta di servizi con banda customizzata (alta granularità richiesta) Customer Demand TDM Services 73
Potenzialità e Opportunità Lento passaggio al nuovo standard nel biennio 2002/2003: Difficile situazione economica globale Alto prezzo per porta fino a 50k-60k USD Presente più roseo: Nuova generazione di transceivers ottici e conseguente calo dei prezzi Nuova generazione cavi twsted pair e relativi connettori con riduzione ulteriore di costo. Crescita del segmento MAN 74
Potenzialità e Opportunità 10GigE End User Spending Forecast 75
10Gb Ethernet Queste specifiche rendono il protocollo meno efficiente in occasione di trasmissioni di frame piccoli L utilizzo di Gigabit Ethernet in modalita CSMA/CD (con HUB) e raramente applicata, anche perche il costo di uno switch e di poco superiore a quello di un HUB 76
Applicazioni - LAN Backbone di Campus Storage Area Networks (SAN): servizi di disaster recovery, centralized backup, disk on demand. Server Farms: contenuti sempre più gravosi richiesti da applicazioni sempre più veloci Sostituzione di trunk composti da link Gigabit 77
Applicazioni MAN/WAN Collegamenti tra Campus remoti Servizi VPN realizzati senza la necessità di conversioni di protocollo (Ethernet end-to-end) Servizi unificati di management e distribuzione policy facilità nel garantire SLA Utilizzo immediato ed economico di dark fiber Servizi wholesale Collegamento a dispositivi TDM basati su SDH/SONET grazie all interfaccia WAN PHY 78
Applicazioni - LAN Internet router 10GbE 10GbE 10GbE Data Centre 10GbE 10GbE Campus A 10GbE Server farm Campus C Campus B 10gigaE Link 79
Applicazioni MAN/WAN Server Provider Point of Presence (Pop) Carrier Central Office (CO) Carrier Central Office (CO) Server Provider Point of Presence (Pop) 10gbE Optical transport Core DWDM/SONET Optical Network Optical transport 10GbE Data Centre 10GbE 10GbE National backbone Remote servers 10GbEthernet Link 80
Appendici Ether-type. Serve per multiplare direttamente senza far uso di LLC e passa direttamente al protocollo sovrastante, length non occorre perché non esiste PAD (è il livello superiore che eventualmente aggiunge il PAD) Ether-type: 0800 - Internet Protocol 0805 - protocollo X.25 0806 - protocollo ARP 8035 - protocollo RARP Lenght è sempre minore di 1536 81
Appendici Un'interfaccia MLT-3 emette meno interferenze elettromagnatiche e richiede meno larghezza di banda di molte altre interfacce come la codifica Manchester o la codifica bipolare. MLT-3 ha un andamento ciclico a livelli di voltaggio -1, 0, +1, 0. Si muove al prossimo stato per trasmettere a 1 bit e rimane nello stesso stato per trasmettere a 0 bit. Esempio di codifica MLT-3. 82
Appendici 25Mbps Encoder 25Mbps 25Mbps 25Mbps 4B/5B Block Encoder 125 Mbps NRZ-I Line Encvoder 83
PAM 5 Appendici 5 Level Pulse Amplitude Modulation: 1Gb/s su UTP cat 5e. Codifica a 5 livelli Simboli quinari trasmessi a 125Mbaud I simboli ridondanti sono utilizzati per forwarding error corrector 125 M simboli al secondo (per ogni coppia) per 4 coppie = 500 M simboli quinari /s, per cui 4 simboli trasportano 8 bit, ogni simbolo trasporta in media 2 bit. Quindi sarà il bit-rate 500M x 2 = 1000 Mbs 84
Appendici 4B/5B-NRZI (Combina 4B/5B e NRZI) 4B/5B: codifica 4 bit alla volta in un simbolo con 5 bit (gruppo di codice)=>assicura la presenza di transizioni (almeno 2, cioè non più di 3 zeri consecutivi). Ogni simbolo quinario è trasmesso a 125Mbaud NRZI: ogni bit di codice del flusso 4B/5B viene codificato come NRZI=>aumenta la robustezza al rumore I simboli ridondanti sono utilizzati per forwarding error corrector Efficiente sulle fibre ottiche, ma non adatto sul doppino (concentra l energia del segnale e produce emissioni elettromagnetiche indesiderate=>mlt-3 85
Appendici Categorie 6 e 7, Classi E ed F ISO/IEC 11801 Classe E 2000+(fino a 250MHz) Classe F 2000+(fino a 600MHz) EIA/TIA 568B(Addendum 1) Categoria 6 (fino a 250MHz) Categoria 7 (fino a 600MHz)