Стандарты технологии Ethernet. Поддержка в коммерческих продуктах. Оптический транспорт с поддержкой 100-гигабит. Преимущества использования витой пары по сравнению с коаксиальным кабелем. Новый стандарт 10-гигабитного Ethernet, перспективы его развития.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

национальный исследовательский университет

Курсовая работа по курсу

«Вычислительные сети»

На тему

«Технология Ethernet: современное состояние и перспективы развития»

Выполнили: студенты группы 04-521

Кузьмичёв К.А. Скалий Р.А.

Проверил: Карпухин Е.О.

Москва 2013г.



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 .

2.1 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.

2.2 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).

2.3 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.

2.4 Многомодовое оптическое волокно

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

2.5 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.

2.6 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 Ethern...