Gigabit ethernet

Стандарты

За годы существования рабочей группы IEEE 802.3 был опубликован ряд стандартов, относящихся к 10GbE.

Формат кадра

Существует несколько форматов Ethernet-кадра.

• Первоначальный Version I (больше не применяется).
• Ethernet Version 2 или Ethernet-кадр II, ещё называемый DIX (аббревиатура первых букв фирм-разработчиков DEC, Intel, Xerox) — наиболее распространена и используется по сей день. Часто используется непосредственно протоколом Интернет.

Наиболее распространённый формат кадра Ethernet II

• Novell — внутренняя модификация IEEE 802.3 без LLC (Logical Link Control).
• Кадр IEEE 802.3 LLC.
• Кадр IEEE 802.3 LLC/SNAP.
• Некоторые сетевые карты Ethernet, производимые компанией Hewlett-Packard, использовали при работе кадр формата IEEE 802.12, соответствующий стандарту 100VG-AnyLAN.

В качестве дополнения Ethernet-кадр может содержать тег IEEE 802.1Q для идентификации VLAN, к которой он адресован, а в нём IEEE 802.1p для указания приоритетности.

Разные типы кадра имеют различный формат и значение MTU.

Варианты

Всего существует пять стандартов физического уровня для гигабитного Ethernet, использующих оптоволоконный кабель (1000BASE-X), витую пару (1000BASE-T) или экранированный сбалансированный медный кабель (1000BASE-CX).

Стандарт IEEE 802.3z включает в себя 1000BASE-SX для передачи сигнала по многомодовому оптоволокну, 1000BASE-LX — по одномодовому оптоволокну, и почти вышедший из употребления 1000BASE-CX — по экранированному сбалансированному медному кабелю. Эти стандарты используют кодирование 8b/10b, которое повышает скорость передачи линии на 25 %, с 1000 Мбит/с до 1250 Мбит/с. Символы затем отправляются с использованием кода NRZ.

IEEE 802.3ab, в котором описан широко распространённый тип интерфейса 1000BASE-T, использует другую схему кодирования, чтобы поддерживать скорость передачи символов на как можно более низком уровне для отправки данных по витой паре.

IEEE 802.3ap определяет работу Ethernet на электронных объединительных платах при различных скоростях.

Ethernet in the First Mile позднее добавил стандарты 1000BASE-LX10 и -BX10.

IEEE 802.3bv-2017, описан стандарт передачи через пластиковое оптическое волокно (POF характеристики в стандарте IEC 60793-2-40 A4a.2) полный дуплекс, используется кодирование больших блоков 64b/65b в красном свете (600–700 нм). Для домашних условий 1000BASE-RHA (разделка волокна POF подручными средствами), промышленный 1000BASE-RHB и для автомобильных соединений 1000BASE-RHC (15-40м).

Варианты

Всего существует пять стандартов физического уровня для гигабитного Ethernet, использующих оптоволоконный кабель (1000BASE-X), витую пару (1000BASE-T) или экранированный сбалансированный медный кабель (1000BASE-CX).

Стандарт IEEE 802.3z включает в себя 1000BASE-SX для передачи сигнала по многомодовому оптоволокну, 1000BASE-LX — по одномодовому оптоволокну, и почти вышедший из употребления 1000BASE-CX — по экранированному сбалансированному медному кабелю. Эти стандарты используют кодирование 8b/10b, которое повышает скорость передачи линии на 25 %, с 1000 Мбит/с до 1250 Мбит/с. Символы затем отправляются с использованием кода NRZ.

IEEE 802.3ab, в котором описан широко распространённый тип интерфейса 1000BASE-T, использует другую схему кодирования, чтобы поддерживать скорость передачи символов на как можно более низком уровне для отправки данных по витой паре.

IEEE 802.3ap определяет работу Ethernet на электронных объединительных платах при различных скоростях.

Ethernet in the First Mile позднее добавил стандарты 1000BASE-LX10 и -BX10.

IEEE 802.3bv-2017, описан стандарт передачи через пластиковое оптическое волокно (POF характеристики в стандарте IEC 60793-2-40 A4a.2) полный дуплекс, используется кодирование больших блоков 64b/65b в красном свете (600–700 нм). Для домашних условий 1000BASE-RHA (разделка волокна POF подручными средствами), промышленный 1000BASE-RHB и для автомобильных соединений 1000BASE-RHC (15-40м).

Varieties

1000BASE-T capable network interface card made by Intel, which connects to the computer via PCI-X

There are five physical layer standards for Gigabit Ethernet using optical fiber (1000BASE-X), twisted pair cable (1000BASE-T), or shielded balanced copper cable (1000BASE-CX).

The IEEE 802.3z standard includes 1000BASE-SX for transmission over multi-mode fiber, 1000BASE-LX for transmission over single-mode fiber, and the nearly obsolete 1000BASE-CX for transmission over shielded balanced copper cabling. These standards use 8b/10b encoding, which inflates the line rate by 25%, from 1000 Mbit/s to 1250 Mbit/s, to ensure a DC balanced signal, and allow for clock recovery. The symbols are then sent using NRZ.

Optical fiber transceivers are most often implemented as user-swappable modules in SFP form or GBIC on older devices.

IEEE 802.3ab, which defines the widely used 1000BASE-T interface type, uses a different encoding scheme in order to keep the symbol rate as low as possible, allowing transmission over twisted pair.

IEEE 802.3ap defines Ethernet Operation over Electrical Backplanes at different speeds.

Ethernet in the First Mile later added 1000BASE-LX10 and -BX10.

История

Ethernet стал результатом исследований, проведённых Xerox PARC в начале 1970-х годов, и затем развился в популярный протокол физического и канального уровней OSI. Fast Ethernet увеличил скорость передачи данных с 10 до 100 Мбит/с, Gigabit Ethernet — следующий шаг, на котором скорость увеличилась до 1000 Мбит/с. Первоначально стандарт Gigabit Ethernet был опубликован IEEE в июне 1998 г. как IEEE 802.3z и предполагал использование только оптоволоконного кабеля. Другое широко распространённое название 802.3z — 1000BASE-X, где -X может означать -CX, -SX, -LX или (не описанный в стандарте) -ZX (см. Fast Ethernet).

IEEE 802.3ab, ратифицированный в 1999 г., определяет стандарт гигабитной передачи данных по неэкранированной витой паре (UTP) категорий 5, 5e и 6, и известен как 1000BASE-T. После ратификации 802.3ab, гигабитный Ethernet стал прикладной технологией, так как организации могли использовать уже существующую кабельную инфраструктуру.

IEEE 802.3ah, ратифицированный в 2004 г., добавил ещё два гигабитных стандарта для оптоволокна: 1000BASE-LX10 (уже широко использовавшийся поставщиками услуг в качестве дополнительной опции) и 1000BASE-BX10. Они являлись частью более обширной группы протоколов (см. Ethernet in the First Mile).

Первоначально гигабитный Ethernet использовался только для опорных сетей с высокой пропускной способностью (к примеру, в высокоскоростных кампусных сетях). В 2000 г. Power Mac G4 и PowerBook G4 компании Apple стали первыми персональными компьютерами на массовом рынке, предоставлявшими возможность 1000BASE-T соединения. Вскоре это стало встроенной особенностью и во многих других компьютерах.

Физический уровень

В стандартах 40/100-гигабитного Ethernet содержится описание нескольких различных стандартов физического уровня (PHY). Сетевые устройства могут использовать различные типы PHY путём 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 м и более. Модули QSFP и CXP обеспечивают работу на меньших дистанциях.

Стандарт 802.3ba поддерживает только полнодуплексный режим работы.

При разработке PHY-части стандарта ставились цели:

• сохранить формат кадров Ethernet стандарта 802.3, использующих формат 802.3 MAC;
• сохранить минимальные и максимальные размеры кадра (FrameSize), совпадающие с текущей редакцией стандарта 802.3;
• обеспечить в точке сопряжения интерфейса MAC/PLS с уровнем ошибок (en:Bit error ratio) не выше 10−12{\displaystyle 10^{-12}} (то есть не более 1 ошибки в среднем на каждые 1012{\displaystyle 10^{12}} бит);
• обеспечение соответствующей поддержки оптических транспортных сетей (англ. Optical transport network, OTN);
• скорость передачи данных на уровне MAC в 40 и 100 Гбит/с;
• разработка вариантов уровня PHY для работы через одномодовое оптическое волокно (SMF), многомодовое оптическое волокно OM3 (MMF), кабели с медными проводниками и через объединительные платы (backplane).

Стандартизованы следующие варианты PHY:

Задача передачи сигнала со скоростями 40 и 100 Гбит/с 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 км (40GBASE-KR4) реализуется использованием 4 линий стандарта 10GBASE-KR.

Работа на расстояниях 10 и 40 км реализуется с использованием четырех 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)..

История

Технология Ethernet была разработана вместе со многими первыми проектами корпорации Xerox PARC. Общепринято считать, что Ethernet был изобретён 22 мая 1973 года, когда Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) составил докладную записку для главы PARC о потенциале технологии Ethernet. Но законное право на технологию Меткалф получил через несколько лет. В 1976 году он и его ассистент Дэвид Боггс (David Boggs) издали брошюру под названием «Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks».

Меткалф ушёл из Xerox в 1979 году и основал компанию 3Com для продвижения компьютеров и локальных вычислительных сетей (ЛВС). Ему удалось убедить DEC, Intel и Xerox работать совместно и разработать стандарт Ethernet (DIX). Впервые этот стандарт был опубликован 30 сентября 1980 года. Он начал соперничество с двумя крупными запатентованными технологиями: token ring и ARCNET, — которые вскоре были раздавлены под накатывающимися волнами продукции Ethernet. В процессе борьбы 3Com стала основной компанией в этой отрасли.

Для чего это нужно дома?

Для чего нужна мультигигабитная коммутация дома? Нет, в случае с инфраструктурными предприятиями и дата-центрами такого вопроса даже не возникает, но дома? Зачем, если не брать в расчет очумелые ручки и избыток свободного времени?

Во-первых (и, наверное, в-последних) — мультигигабитная коммутация нужна, если ты используешь сетевые хранилища. Любой, даже самый медленный жесткий диск, который будет установлен в NAS от Synology, QNAP или Asustor, с избытком преодолеет барьер, накладываемый гигабитным линком. Даже единичный жесткий диск способен обеспечить скорость чтения-записи порядка 225 Мбайт/с на внешних дорожках, минимум 110–119 Мбайт/с на самых внутренних и порядка 150 Мбайт/с в середине. Если использовать «зеркальный» RAID, то скорость чтения возрастет вдвое, а если брать RAID 0, то вдвое вырастет скорость записи. Таким образом, гигабитный линк становится тем самым бутылочным горлышком, которое не дает раскрыться всему потенциалу, заложенному в сетевые хранилища и современные жесткие диски.

Один из вариантов — отказаться от NAS и перейти на DAS (Direct Attached Storage, пресловутые внешние корпуса с USB), но сценарий их использования заметно отличается от сценария использования сетевых хранилищ.

Другой альтернативой будет агрегация портов Ethernet — если в твоем сетевом хранилище установлено хотя бы два сетевых выхода. Впрочем, у такого решения подводных камней чуть ли не больше, чем у мультигигабитной сети. Во-первых, агрегацию надо настроить не только в NAS, но и на каждом клиентском устройстве — а это значит, что тебе придется добавить второй сетевой адаптер в каждый компьютер, для которого нужна высокая скорость доступа к данным. Более того, потребуется проложить не один, а два сетевых кабеля — как в сторону NAS, так и в сторону компьютера. Наконец, тебе нужен будет коммутатор с достаточным количеством свободных портов. И если уж все равно приходится докупать второй сетевой адаптер и новый коммутатор, то почему бы не взять сразу с поддержкой мультигигабитной сети? Впрочем, о том, как можно настроить агрегацию, мы тоже обязательно поговорим — и для этого есть серьезные причины даже в том случае, если ты озаботился покупкой мультигигабитного коммутатора.

Начнем с подбора компонентов.

Вариант 1. Присоединись к сообществу «Xakep.ru», чтобы читать все материалы на сайте

Членство в сообществе в течение указанного срока откроет тебе доступ ко ВСЕМ материалам «Хакера», увеличит личную накопительную скидку и позволит накапливать профессиональный рейтинг Xakep Score!
Подробнее

Вариант 2. Открой один материал

Заинтересовала статья, но нет возможности стать членом клуба «Xakep.ru»? Тогда этот вариант для тебя!
Обрати внимание: этот способ подходит только для статей, опубликованных более двух месяцев назад.

Я уже участник «Xakep.ru»

Стандарты

За годы существования рабочей группы IEEE 802.3 был опубликован ряд стандартов, относящихся к 10GbE.

Физические уровни WAN (10GBASE-W)

Во время разработки стандартов 10-гигабитного Ethernet высокий интерес к использованию 10GbE в качестве транспорта в глобальных сетях (WAN) привёл к описанию физического уровня WAN для 10GbE. Этот уровень инкапсулирует Ethernet-пакеты в кадры SONET OC-192с и работает на чуть более низкой скорости 9.95328 Гбит/с, чем варианты для локальных сетей.

Физические уровни WAN используют те же оптические PMD технологии 10GBASE-S, 10GBASE-L, 10GBASE-E и обозначаются как 10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW соответственно. PCS кодирование — 64бит/66бит по IEEE 802.3 п. 49 и PMD из п. 52. Также используется подслой совместимости WAN Interface Sublayer (WIS), определенный в п. 50, который добавляет дополнительную инкапсуляцию для совместимости с форматом фрейма данных SONET STS-192c.

Физические уровни WAN были разработаны для взаимодействия с OC-192/STM-64 SDH/SONET оборудованием с использованием облегченных кадров SDH/SONET на скорости 9.953 Гбит/с.

WAN PHY позволяет передавать сигнал на расстояния до 80 км в зависимости от типа волокна.

История

Ethernet стал результатом исследований, проведённых Xerox PARC в начале 1970-х годов, и затем развился в популярный протокол физического и канального уровней OSI. Fast Ethernet увеличил скорость передачи данных с 10 до 100 Мбит/с, Gigabit Ethernet — следующий шаг, на котором скорость увеличилась до 1000 Мбит/с. Первоначально стандарт Gigabit Ethernet был опубликован IEEE в июне 1998 г. как IEEE 802.3z и предполагал использование только оптоволоконного кабеля. Другое широко распространённое название 802.3z — 1000BASE-X, где -X может означать -CX, -SX, -LX или (не описанный в стандарте) -ZX (см. Fast Ethernet).

IEEE 802.3ab, ратифицированный в 1999 г., определяет стандарт гигабитной передачи данных по неэкранированной витой паре (UTP) категорий 5, 5e и 6, и известен как 1000BASE-T. После ратификации 802.3ab, гигабитный Ethernet стал прикладной технологией, так как организации могли использовать уже существующую кабельную инфраструктуру.

IEEE 802.3ah, ратифицированный в 2004 г., добавил ещё два гигабитных стандарта для оптоволокна: 1000BASE-LX10 (уже широко использовавшийся поставщиками услуг в качестве дополнительной опции) и 1000BASE-BX10. Они являлись частью более обширной группы протоколов (см. Ethernet in the First Mile).

Первоначально гигабитный Ethernet использовался только для опорных сетей с высокой пропускной способностью (к примеру, в высокоскоростных кампусных сетях). В 2000 г. Power Mac G4 и PowerBook G4 компании Apple стали первыми персональными компьютерами на массовом рынке, предоставлявшими возможность 1000BASE-T соединения. Вскоре это стало встроенной особенностью и во многих других компьютерах.

Стандарты

За годы существования рабочей группы IEEE 802.3 был опубликован ряд стандартов, относящихся к 10GbE.

History

Ethernet was the result of research conducted at Xerox PARC in the early 1970s, and later evolved into a widely implemented physical and link layer protocol. Fast Ethernet increased the speed from 10 to 100 megabits per second (Mbit/s). Gigabit Ethernet was the next iteration, increasing the speed to 1000 Mbit/s.

• The initial standard for Gigabit Ethernet was produced by the IEEE in June 1998 as IEEE 802.3z, and required optical fiber. 802.3z is commonly referred to as 1000BASE-X, where -X refers to either -CX, -SX, -LX, or (non-standard) -ZX. (For the history behind the «X» see .)
• IEEE 802.3ab, ratified in 1999, defines Gigabit Ethernet transmission over unshielded twisted pair (UTP) category 5, 5e or cabling, and became known as 1000BASE-T. With the ratification of 802.3ab, Gigabit Ethernet became a desktop technology as organizations could use their existing copper cabling infrastructure.
• IEEE 802.3ah, ratified in 2004, added two more gigabit fiber standards: 1000BASE-LX10 (which was already widely implemented as vendor-specific extension) and 1000BASE-BX10. This was part of a larger group of protocols known as Ethernet in the First Mile.

Initially, Gigabit Ethernet was deployed in high-capacity backbone network links (for instance, on a high-capacity campus network). In 2000, Apple’s Power Mac G4 and PowerBook G4 were the first mass-produced personal computers to feature the 1000BASE-T connection. It quickly became a built-in feature in many other computers.

Half-duplex gigabit links connected through repeater hubs were part of the IEEE specification, but the specification is not updated anymore and full-duplex operation with switches is used exclusively.

Физические уровни WAN (10GBASE-W)

Во время разработки стандартов 10-гигабитного Ethernet высокий интерес к использованию 10GbE в качестве транспорта в глобальных сетях (WAN) привёл к описанию физического уровня WAN для 10GbE. Этот уровень инкапсулирует Ethernet-пакеты в кадры SONET OC-192с и работает на чуть более низкой скорости 9.95328 Гбит/с, чем варианты для локальных сетей.

Физические уровни WAN используют те же оптические PMD технологии 10GBASE-S, 10GBASE-L, 10GBASE-E и обозначаются как 10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW соответственно. PCS кодирование — 64бит/66бит по IEEE 802.3 п. 49 и PMD из п. 52. Также используется подслой совместимости WAN Interface Sublayer (WIS), определённый в п. 50, который добавляет дополнительную инкапсуляцию для совместимости с форматом фрейма данных SONET STS-192c.

Физические уровни WAN были разработаны для взаимодействия с OC-192/STM-64 SDH/SONET оборудованием с использованием облегчённых кадров SDH/SONET на скорости 9.953 Гбит/с.

WAN PHY позволяет передавать сигнал на расстояния до 80 км в зависимости от типа волокна.

Физические уровни WAN (10GBASE-W)

Во время разработки стандартов 10-гигабитного Ethernet высокий интерес к использованию 10GbE в качестве транспорта в глобальных сетях (WAN) привёл к описанию физического уровня WAN для 10GbE. Этот уровень инкапсулирует Ethernet-пакеты в кадры SONET OC-192с и работает на чуть более низкой скорости 9.95328 Гбит/с, чем варианты для локальных сетей.

Физические уровни WAN используют те же оптические PMD технологии 10GBASE-S, 10GBASE-L, 10GBASE-E и обозначаются как 10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW соответственно. PCS кодирование — 64бит/66бит по IEEE 802.3 п. 49 и PMD из п. 52. Также используется подслой совместимости WAN Interface Sublayer (WIS), определённый в п. 50, который добавляет дополнительную инкапсуляцию для совместимости с форматом фрейма данных SONET STS-192c.

Физические уровни WAN были разработаны для взаимодействия с OC-192/STM-64 SDH/SONET оборудованием с использованием облегчённых кадров SDH/SONET на скорости 9.953 Гбит/с.

WAN PHY позволяет передавать сигнал на расстояния до 80 км в зависимости от типа волокна.