Ethernet optyczny - przykład światłowodowej sieci LAN 10BaseF i

Transkrypt

Ethernet optyczny - przykład
światłowodowej sieci LAN
10BaseF i 100BaseFX
Prezentacja zawiera kopie folii omawianych na wykładzie. Niniejsze
opracowanie chronione jest prawem autorskim. Wykorzystanie
niekomercyjne dozwolone pod warunkiem podania źródła.
© Sergiusz Patela 2000 - 2001
Definicja sieci lokalnej
(wg. IEEE)
Sieć lokalna (LAN) jest to system umożliwiający bezpośrednią
komunikację wielu niezależnych urządzeń rozmieszczonych na
stosunkowo niewielkim obszarze za pośrednictwem fizycznych
kanałów komunikacyjnych o umiarkowanej prędkości.
Inna definicja:
Lokalna sieć komputerowa (LAN) jest systemem
przekazywania danych wykorzystywanych do łączenia
komputerów i stowarzyszonych z nimi urządzeń
rozmieszczonych na niewielkim obszarze.
(c) Sergiusz Patela 1998-2002
Światłowodowe sieci LAN
2
Ethernet a klasyfikacja sieci komputerowych
1. LAN - Local Area Network
Ethernet, wszystkie rodzaje. Stosowane aktualnie
2. MAN - Metropolitan Area Network
GB Ethernet. Pierwsze próby. Szersze stosowanie w przyszłości
3. WAN - Wide Area Network
10 GB Ethernet. W przyszłości, po ustaleniu standardu, może
pojawić się jako jeden z protokołów sieci WDM dalekiego zasięgu.
3
Zasada działania i podstawowe pojęcia
Podstawowymi pojęciami koniecznymi do opisu komunikacji w sieciach i
między sieciami jest protokół (protocol) i warstwa (layer). Inne pojęcia:
ramka, metoda dostępu, kodowanie.
Protokół to zbiór reguł określających jak należy przygotować dane do
przesłania, jak nawiązać komunikację, kontrolować przesyłanie
wiadomości itd. Protokoły podlegają standaryzacji.
Opis protokołu - Model odniesienia OSI (Open System Interconnection)
przyjmuje warstwową strukturę protokołów. Dla komputerów
połączonych w sieci "warstwy" komunikują się pomiędzy sobą
4
Technologie sieci LAN
1. Ethernet (IEEE 802.3)
2. Token Ring (IEEE 802.5)
3. FDDI (Ansi X3T12,
ISO-IEC 9314)
4. Fibre Channel,
ATM...
5
Światłowody w sieciach komputerowych
1. Ethernet (802.3)
Ethernet (10Base-F )
Fast Ethernet (np. 100Base-TX, 100Base-FX)
Gigabit Ethernet (1000Base-SX, 1000Base-LX)
10 Gigabit Ethernet
2. Token Ring (802.5)
3. FDDI
4. Fibre Channel
6
Ethernet
Rysunek zaprezentowany przez jednego z wynalazców sieci Ethernet, dra Roberta
M. Metcalfa (czerwiec 1976, National Computer Conference)
7
Podstawy działania sieci Ethernet (1):
protokół CSMA/CD (metoda dostępu do medium)
• Metoda dostępu do medium CSMA/CD: Przed przystąpieniem do transmisji stacja
czeka na moment, gdy żadna inna stacja nie nadaje wiadomości. Wysyła wtedy
własną wiadomość. Bez przerwy nasłuchując sprawdza, czy w sieci nie nastąpiła
kolizja z wiadomością wysłaną przez inną stację - jeśli tak, nadaje sygnał
informujący wszystkich o kolizji, wstrzymuje się z nadawaniem na krótki, losowo
określony przedział czasu a następnie ponawia próbę przesłania wiadomości.
• Rozmiar wysyłanej ramki zależy od szybkości transmisji sygnałów w sieci (rodzaj
kabla) oraz jej długości. Maksymalna długość ramki wynosi 1518 bajtów, a
minimalna - 64
• Podstawowa zasada działania sieci CSMA/CD opiera się na założeniu, że nadająca
stacja przed zakończeniem transmisji musi otrzymać informację o wystąpieniu
kolizji sygnałów nawet od najdalej położonej stacji.
8
Podstawy działania sieci Ethernet (2):
struktura i konfiguracja
Warstwa fizyczna:
Kabel (koncentryczny, skrętka, światłowodowy), transmisja w pasmie podstawowym
(=cyfrowa) z zastosowaniem kodu Manchester
Kod Manchester (Manchester encoding): zmiana napięcia w środku przesyłanego bitu
(1 = od wyższego do niższego, 0 = od niższego do wyższego).
W stacji znajduje się karta kontrolera sieciowego połączona z przekaźnikiem (MAU).
Zadania przekaźnika: transmisja i odbieranie bitów, kontrola sieci i wykrywanie
nadawanych ramek, śledzenie kolizji.
Warstwa łącza danych
Zadania: zarządzanie dostępem do sieci, kodowanie danych, zmiana postaci pakietu
(dodanie bitów synchronizacji i ograniczników ramki)
9
Kodowanie sygnału
Kodowanie sygnału ma zadanie zwiększyć odporność transmisji na szum.
Przykłady:
FDDI stosuje kodowanie 4b/5b NRZI (Non-Return to Zero Invert on ones) o
szybkości modulacji 125 Mb/s (bodów) dla osiągnięcia szybkości transmisji
danych100 Mb/s.
Ethernet stosuje kodowanie Manchester o szybkości modulacji 20 Mb/s (bodów) dla
osiągnięcia szybkości transmisji danych 10 Mbit/s.
Clock
time
High
Low
0
0
0 1
0
0
1
1
0
1
1
1
NRZ - used by PC
Binary 1 = high
Binary 0 = low
NRZ - used in combination with 4b/5b by FDDI
Binary 1 = transition
Binary 0 = no transition
Manchester - used by Ethernet
Binary 1 = high to low transition
Binary 0 = low to high transition
10
Format ramki Ethernet
Preambuła
Adres
przeznacz
Wytwórca
Adres
źródła
Użytkownik
Typ/
Długość
LLC
Dane
DSAP
SSAP
Kontrola
CRC
Destination Service Access Point (DSAP)
Source Service Access Point (SSAP)
11
Warianty sieci Ethernet 10 Mb/s - różne media i
formy transmisji
10Base5 - kabel koncentryczny (żółty), transmisja w paśmie podstawowym,
maksymalne długość segmentów 500 m, 10 Mbit/s .Gruby Ethernet, 100 stacji,
min. odległość 2.5 m.
10Base2 - kabel koncentryczny (RG58A/U) transmisja w paśmie
podstawowym, maksymalna długość segmentów do 185 metrów, 10 Mbit/s.
Cienki Ethernet, 30 stacji co 0.5 m (min.)
10Base-T - skręcona para przewodów (kabel symetryczny), maksymalna
długość segmentów do 500 metrów; prędkość transmisji 10 Mbit/s
1Base5 - skręcona para przewodów, maksymalna długość segmentów do 500
metrów, 1 Mbit/s
10Broad36 - kabel koncentryczny (RG59/U CATV), transmisja
szerokopasmowa, maksymalna długość segmentów do 3600 metrów, prędkość
transmisji 10 Mbit/s
10Base-F - światłowody (w tym sieć pasywna); prędkość transmisji 10 Mbit/s
12
Warianty sieci Ethernet - różne szybkości
transmisji
•100BASE-TX: wysokiej jakości skrętka (dwie pary drutów)
•100BASE-T4: cztery pary drutów standardowej jakości
•100BASE-FX: kabel światłowodowy standard 802.3u
• Gigabit Etherent standard (802.3z)
• 10 Gigabit Ethernet Standard IEEE 802.3ae
13
Ethernet - warianty światłowodowe
10Base F
10Base-FL
Łącze światłowodowe - asynchroniczne
10Base-FB
Sieć rdzeniowa (backbone) - łącze synchroniczne
10Base-FP
Gwiazda pasywna
14
Łącze sieci 10Base FL, 10Base FB
MAU
MAU
MDI
MDI
Gniazdko
naścienne
Kabel Duplex
Patch panel
Segment światłowodowy
Przykładowy segment sieci FL (fiber link) i FB (fiber backbone)
15
• FO - fiber optic
FOMAU
FOMAU
10 Base FL
Fiber Optic
Repeater Hub
FOMAU
10BASE-FL - Ethernet na łączu światłowodowym
TX RX TX RX TX RX
FO link to another FO hub
• AUI - attachment
unit interface
10Base-FL segment
(2000 meter maximum)
• MAU - medium
access unit
• TX - transmitter
• RX - receiver
DTI
Ethernet
interface
TX RX
• DTI - data terminal
equipment
10Base-FL
FOMAU
AUI Cable
15-pin AUI
connector
Pełna izolacja galwaniczna - ważne przy łączach międzybudynkowych,
10x zwiększony zasięg
16
10Base-F Moc sygnału optycznego
Moc źródła* (nowy nadajnik) we włóknie 62,5µm NA 0,275: 12dBm ±2dBm
Maksymalna degradacja źródła 3dB.
Dopuszcza się zmiany ±1dB związane z zastosowaniem różnego
rodzaju włókien światłowodowych (np. 62,5/125, 50/125)
Wniosek: minimalna moc źródła = -12 -2 -3 -1 = -18dBm
(minimalna moc początkowa -15dBm)
maksymalna moc źródła = -12 +2 +1 = -9 dBm
Wartości mocy dotyczą ustalonego rozkładu pola modów. Dla
łączy krótszych niż 1÷5m konieczne jest stosowanie tłumików
lub striperów modów w celu usunięcia modów płaszczowych.
* moc maksymalna (the peak optical power)
17
10Base-F Możliwości stosowania różnych
światłowodów
Ethernet dopuszcza stosowanie różnych rodzajów światłowodów
(w standardzie wymieniono 62,5/125, 50/125, 80/125, 100/140).
Warunkiem jest, aby czułość odbiornika zawiera się w zakresie 27 ÷ -9 dBm.
Pasmo łącza ≥ 150MHz (1km, 850nm)
Ogólne zalecenie w odniesieniu do łącza światłowodowego:
1. Pasmo łącza ≥ 150MHz
2. Tłumienie łącza ≤ 9dB
18
10Mb/s Ethernet - stary i nowy segment
światłowodowy
W pierwszej wersji ~1980 zakładano, że Ethernet będzie używany tylko do
łączenia koncentratorów (repeaterów). Stworzony standard FOIRL (Fiber
Optic Inter-Repeater Link) dopuszczał segmenty 1000m tylko pomiędzy
repeaterami.
Zwiększenie popularności światłowodów doprowadziło do utworzenia
standardu 10BASE-F opisującego różne aspekty stosowania światłowodów w
10Mb Ethernecie.
10BASE-FL (zastąpił FOIRL) dopuszcza segment światłowodowy o zasięgu
do 2000m (jeżeli mieszamy standardy FOIRL i 10BASE-FL to zasięg
<1000m). Światłowodami można łączyć 2 komputery, 2 repeatery lub
komputer z repeaterem.
10BASE-FB System sygnalizacji pozwalający umieścić w systemie ponadstandardową liczbę repeaterów. Segment maks. 2000m.
10BASE-FP Światłowodowa sieć pasywna. Segment do 500m, rozgałęziacz
(gwiazda pasywna) może łączyć do 33 komputerów.
19
Światłowodowa sieć pasywna (PON)
Unicast
Multicast
Stacja
robocza
Rozgałęziacz
pasywny
20
Światłowodowa sieć pasywna 10Base FP
MAU
MDI
Gniazdko
naścienne
Gniazdko
naścienne
MAU
MDI
Patch panel
Gwiazda
pasywna
Segment światłowodowy
21
10Mb/s Ethernet po światłowodzie - medium
transmisji
• Światłowodowy kabel wielomodowy (62,5/125).
• Dwa włókna, jedno do transmisji, drugie do przyjmowania danych.
• λ - 850 nm.
• Światłowodowe złączki ST (stnd. ISO/IEC "BFOC/2.5.”).
• Maksymalne całkowite straty linii 12,5 dB. Otrzymywany poziom
mocy rejestrowany przez MAU
• Segment (10Base-FL) do 2000m.
Uwaga (dodatkowa opcja przewidziana normą): dla światłowodu
jednomodowego zasięg 25 km.
22
10 Base-F, MDI. Parametry nadajnika
Parametr
Długość fali
—min.
—max.
Szerokość spektralna (FWHM)
Współczynnik modulacji
Spoczynkowy sygnał optyczny (amplituda)
Czas narostu i opadania sygnału optycznego
—max.(dane)
—min.(dane)
—max. różnica (dane)
—max.(spoczynkowe)
—min.(spoczynkowe)
—max. różnica (spoczynkowe)
Impuls optyczny
—overshoot
—undershoot
Impuls optyczny – jitter krawędzi
—dodatkowy, obwód DO do MDI
—całkowity na MDI (dane)
—całkowity na MDI (dane)
Dystorsja cyklu pracy impulsu optyczny
—dane
—dystorsja
Średnia moc nadajnika optycznego
—min.
—max.
Jedn.
10BASE-FP
10BASE-FB
10BASE-FL
nm
nm
nm
dB
dBm
800
910
<75
=<13
=<57
800
910
<75
=<13
800
910
<75
=<13
ns
ns
ns
ns
ns
ns
10
2
3
N/A
N/A
N/A
10
0
3
10
0
3
10
0
3
25
0
25
%
%
5
5
25
10
25
10
ns
ns
ns
N/A
±1
N/A
N/A
±2
±2
±2
±4
N/A
ns
ns
±1
N/A
±2.5
±2.5
±2.5
±50.0
dBm
dBm
–15
–11
–20
–12
–20
–12
23
10 Base-F, MDI Parametry odbiornika
Parametr
Średnia moc optyczna na odbiornika
—min.
—max.
MAU jitter krawędzi impulsu optycz. (dane)
—rejestrowany na MDI
—dodany, MDI do obwodu DI
—całkowity dla obwodu DI (MAU AUI)
Czasy narostu i opadania impulsu optyczn.
—max.(dane)
—min.(dane)
—max. różnica (dane)
—max.(spoczynkowe)
—min.(spoczynkowe)
—max. różnica (spoczynkowe)
Jedn.
10BASE-FP
10BASE-FB
10BASE-FL
dBm
dBm
–41
–27
–32.5
–12.0
–32.5
–12.0
ns
ns
ns
±4.5
N/A
N/A
±2.0
N/A
±6.5
±6.5
±8.5
±15.0
ns
ns
ns
ns
ns
ns
18.5
2.0
3.0
N/A
N/A
N/A
31.5
0.0
3.0
31.5
0.0
3.0
31.5
0.0
3.0
41.0
0.0
25.0
24
100Base-FX 100Mb/s Ethernet na łączu
światłowodowym
Class II 100Base-FX
Fiber Optic Repeater Hub
II
TX RX TX RX TX RX
DTE
100Base-Fx
Ethernet Interface
FO link to another FO
station or repeater hub
SC, ST or FDDI
Fiber Optic Connector
DTE - Data Terminal Equipment
25
100Mb/s Ethernet - medium transmisji
• Wielomodowy kabel światłowodowy 62,5/125
• Długość odcinka do 412m - wynika z czasu obiegu pakietu (round trip
timing)
• λ - 1350nm
• straty w linii <11dB
• dopuszczalne 3 rodzaje złączek:
• rekomendowana - dupleks SC, FDDI Media Interface Connector
(MIC) typu M, ST
• Kontrola łącza (oparta na standardzie sygnalizacji ANSI FDDI) - ciągła
transmisja sygnału kontrolnego, nawet przy braku ruchu w sieci.
Uwag (dodatkowe opcje przewidziane normą)i: standardowy zasięg
412m przy pół-dupleksie (hd), przy ful-dupleksie (fd) zasięg 2 km. Na
włóknie jednomodowym dopuszczalny zasięg 20 km.
26
100Base-FX Repeatery
Dopuszcza się dwie klasy repeaterów: I i II. Powinny być oznaczone
rzymskim I lub II w kole.
Klasa I - bardziej odporna na niekontrolowane opóźnienia. W repeaterze
następuje odczytanie sygnału przed ponowny wysłaniem do linii. Repeatery
tj klasy umożliwiają tworzenie sieci z segmentów korzystających z różnych
systemów sygnalizacji, np.. 100BaseFX/TX (światłowód/UTP kat. 5 lub
STP, 2 pary) i 100Base-T4 (UTP kat. 3, 4, 5, 4 pary).
Jeżeli jeden repeater klasy I łączy dwa segmenty - długość segm. < 272m
Klasa II - sygnał jest przesyłany do portów bez translacji. W segmentach nie
można mieszać linii o różnych systemach sygnalizacji.
Jeżeli jeden repeater klasy II łączy dwa segmenty - długość segm. < 350m
Jeżeli łącze tworzą dwa repeatery kl. II - długość segmentu <228m
27
Ethernet - porównanie różnych wersji i mediów
Ethernet Fast Ethernet
Szybkość
transmisji
Cat. 5 UTP
10 Mb/s
100 Mb/s
Gigabit
Ethernet*
1 Gbit/s
100 m
100 m
100 m
STP/Coax
500 m
100 m
25 m
Światłowód
wielomodowy
Światłowód
jednomodowy
2 km
412 m (hd)**,
2km (fd)*
20 km
550 m
25 km
5 km
IEEE spec. * ful duplex, ** half duplex
28
GB Ethernet IEEE 802.3Z
Standard Ethernet i Fast Ethernet podaje maksymalną tłumienność
linii. Dla GB Ethernetu podaje się dodatkowo tłumienność odbiciową.
Wymagana tłumienność odbiciowa (ORL) 20 dB dla MM i 26 dB dla
SM (jednak zaleca się odpowiednio 30 i 40 dB).
29
Lokalne sieci światłowodowe - zalecenia
konfiguracji elementów optoelektroniki (1)
Zastosowanie
10BaseF
Baud
Rate
Mbaud
20
Poziome
< 100 M
Media TX
MM
S
Budynek
< 300 m
Media TX
MM
S
Campus
< 2,000 m
Media TX
MM
S
Token Ring
32
MM
S
MM
S
MM
S
100VGAnyLAN
100BaseF
120
MM
S
MM
S
MM
LE
125
MM
S
MM
S
MM
LE
1000Base-SX
1250
MM
SL
MM
SL
1000Base-LX
1250
MM
LL
MM
LL
SM
LL
FDDI
125
S
MM
S
MM
LE
MM
S – 850nm LED, SL – 850nm LD, LE – 1300nm LED; LL – 1300nm LD
By Fiber Optics LAN Section (FOLS) of the Telecommunications Industry Association (TIA)
30

Ethernet optyczny - przykład światłowodowej sieci LAN 10BaseF i

Transkrypt

Podobne dokumenty

Lokalne sieci optyczne

Wprowadzenie do sieci światłowodowych

Sieci światłowodowe

Święty kapłan-męczennik Sergiusz (Zacharczuk)

EtherNet/IP

Elementy pasywne