Компьютерные сети. 6-е изд. - Эндрю Таненбаум

отправки бита каждую наносекунду. Первоначально это достигалось за счет коротких экранированных медных кабелей (версия 1000Base-CX) и оптоволокна. Оно допускает две длины волны, и, следовательно, существуют две разные версии: 0,85 мкм (короткие волны, для 1000Base-SX) и 1,3 мкм (длинные, для 1000Base-LX).

Передача с помощью коротких волн возможна с дешевыми светодиодами. Такой вариант применяется с многомодовым волокном для соединения станций внутри здания, так как для 50-мкм волокна допустимая длина составляет не более 500 м. Для передачи сигналов на длинных волнах требуются лазеры. С другой стороны, при использовании одномодового (10 мкм) волокна длина кабеля может достигать 5 км. Это позволяет подключать здания друг к другу (например, в студенческом городке) аналогично связям «точка-точка». Последующие вариации стандарта допускали даже более длинные связи на одномодовом волокне.

Название

Тип

Длина сегмента, м

Преимущества

1000Base-SX

Оптоволокно

550

Многомодовое волокно (50; 62,5 мкм)

1000Base-LX

Оптоволокно

5000

Одномодовое (10 мкм) или многомодовое (50; 62,5 мкм) волокно

1000Base-CX

Экранированный кабель с 2 витыми парами

25

Экранированная витая пара

1000Base-T

Неэкранированный кабель с 4 витыми парами

100

Стандартная витая пара категории 5

Илл. 4.21. Кабели Gigabit Ethernet

Для отправки битов с помощью этих версий Gigabit Ethernet используется система кодирования 8B/10B, заимствованная из другой сетевой технологии, Fibre Channel (оптоволоконный канал), и упомянутая в разделе 2.4.3. В этой системе 8 бит данных кодируются в кодовые слова из 10 бит, которые отправляются по проводу или оптическому волокну, — отсюда и название 8B/10B. Кодовые слова выбираются так, чтобы они могли быть сбалансированы (то есть иметь равное число нулей и единиц) и чтобы переход осуществлялся достаточное число раз для восстановления синхронизации. Отправка битов, закодированных с помощью NRZ, требует на 25 % больше полосы пропускания, чем передача незакодированных битов, — значительное преимущество по сравнению с манчестерским кодом, предполагающим стопроцентное расширение полосы.

Однако все это требовало новых медных или оптоволоконных кабелей, поддерживающих более быструю передачу сигналов. Ни одна из этих технологий не совместима с витой парой категории 5, которая была в огромных количествах проложена для сетей Fast Ethernet. В течение года потребность была закрыта благодаря 1000Base-T, и с тех пор это самая популярная форма Gigabit Ethernet. Очевидно, людям не слишком нравится заново прокладывать кабели в зданиях.

Чтобы сеть Ethernet могла работать по проводам категории 5 со скоростью 1000 Мбит/с, требуется более сложная схема передачи сигналов. Используются все четыре витые пары в кабеле; каждая пересылает данные одновременно в обоих направлениях, применяя цифровую обработку сигналов для их разделения. Для обеспечения скорости 125 мегасимволов/с в каждом проводе используется пять уровней напряжения, которые переносят по 2 бита. Схема преобразования битов в символы не так проста. Она включает скремблинг (для безопасной передачи) и код исправления ошибок, в котором четыре значения внедряются в пять сигнальных уровней.

Скорость 1 Гбит/с — это довольно быстро. Если получатель отвлечется на другую задачу хотя бы на 1 мс и не освободит входной буфер, он может пропустить до 1953 фреймов. А если один компьютер передает данные по гигабитной сети, а другой принимает их по классическому Ethernet, буфер получателя переполнится очень быстро. Исходя из этих рисков было принято решение о внедрении в систему Gigabit Ethernet контроля потока. Для его реализации получатель посылает служебный фрейм, сообщающий, что отправитель должен на некоторое время приостановиться. Служебные фреймы PAUSE — это на самом деле обычные фреймы Ethernet с записью 0х8808 в поле Type. Продолжительность паузы определяется в единицах времени передачи минимального фрейма. Для Gigabit Ethernet такая единица равна 512 нс, а паузы могут длиться до 33,6 мс.

Вместе с Gigabit Ethernet было добавлено и еще одно расширение — Джамбо-пакеты (Jumbo frames). Они допускают фреймы длиной более 1500 байт, обычно до 9 Кбайт.

Это расширение защищено патентом. Оно не описано в стандарте, иначе Ethernet уже не будет совместим с предыдущими версиями. Тем не менее большинство производителей его поддерживают. Причина в том, что 1500 байт — это слишком маленькая единица данных для гигабитных скоростей. Манипулируя большими блоками информации, можно уменьшить частоту пересылки фреймов и снизить нагрузку из-за необходимой обработки (например, не придется прерывать процессор, чтобы сообщить о прибытии фрейма, или разбивать и заново соединять сообщения, не поместившиеся в одном фрейме Ethernet).

4.3.7. 10-гигабитный Ethernet

Как только Gigabit Ethernet был стандартизован, комитет 802 заскучал и захотел продолжить работу. Тогда IEEE предложил ему начать разработку 10-гигабитного Ethernet (10-Gigabit Ethernet). Работа шла по тому же принципу, что и при стандартизации предыдущих версий. Первые стандарты для оптоволоконного и экранированного медного кабеля появились в 2002 и 2004 годах, а для медной витой пары — в 2006 году.

10 Гбит/с — это поистине колоссальная скорость. В 1000 раз быстрее первоначального стандарта Ethernet! Где она может понадобиться? Ответ — в дата-центрах и точках обмена трафиком с высококлассными маршрутизаторами, коммутаторами и серверами, а также в сильно загруженных магистральных каналах, соединяющих офисы компаний в разных городах. Весь город можно охватить единой сетью на базе оптоволокна и Ethernet. Связь на больших расстояниях требует прокладки оптического волокна, тогда как более короткие соединения можно выполнять с помощью медных кабелей.

Все версии 10-гигабитного Ethernet поддерживают только полнодуплексную передачу данных. CSMA/CD больше не входит в архитектуру, и стандарты фокусируются на деталях физического уровня, которые обеспечивают высокую скорость. Однако совместимость не потеряла своего значения, поэтому интерфейсы 10-гигабитного Ethernet выполняют автоматическое согласование скорости и выбирают максимально возможное значение для обоих концов линии.

Основные типы 10-гигабитного Ethernet перечислены на илл. 4.22. На средних расстояниях применяется многомодовое волокно с длиной волны 0,85 мкм, а на больших — одномодовое с длиной волны 1,3 и 1,5 мкм. Сеть 10GBase-ER может охватывать до 40 км, что хорошо подходит для использования на больших территориях. Все эти версии отправляют последовательный поток информации, образованный путем скремблинга битов данных и последующего их кодирования по схеме 64B/66B (она требует меньше накладных расходов, чем 8B/10B).

Название

Тип

Длина сегмента

Преимущества

10GBase-SR

Оптоволокно

До 300 м

Многомодовое волокно (0,85 мкм)

10GBase-LR

Оптоволокно

10 км

Одномодовое волокно (1,3 мкм)

10GBase-ER

Оптоволокно

40 км

Одномодовое волокно (1,5 мкм)

10GBase-CX4

4 пары биаксиального кабеля

15 м

Биаксиальный медный кабель

10GBase-T

Неэкранированный кабель с 4 витыми парами

100 м

Неэкранированная витая пара категории 6а

Илл. 4.22. Кабели 10-гигабитного Ethernet

Первая версия, разработанная для медного кабеля, 10GBase-CX4, работает на базе кабеля с четырьмя парами биаксиального медного провода. В каждой паре используется кодирование 8B/10B,