Размещено на http://www.allbest.ru/

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 Ethernet отныне становился единственным фреймовым форматом на вершине оптической иерархии скоростей (ODU4), что гарантирует параллельное снижение цен при росте производства 100Гбит интерфейсов как для магистральных, так и для локальных сетей. Следующим уровнем иерархии должен стать формат ODU5, эксклюзивно планируемый к применению в 400Гбит Ethernet сетях.

При разработке 100Гбит систем индустрии предстояло преодолеть следующие технологические проблемы:

разработать схемы модуляции и кодирования сигнала, позволяющие передавать 100Гбит потоки на достаточную дальность в оптическом С-диапазоне (1530--1565 нм);

разработать новые оптические источники и приемники вкупе с оборудованием оптической коррекции (усилители, компенсаторы дисперсии, селективные фильтры и так далее);

разработать электронные линейные карты, Ethernet MAC чипы и сетевые процессоры для потоковой обработки пакетных данных на скорости 100 Гбит в секунду.

В целом, решение этих проблем потребовало значительных инвестиций в интеллектуальную собственность, что способствовало затягиванию выхода конечных продуктов на рынок. Несмотря на то, что большинство производителей оптического и электронного оборудования заявили о поддержке 100Гбит систем в течение 2009--2010 года и регулярно испытывали системы разной степени готовности, широкое внедрение 100-гигабитного Ethernet началось лишь в 2011 году.



3. ОПТИЧЕСКИЙ ТРАНСПОРТ С ПОДДЕРЖКОЙ 100-ГИГАБИТ ETHERNET

Поскольку передача оптического сигнала в условиях нелинейной среды (оптическое волокно) является принципиально аналоговой проблемой, прогресс в этой области происходит значительно медленнее снижения прогресса в литографии цифровых электронных схем (описываемого эмпирическим законом Мура). Как результат, несмотря на то, что 10Гбит оптические интерфейсы и транспортные системы существовали с середины 1990-х годов, первые успешные попытки передачи 100Гбит потоков в оптических сетях произошли более чем через 12 лет. Кроме того, первые магистральные 100Гбит системы были подвержены ряду серьезных ограничений, в том числе -- высокой стоимости за счет использования уникальных лазерных систем, а также значительным энерго-габаритным требованиям, что исключало выпуск трансиверов в компактных форматах (таких как SFP+) раннее разработанных для 1Гбит, 2.5Гбит и 10Гбит сигналов.

Тем не менее, по состоянию на август 2011 как минимум пять компаний поставляли покупателям системы оптического транспорта совместимые с канальной скоростью ODU4 (104.794Гбит/сек) -- в том числе, Ciena (решение бывшей Nortel Networks), MRV, Alcatel-Lucent, ADVA Optical Networking. Последней к списку присоединилась компания Huawei, объявившая о начале поставок корейской компании KPN в июне 2011 года . Ожидается, что до конца 2011 года такие системы будут доступны от всех ведущих производителей оптического оборудования. Совершенствование оптических транспортных систем для передачи 100Гбит Ethernet будет неизбежно происходить в сторону уменьшения их стоимости, при этом могут использоваться следующие перспективные технологии: совместная передача сигнала двумя 50Гбит лазерами меньшей стоимости в одной выделенной полосе спектра, широкое использование цифровой обработки сигнала (DSP) для коррекции нелинейностей, уменьшение числа оптоэлектронных (OEO) преобразований в транспортной системе за счет поддержки внених источников сигнала (foreign lambdas) и так далее.

Наличие линейных оптических 100Гбит систем передачи данных позволяет сократить число требуемых длин волн в DWDM системах и увеличить объем передаваемых данных по существующей кабельной инфраструктуре. Тем не менее, использование 100Гбит оптического транспорта для передачи параллельных 10Гбит потоков данных снижает эффективность статистического мультиплексирования в пакетных сетях а также требует 10x10Гбит мукспондеров для согласования форматов. По этой причине, магистральные операторы проявляют заинтересованность в переходе на поддержку 100Гбит Ethernet непосредственно на интерфейсе маршрутизатора (пакетного коммутатора).

Сложность в разработке чипсета для поддержки 100Гбит Ethernet заключается в необходимости обеспечения высокой производительности при равномерной загрузке интерфейса вне зависимости от параметров входящего трафика и отсутствии перестановок пакетов внутри одного IP/MPLS потока последнее требование делает распараллеливание одного полнодуплексного 100Гбит интерфейса между несколькими (2-мя или 4-мя) отдельными сетевыми процессорами технически сложным. Дополнительные трудности создает дизайн линейных карт -- за счет возросших требований к размерам и охлаждению 100Гбит оптики и в условиях дефицита на рынке 100Гбит трансиверов, фирмы-пионеры 100Гбит сетевого оборудования были вынуждены вести самостоятельные либо совместные оптоэлектронные разработки для того чтобы уложиться в жесткие линейные и энергетические ограничения современных сетевых устройств. Ожидается, что по мере выхода на свободных рынок коммерческих электронных и оптических компонентов 100Гбит решений, список поставшиков таких систем будет расти, а цены будут активно снижаться.

Значительный объем начальных инвестиций в запуск 100Гбит Ethernet продуктов объясняет как начальный фокус в сторону оборудования высшей ценовой категории (операторского класса), так и желание производителей «досрочно рапортовать» о запуске продуктов до начала серийного производства, по результатам инженерных либо технологических испытаний. Поэтому в приведенном ниже историческом списке первых поставщиков 100 Гигабит Ethernet решений указаны как даты начального объявления IP/MPLS продуктов, так и официальные даты поставок (с учетом доступности информации).

3.1 Alcatel-Lucent

Компания Alcatel-Lucent впервые анонсировала 100GbE интерфейсы стандарта 802.3ba для маршрутизаторов 7450 ESS/7750 SR в июне 2009 года, с последующими тестами и показами продукта в июне-сентябре 2010-го . Однако, в презентации президента оптического отделения компании Джеймса Ватта (апрель 2011 года) , 100GE упоминался все еще лишь в контексте демонстрации клиентам (T-Systems, Portugal Telecom, 360Networks). Также, пресс-релиз компании от 18 июня 2011 года был вновь ограничен результатами полевых испытаний.

Возможным объяснением столь длительной задержки является уникальная архитектура пакетных продуктов Alcatel-Lucent, изначально ориентированных на оказание услуг на границе сети (VPLS, PPPoE, развитая структура очередей).

Фактически, компания Alcatel-Lucent производит всего одно базовое семейство маршрутизаторов (Alcatel 7750) приобретенное с компанией Timetra Networks. В 2011 году, единственной серийно выпускаемой элементной базой для семейства являлся сетевой процессор собственной разработки FP2 с полнодуплексной производительностью в 50Gbps. В соответствии с документацией фирмы, два чипсета FP2 могут также быть установлены в оппозитной, полудуплексной 100Гбит конфигурации, позволяющей реализовать интерфейс 100Гбит Ethernet без балансировки по потокам между чипами. Однако, такая аппаратная конфигурация чревата дисбалансом нагрузки ввиду того, что количество входных операций (ingress lookup) как правило превышает количество требуемых выходных операций (egress lookup) -- что может быть недостаточно для стабильной работы решения в реальной сети.

В перспективе, Alcatel-Lucent планирует перевести платформу 7750 на объявленный в мае 2011 года 400Гбит чипсет FP3 , который, возможно и станет первым реальным 100GE продуктом компании на обновленной платформе 7750.

3.2 Brocade

Фирма Brocade объявила о поддержке 100Гбит Ethernet технологии на унаследованной от поглощения Foundry Networks платформе MLXe в сентябре 2010 года . Тем не менее, уже в июне 2011 года Brocade смогла анонсировать первый коммерческий запуск своей 100GE технологии на площадке AMS-IX в Амстердаме , таким образом став одной из первых фирм получивших доход на 100Гбит Ethernet рынке.

Линейка скоростных маршрутизаторов MLXe использует сетевые процессоры и оптику сторонних разработчиков; платформа поддерживает минимум услуг как в пакетном (базовый IP/MPLS коммутатор) так и в оптическом (разнообразие трансиверов) диапазоне. Brocade позиционировал свой первый 100Гбит Ethetnet продукт для MLXe (2-x портовую линейную карту) в начальном ценовом сегменте, с дополнительной лицензией на использование второго порта.

3.3 Cisco

Корпорация Cisco совместно с Comcast еще в 2008 году объявили об успешных испытаниях 100-гигабитного Ethernet (100GbE) по существующей оптической инфраструктуре между городами Филадельфия (штат Пенсильвания) и Маклин (штат Вирджиния). Использовались маршрутизаторы Cisco CRS-1 и оптические каналы DWDM . Тем не менее, эта демонстрация не воспроизводила полностью полнодуплексный 100Гбит/с Ethernet канал, поскольку маршрутизатор CRS-1 поддерживает скорость всего лишь до 40Gbps на слот. Очевидно, что в тесте 2008 года нагрузка интерфейса не могла превысить половины от расчетной скорости.

Технически, первой платформой Сisco способной обеспечить работу 100Гбит Ethernet интерфейсов стал маршрутизатор CRS-3 с одним чипсетом на линейную карту и скоростью в 140 Гбит на слот. По этой причине, первые настоящие испытания 100Гбит Ethernet технологии от Cisco состоялись лишь в 2010 году, а первые коммерческие клиенты (AT&T и Comcast) были объявлены в апреле 2011 года . В июле 2011 года Cisco также проводила демонстрации 100GbE интерфейсов на маршрутизаторах границы ядра (ASR9000) без анонсирования даты поставок.

3.4 Huawei

Китайская компания Huawei представила «первую в индустрии» разработку 100GE интерфейса для машрутизатора в октябре 2008 года . Следующим шагом фирмы стал анонс законченной системы для передачи 100Гбит Ethernet в сентябре 2009 года . Система включала в себя оптический транспорт OSN6800/8800 и 1x100GE линейные карты машрутизаторов NE5000e на основе чипсета собственной разработки «Solar 2.0 PFE2A chip» и оптики в форм-факторе CFP. В 2010 году, это же решение было детализировано как использующее карты LPU-100F на основе двух чипсетов Solar 2.0 в оппозитной конфигурации . Тем не менее, в пресс-релизе компании о получении контракта на строительство IP/MPLS сети от российской компании Мегафон в октябре 2010 года , Huawei отчитался лишь о поставке 40Гбит систем NE5000e, «с возможностю масштабирования до 100Гбит» на слот.

В апреле 2011 года, компания выпустила новый анонс линейной карты для NE5000e на том же чипсете Solar 2.0 -- 2x100GE карты LPU-200 . В описании сопутствующего решения приводились цифры по поставкам 20G/40G версии чипсета (120 тысяч комплектов Solar 1.0) но не были приведены цифры по поставкам Solar 2.0. Также, в пресс-релизе о тестировании 100G оборудования в России от августа 2011 года , Huawei рапортовал о коммерческой установке 100G DWDM систем в KPN и China Telecom, но не привел ни одного покупателя 100GE решений на базе NE5000e.

Помимо задержек с реализацией чипсета для поддержки 100GbE, позиции Huawei могут также ослабляться установленной базой NE5000e, большинство экземпляров которой несовместимы с новыми 100Гбит/слот и 200Гбит/слот картами. Таким образом, несмотря на весьма раннее анонсирование 100-гигабитных продуктов, вероятность получения компанией Huawei прибыли на 100Гбит Ethernet рынке в 2011 году невелика.

3.5 Juniper Networks

Juniper заявил о поддержке 100Гбит Ethernet на платформе T1600 в июне 2009 года. К тому времени платформа T1600 поставлялась уже два года и поддерживала работу 100-Гбитных линейных карт (конфигурации 10x10GE портов). Впервые установленные в ноябре 2010 в маршрутизаторах T1600 академической сети Internet2 1x100Гбит Ethernet модули Internet2 racing ahead with 100G Ethernet network. позволили Juniper позиционировать себя ведущего поставщика серийных 100GbE продуктов. В том же, 2010 году, компания показала работу 100Гбит Ethernet интерфейсов от ядра до границы сети между платформами T1600 и MX3D. Компания вновь подтвердила статус пионера рынка в марте 2011 года, на месяц опередив Cisco с анонсом поставок 100Гбит Ethernet крупному североамериканскому оператору (им стал Verizon ). Судя по отчетам пользователей, что в тот же период времени Juniper производил поставки и менее крупным клиентам (к примеру JANET UK) и на середину 2011 года скорее всего уже располагал существенной 100-гигабитной клиентской базой. Обратной стороной лидерства на 100GE рынке для Juniper, по видимому, стал выбор 100GE архитектуры относительно низкой плотности (один 100GE интерфейс на слот работающий через два параллельных 50Гбит чипсета с равномерным делением нагрузки). К концу 2011 года Juniper подготовил начало коммерческой эксплуатации сразу двух новых магистральных продуктов с поддержкой 100Гбит Ethernet -- обновленной 240Гбит/слот Т-серии (T4000) и полностью нового 480Гбит/слот MPLS коммутатора PTX

Интересно, что рынок 100Гбит решений для маршрутизаторов в целом повторил ситуацию с запуском 10Gbps интерфейсов десятилетней давности де-факто, пионером поставок выступила компания Juniper, на несколько месяцев опередившая своего крупнейшего соперника -- Cisco. Компанию им составило новое сетевое отделение компании Brocade, при этом остальные участники рынка закрепиться в первой волне не смогли.



4. ТЕХНОЛОГИЯ ETHERNET

В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель.

Преимущества использования витой пары по сравнению с коаксиальным кабелем:

· возможность работы в дуплексном режиме;

· низкая стоимость кабеля «витой пары»;

· более высокая надёжность сетей при неисправности в кабеле;

· минимально допустимый радиус изгиба меньше;

· большая помехозащищенность из-за использования дифференциального сигнала;

· возможность питания по кабелю маломощных узлов, например IP-телефонов (стандарт Power over Ethernet, POE);

· отсутствие гальванической связи (прохождения тока) между узлами сети. При использовании коаксиального кабеля в российских условиях, где, как правило, отсутствует заземление компьютеров, применение коаксиального кабеля часто сопровождалось пробоем сетевых карт и иногда даже полным «выгоранием» системного блока.

Причиной перехода на оптический кабель была необходимость увеличить длину сегмента без повторителей.

Метод управления доступом (для сети на коаксиальном кабеле) -- множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт, описаны методы кодирования данных. Режим работы полудуплексный, то есть узел не может одновременно передавать и принимать информацию. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала -- не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов, в основном по причине полудуплексного режима работы.

В 1995 году принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с и появилась возможность работы в режиме полный дуплекс. В 1997 году был принят стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с для передачи по оптическому волокну и ещё через два года для передачи по витой паре.

4.1 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.

Рисунок 2 - Наиболее распространенный формат кадра Ethernet II

1. Novell -- внутренняямодификация IEEE 802.3 без LLC (Logical Link Control).

2. Кадр IEEE 802.2 LLC.

3. Кадр IEEE 802.2 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, и IEEE 802.1p для указания приоритетности.

Разные типы кадра имеют различный формат и значение MTU.

4.2 MAC-адреса

При проектировании стандарта Ethernet было предусмотрено, что каждая сетевая карта (равно как и встроенный сетевой интерфейс) должна иметь уникальный шестибайтный номер (MAC-адрес), прошитый в ней при изготовлении. Этот номер используется для идентификации отправителя и получателя кадра, и предполагается, что при появлении в сети нового компьютера (или другого устройства, способного работать в сети) сетевому администратору не придётся настраивать MAC-адрес.

Уникальность MAC-адресов достигается тем, что каждый производитель получает в координирующем комитете IEEE Registration Authority диапазон из шестнадцати миллионов (2^24) адресов, и по мере исчерпания выделенных адресов может запросить новый диапазон. Поэтому по трём старшим байтам MAC-адреса можно определить производителя. Существуют таблицы, позволяющие определить производителя по MAC-адресу; в частности, они включены в программы типа arpalert.

Некоторое время назад, когда сетевые карты не позволяли изменить свой MAC-адрес, некоторые провайдеры Internet использовали его для идентификации машины в сети при учёте трафика. Но все современные сетевые платы позволяют программно изменить MAC-адрес, однако если плата будет обесточена, то восстановится исходный MAC-адрес. Программы из Microsoft Office, начиная с версии Office 97, записывали MAC-адрес сетевой платы в редактируемый документ в качестве составляющей уникального GUID-идентификатора.

4.3 Разновидности Ethernet

В зависимости от скорости передачи данных и передающей среды существует несколько вариантов технологии. Независимо от способа передачи стек сетевого протокола и программы работают одинаково практически во всех нижеперечисленных вариантах.

В этом разделе дано краткое описание всех официально существующих разновидностей. По некоторым причинам, в дополнение к основному стандарту многие производители рекомендуют пользоваться другими запатентованными носителями -- например, для увеличения расстояния между точками сети используется волоконно-оптический кабель.

Большинство Ethernet-карт и других устройств имеет поддержку нескольких скоростей передачи данных, используя автоопределение (autonegotiation) скорости и дуплексности, для достижения наилучшего соединения между двумя устройствами. Если автоопределение не срабатывает, скорость подстраивается под партнёра, и включается режим полудуплексной передачи. Например, наличие в устройстве порта Ethernet 10/100 говорит о том, что через него можно работать по технологиям 10BASE-T и 100BASE-TX, а порт Ethernet 10/100/1000 -- поддерживает стандарты 10BASE-T, 100BASE-TX и 1000BASE-T.

4.4 Ранние модификации Ethernet

· Xerox Ethernet -- оригинальная технология, скорость 3Мбит/с, существовала в двух вариантах Version 1 и Version 2, формат кадра последней версии до сих пор имеет широкое применение.

· 1BROAD36 -- широкого распространения не получил. Один из первых стандартов, позволяющий работать на больших расстояниях. Использовал технологию широкополосной модуляции, похожей на ту, что используется в кабельных модемах. В качестве среды передачи данных использовался коаксиальный кабель.

· 1BASE5 -- также известный, как StarLAN, стал первой модификацией Ethernet-технологии, использующей витую пару. Работал на скорости 1 Мбит/с, но не нашёл коммерческого применения.

4.5 10 Мбит/с Ethernet

10BASE5, IEEE 802.3 (называемый также «Толстый Ethernet») -- первоначальная разработка технологии со скоростью передачи данных 10 Мбит/с. Следуя раннему стандарту IEEE использует коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом (RG-8), с максимальной длиной сегмента 500 метров.

10BASE2, IEEE 802.3a (называемый «Тонкий Ethernet») -- используется кабель RG-58, с максимальной длиной сегмента 185 метров, компьютеры присоединялись один к другому, для подключения кабеля к сетевой карте нужен T-коннектор, а на кабеле должен быть BNC-коннектор. Требуется наличие терминаторов на каждом конце. Многие годы этот стандарт был основным для технологии Ethernet.

StarLAN 10 -- Первая разработка, использующая витую пару для передачи данных на скорости 10 Мбит/с. В дальнейшем эволюционировал в стандарт 10BASE-T.

Несмотря на то, что теоретически возможно подключение к одному кабелю (сегменту) витой пары более чем двух устройств, работающих в симплексном режиме, такая схема никогда не применяется для Ethernet, в отличие от работы с коаксиальным кабелем. Поэтому, все сети на витой паре используют топологию «звезда», в то время как, сети на коаксиальном кабеле построены на топологии «шина». Терминаторы для работы по витой паре встроены в каждое устройство, и применять дополнительные внешние терминаторы в линии не нужно.

10BASE-T, IEEE 802.3i -- для передачи данных используется 4 провода кабеля витой пары (две скрученные пары) категории-3 или категории-5. Максимальная длина сегмента 100 метров.

FOIRL -- (акроним от англ. Fiber-optic inter-repeater link). Базовый стандарт для технологии Ethernet, использующий для передачи данных оптический кабель. Максимальное расстояние передачи данных без повторителя 1 км.

10BASE-F, IEEE 802.3j -- Основной термин для обозначения семейства 10 Мбит/с ethernet-стандартов, использующих оптический кабель на расстоянии до 2 километров: 10BASE-FL, 10BASE-FB и 10BASE-FP. Из перечисленного только 10BASE-FL получил широкое распространение.

10BASE-FL (Fiber Link) -- Улучшенная версия стандарта FOIRL. Улучшение коснулось увеличения длины сегмента до 2 км.

10BASE-FB (Fiber Backbone) -- Сейчас неиспользуемый стандарт, предназначался для объединения повторителей в магистраль.

10BASE-FP (Fiber Passive) -- Топология «пассивная звезда», в которой не нужны повторители -- никогда не применялся.

4.6 Быстрый Ethernet (Fast Ethernet, 100 Мбит/с)

· 100BASE-T -- общий термин для обозначения стандартов, использующих в качестве среды передачи данных витую пару. Длина сегмента до 100 метров. Включает в себя стандарты 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2.

· 100BASE-TX, IEEE 802.3u -- развитие стандарта 10BASE-T для использования в сетях топологии «звезда». Задействована витая пара категории 5, фактически используются только две неэкранированные пары проводников, поддерживается дуплексная передача данных, расстояние до 100 м.

· 100BASE-T4 -- стандарт, использующий витую пару категории 3. Задействованы все четыре пары проводников, передача данных идёт в полудуплексе. Практически не используется.

· 100BASE-T2 -- стандарт, использующий витую пару категории 3. Задействованы только две пары проводников. Поддерживается полный дуплекс, когда сигналы распространяются в противоположных направлениях по каждой паре. Скорость передачи в одном направлении -- 50 Мбит/с. Практически не используется.

· 100BASE-SX -- стандарт, использующий многомодовое волокно. Максимальная длина сегмента 400 метров в полудуплексе (для гарантированного обнаружения коллизий) или 2 километра в полном дуплексе.

· 100BASE-FX -- стандарт, использующий одномодовое волокно. Максимальная длина ограничена только величиной затухания в оптическом кабеле и мощностью передатчиков, по разным материалам от 2х до 10 километров.

· 100BASE-FX WDM -- стандарт, использующий одномодовое волокно. Максимальная длина ограничена только величиной затухания в волоконно-оптическом кабеле и мощностью передатчиков. Интерфейсы бывают двух видов, отличаются длиной волны передатчика и маркируются либо цифрами (длина волны) либо одной латинской буквой A(1310) или B(1550). В паре могут работать только парные интерфейсы: с одной стороны передатчик на 1310 нм, а с другой -- на 1550 нм.

4.7 Гигабитный Ethernet (Gigabit Ethernet, 1 Гбит/с)

· 1000BASE-T, IEEE 802.3ab -- стандарт, использующий витую пару категорий 5e. В передаче данных участвуют 4 пары. Скорость передачи данных -- 250 Мбит/с по одной паре. Используется метод кодирования PAM5, частота основной гармоники 62,5 МГц. Расстояние до 100 метров

· 1000BASE-TX был создан Ассоциацией Телекоммуникационной Промышленности (англ. Telecommunications Industry Association, TIA) и опубликован в марте 2001 года как «Спецификация физического уровня дуплексного Ethernet 1000 Мб/с (1000BASE-TX) симметричных кабельных систем категории 6 (ANSI/TIA/EIA-854-2001)» (англ. «A Full Duplex Ethernet Specification for 1000 Mbis/s (1000BASE-TX) Operating Over Category 6 Balanced Twisted-Pair Cabling (ANSI/TIA/EIA-854-2001)»). Стандарт, использует раздельную приёмо-передачу (по одной паре в каждом направлении), что существенно упрощает конструкцию приёмопередающих устройств. Ещё одним существенным отличием 1000BASE-TX является отсутствие схемы цифровой компенсации наводок и возвратных помех, в результате чего сложность, уровень энергопотребления и цена процессоров становится ниже, чем у процессоров стандарта 1000BASE-T. Но, как следствие, для стабильной работы по такой технологии требуется кабельная система высокого качества, поэтому 1000BASE-TX может использовать только кабель 6 категории. На основе данного стандарта практически не было создано продуктов, хотя 1000BASE-TX использует более простой протокол, чем стандарт 1000BASE-T, и поэтому может использовать более простую электронику.

· 1000BASE-X -- общий термин для обозначения стандартов со сменными приёмопередатчиками GBIC или SFP.

· 1000BASE-SX, IEEE 802.3z -- стандарт, использующий многомодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров.

· 1000BASE-LX, IEEE 802.3z -- стандарт, использующий одномодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя до 5 километров.

· 1000BASE-CX -- стандарт для коротких расстояний (до 25 метров), использующий твинаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом (каждый из двух волноводов). Заменён стандартом 1000BASE-T и сейчас не используется.

· 1000BASE-LH (Long Haul) -- стандарт, использующий одномодовое волокно. Дальность прохождения сигнала без повторителя до 100 километров.

4.8 10-гигабитный Ethernet

· Новый стандарт 10-гигабитного Ethernet включает в себя семь стандартов физической среды для LAN, MAN и WAN. В настоящее время он описывается поправкой IEEE 802.3ae и должен войти в следующую ревизию стандарта IEEE 802.3.

· 10GBASE-CX4 -- Технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний (до 15 метров), используется медный кабель CX4 и коннекторы InfiniBand.

· 10GBASE-SR -- Технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний (до 26 или 82 метров, в зависимости от типа кабеля), используется многомодовое волокно. Он также поддерживает расстояния до 300 метров с использованием нового многомодового волокна (2000 МГц/км).

· 10GBASE-LX4 -- использует уплотнение по длине волны для поддержки расстояний от 240 до 300 метров по многомодовому волокну. Также поддерживает расстояния до 10 километров при использовании одномодового волокна.

· 10GBASE-LR и 10GBASE-ER -- эти стандарты поддерживают расстояния до 10 и 40 километров соответственно.

· 10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW -- Эти стандарты используют физический интерфейс, совместимый по скорости и формату данных с интерфейсом OC-192 / STM-64 SONET/SDH. Они подобны стандартам 10GBASE-SR, 10GBASE-LR и 10GBASE-ER соответственно, так как используют те же самые типы кабелей и расстояния передачи.

· 10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006 -- принят в июне 2006 года после 4 лет разработки. Использует экранированную витую пару. Расстояния -- до 100 метров.

4.9 Перспективы

О Terabit Ethernet (так упрощенно называют технологию Ethernet со скоростью передачи 1 Тб/с) стало известно в 2008 году из заявления создателя Ethernet Боба Меткалфа на конференции OFC который предположил, что технология будет разработана к 2015 году, правда, не выразив при этом какой-либо уверенности, ведь для этого придется решить немало проблем. Однако, по его мнению, ключевой технологией, которая может обслужить дальнейший рост трафика, станет одна из разработанных в предыдущем десятилетии -- DWDM.

«Чтобы реализовать Ethernet 1 Тб/с, необходимо преодолеть множество ограничений, включая 1550-нанометровые лазеры и модуляцию с частотой 15 ГГц. Для будущей сети нужны новые схемы модуляции, а также новое оптоволокно, новые лазеры, в общем, все новое, -сказал Меткалф. -- Неясно также, какая сетевая архитектура потребуется для ее поддержки. Возможно, оптические сети будущего должны будут использовать волокно с вакуумной сердцевиной или углеродные волокна вместо кремниевых. Операторы должны будут внедрять больше полностью оптических устройств и оптику в свободном пространстве (безволоконную). Боб Меткалф».

оптический гигабит стандарт ethernet



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Производители носителей и систем хранения данных могли получить лицензии на технологию LTO Ultrium второго поколения еще с января 2002 года. А уже осенью прошлого года компания Hewlett-Packard первой в индустрии (по ее утверждению) начала поставлять своим партнерам опытные образцы ленточных накопителей Ultrium второго поколения (HP StorageWorks Ultrium 460). Эти устройства обладают повышенным быстродействием и емкостью - так, они позволяют сохранять сжатые данные на картриджи размером 400 Гбайт, причем время заполнения такого картриджа составляет менее 2 ч. В связи со слиянием с Compaq новые устройства носят теперь название StorageWorks.

Технологии резервного хранения информации продолжают совершенствоваться. Несмотря на все достижения в области повышения надежности и обработки ошибок, дальнейшие улучшения здесь по-прежнему необходимы. Немало усилий требует увеличение скорости ленточных накопителей в соответствии с сегодняшними стандартами; необходимо также повышение интеллектуального уровня устройств и совершенствование средств управления ими.

Размещено на Allbest.ur