Post on 07-Jan-2016
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Evolução do padrão Ethernet
•Desde a década de 70, a tecnologia Ethernet tem evoluído com uma força indiscutível
•As primeiras normas definiram a operação da rede em 10Mbps e, logo depois, em 100Mbps (ainda a mais usada)
•Com o crescimento da demanda, ou seja, com a necessidade sempre crescente de bits e mais bits, era inevitável que um padrão com maior capacidade de transmissão fosse proposto
•Em 1996, o IEEE criou dois grupos de trabalho com o objetivo de definir padrões para Gigabit Ethernet:
• o grupo 802.3z tinha por objetivo definir um padrão baseado em fibra ótica
• o grupo 802.3ab foi criado para definir um padrão sob cabos UTP.
Evolução do padrão Ethernet
•Principais objetivos dos trabalhos• Permitir operações half-duplex e full-duplex em velocidades de 1000Mbps
• Utilizar o formato do quadro Ethernet 802.3 padrão• Utilizar o método CSMA/CD para controle de acesso• Oferecer compatibilidade com as tecnologias 10Base-T e 100Base-T• Para o grupo 802.3z (fibra) as distâncias consideradas eram 500m (para fibras multimodo) e 2Km para fibras monomodo
• Para o grupo 802.3ab as distâncias consideradas eram 25m.
•O desenvolvimento não ficou por ai • Logo foi proposto um padrão para 10Gbps
Evolução do padrão EthernetPadrão Ano Função
Exp. Ethernet 1972 2,94 Mbit/s - barramento de cabo coaxial
Ethernet II (DIX V.2.0) 1982 10 Mbit Ethernet – cabo coaxial fino (DIX – Digital, Intel, Xerox)
IEEE 802.3 1983 10BASE5 (10Mbit/s) cabo coaxial grosso (cabeçalho 802.2 LLC, segue ao cabeçalho 802.3)
IEEE 802.3a 1985 10BASE2 - Chipernet
IEEE 802.3b 1985 10BROAD36
IEEE 802.3c 1985 10Mbit/s repeater specification
IEEE 802.3d 1987 FIORL (Fiber Optic Inter-Repeater Link)
IEEE 802.3e 1987 1BASE5 Star LAN
IEEE 802.3i 1990 10BASE-T – 10Mbit/sover twisted pair
IEEE 802.3j 1993 10BASE-F – 10Mbit/s over Fiber-Optic
IEEE 802.3u 1995 100BASE-TX, 100BASE-T4, 100BASE-FX, Fast Ethernet, Auto sense
IEEE 802.3x 1997 Full Duplex and Flow control (também acaba com frames DIX)
IEEE 802.3y 1998 100BASE-T2, 100Mbit/s over low quality twisted pair
IEEE 802.3z 1998 1000Base-X, 1Gbit/s Ethernet over Fiber-Optic
IEEE 802.3 - 1998 1998 Revisão do Padrão incorporando todas as atualizações
Fonte: Juergen Rochol
Evolução do padrão Ethernet
Fonte: Juergen Rochol
IEEE 802.3 - 1998 1998 Revisão do Padrão incorporando todas atualizações
IEEE 802.3ab 1998 1000BASE-T, 1Gbit/s sobre par trançado
IEEE 802.3ac 1999 Tamanho máximo do Frame estendido para 1522 para permitir Q-tag que inclui informação do 802.1Q VLAN e prioridade do 802.1p
IEEE 802.3ad 2000 Agregação paralela de enlaces (Link aggregation)
IEEE 802.3 - 2002 2002 Revisão do Padrão incorporando todas atualizações
IEEE 802.3ae 2003 10Gbit/s Ethernet over Fibre, 10BASE-SR (-LR, -ER, –SW, -LW, -EW)
IEEE 802.3af 2003 Power over Ethernet
IEEE 802.3ah 2004 Ethernet in the First (or last) mile
IEEE 802.3ak 2004 10BASE-CX4, 10Gbit/s over twin coaxial cable
IEEE 802.3 - 2005 2005 Revisão do Padrão incorporando todas atualizações
IEEE 802.3an 2006 10GBASE-T, 10Gbit/s over UTP (unshielded twisted pair)
IEEE 802.3ap Exp. Backplane Ethernet over printed circuit boards (1 ou 10 Gbit/s)
IEEE 802.3aq Exp. 10GBASE-LRM, 10 Gbit/s Ethernet over multimode fiber
IEEE 802.3ar Exp. Congestion Management
IEEE 802.3as Exp. Frame Expansion
IEEE 802.3at Exp. Power over Ethernet enhancements
IEEE 802.3au Exp. Isolation Requeriments for power over Ethernet
IEEE 802.3av Estdo. 10 Gbit/s EPON (Ethernet Passive Optical Network)
Resumo
Padrões EthernetPadrões Ethernet
10.Gbps802.3ae
10.Gbps802.3ae100 Mbps100 Mbps 1000Mbps1000Mbps
100B-TUTP
2 pares
100B-TUTP
2 pares100B-FX100B-FX
100B-T4UTP
4 pares
100B-T4UTP
4 pares
1000B-X802.3z
1000B-X802.3z
1000B-TUTP
803.3ab
1000B-TUTP
803.3ab
1000 Base-LXFibra
MMF e SMF
1000 Base-LXFibra
MMF e SMF
1000Base-CXCoaxial
150 Ohms(obsoleta)
1000Base-CXCoaxial
150 Ohms(obsoleta)
1000Base-SXFibraMMF
1000Base-SXFibraMMF
10GBase-R10GBase-R
10GBase-W10GBase-W
10GBase-X10GBase-X
Características
•Todas essas tecnologias utilizam o mesmo formato do quadro e tecnologia MAC de todas as outras tecnologias baseadas no IEEE 802.3, assim como também da técnica full-duplex e controle de fluxo.
•Em termos de taxa de transmissão de bits, o Gigabit Ethernet simplesmente aumenta a taxa do Fast Ethernet de 100 Mbps para 1.000 Mbps com as alterações no meio físico.
•A topologia da rede acompanha as regras tradicionais do Ethernet. No nível 2, o protocolo Spanning Tree é usado para garantir que não existam loops locais na rede, criando uma topologia de árvore hierárquica.
Cenários de migração
•Cenário 1: Gigabit Ethernet é usado para interligação de switches centrais com switches secundárias
•Cenário 2: Gigabit Ethernet também é usado para a conexão dos servidores com as switches centrais
•Cenário 3: usado com as máquinas dos usuários (mais distante, quando os preços caírem).
•Artigo interessante:
www.windowsnetworking.com/articles_tutorials/Transition-Gigabit-Ethernet.html
Camada Física
O padrão Gigabit Ethernet é primariamente um padrão de camada física (PHY - Physical Layer) e de controle de acesso à mídia (MAC – Media Access Control), especificando a camada de enlace do modelo OSI. Este padrão é a base para comunicação ponto-a-ponto entre os equipamentos de rede.
PCS: Physical Coding SublayerPMA: Physical Medium Attachment sublayerPMD: Physical Medium Dependent
Camada Física – as fibras óticas
•“Transceivers” são usados para converter os sinais elétricos das interfaces para sinais óticos e vice-versa
Camada Física – as fibras óticas
•Filamentos cilíndricos construídos de vidro de sílica de alta pureza
•Luz inserida na fibra fica “confinada”
• Dois tipos: multimodo e monomodo.
Camada Física – fibra ótica multimodo
•Diâmetro do núcleo: 50, 62.5, 82.5 ou 100 µm.•Uso com luz de comprimento de onda de 850nm a 1300nm.
•Existem também fibras multimodo construídas com um tipo de plástico especial, dotado de um de alto índice refração (POF). Nesse caso, o diâmetro (N) do Núcleo é geralmente da ordem de 1000 µm. São mais baratas mas operam em distâncias mais curtas.
Camada Física – fibra ótica multimodo•Dois tipos:
•índice degrau (step index): mais antiga
•índice gradual (grated index): permite melhor propagação
Fibra ótica monomodo
• Construída para operação com feixes de luz com comprimento de onda de 1350nm.
• Núcleo é de 3 a 8 µm• Distâncias de operação até 50 vezes maiores
que as da fibra multimodo.• Bem mais cara e difícil de instalar e manter
(conectores e emendas são bem mais complicados)
Camada Física – comparação dos tipos
Multimodo Monomodo
O Núcleo sendo de grande diâmetro torna mais fácil o alinhamento quando se faz emendas ou instalam-se conectores.
Distâncias maiores quando comparadas com as fibras multimodo.
Baixo custo, quando comparado com outros tipos de fibra, não só da fibra em si, mas também dos materiais agregados, como conectores, componentes eletrônicos e outros.
Taxas de transmissão muito mais altas (superiores a 160 Gbps) quando comparadas com as fibras multimodo.
IEEE 802.3z (1000Base-X)
•Em todos os casos, •a banda é de 1 Gbps (half duplex) ou até 2 Gbps (full duplex)•foi adotado o mesmo formato do quadro padrão 802.3
•Quando opera em half-duplex, o protocolo de acesso ao meio físico é o CSMA/CD (mas modificado) para que altas velocidades possam ser suportadas. Para a aplicação, o bloco mínimo continua sendo de 64 bytes, mas a interface adiciona um “recheio” de maneira que o frame mínimo seja igual a 512 bytes.
Referência: http://www.rnp.br/newsgen/9802/gbe-intr.html
IEEE 802.3z (1000Base-X)• Sem o recheio, pequenos pacotes poderiam ser totalmente transmitidos por uma estação sem que ela "percebesse" que houve uma colisão, violando a regra do CSMA/CD.
• Essa operação pode afetar o desempenho caso existam muitos pacotes pequenos
• Para isso, foi implementado um recurso chamado packet bursting que dá a capacidade a servidores, switches e outros tipos de equipamentos de entregar grupos (bursts) de pequenos pacotes para utilizar a largura de banda disponível.
IEEE 802.3z (1000Base-X)
•Para a aplicação, entretanto, tudo se passa de modo transparente, ou seja, a aplicação enxerga uma interface padrão que pede um pacote mínimo de 64 bytes.
•A função de empacotamento não ocorre no modo de operação full-duplex•Assim, do ponto de vista das aplicações, todas as velocidades de Ethernet (10, 100 e 1.000Mbps) utilizam o mesmo formato de encapsulamento, métodos de controle de fluxo e operações full-duplex, não havendo necessidade de traduções entre formatos, o que reduz a complexidade e aumenta o desempenho da comutação de pacotes.
•Todas as implementações iniciais do Gigabit Ethernet foram full-duplex e usavam o tamanho mínimo de pacote de 64 bytes.
IEEE 802.3z (1000Base-X)
•Desde o início, a orientação dos comitês de desenvolvimento foi a de reaproveitar o mais possível o que já existia
•Assim, a camada física utiliza o padrão Fibre Channel
•A camada de acesso é a mesma dos outros protocolos Ethernet (802.3)
Fonte: Telecommunications Magazine – Vol.31, No. 3 - (Março 1997)
IEEE 802.3z (1000Base-X)•GBIC – Gigabit Interface Converter• interface padrão para transceivers• torna um equipamento “independente” da mídia• flexível, mas caro• só vale a pena quando a flexibilidade é um requisito muito importante
IEEE 802.3ab – 1000Base-T
•O padrão IEEE 802.3ab ou padrão 1000BASE-T, define o uso de Gigabit Ethernet em cabos categoria 5 ou superior (CAT6 ou CAT7), com distâncias de até 100m.
•Embora o uso de cabeamento CAT5 seja crítico, a norma permite que as estruturas atuais sejam utilizadas, barateando o custo da transição
IEEE 802.3ab – 1000Base-T•Características interessantes:
•o padrão 1000BT usa todos os 8 fios do cabo (4 pares)
•São transmitidos quatro sinais em paralelo, de forma bidirecional
•Cada sinal (ou símbolo) codifica 2 bits•O clock do sinal é 125MHz, o mesmo clock do padrão 100BT
•A conta do taxa efetiva de transmissão é a seguinte: 125 MHz x 2 bits por sinal (por par de fios) x 4 sinais por vez = 1.000 Mbps.
•A técnica utilizada é chamada de PAM-5 (Pulse Amplitude Modulation).
O padrão PAM-5: cada “símbolo” codifica 3 bits – dois de informação e um de proteção
IEEE 802.3ab – 1000Base-T
Símbolo Nível do sinal
000 0
001 +1
010 +2
011 -1
100 0
101 +1
110 -2
111 -1
A codificação do sinal usa uma técnica baseada em um “shift register” com realimentação (linear feedback shift register)
IEEE 802.3ab – 1000Base-T
Os circuitos necessários para implementar a codificação PAM-5 não são triviais e usam extensivamente técnicas de processamento digital de sinais
IEEE 802.3ab – 1000Base-T
IEEE 802.3ab – 1000Base-T
• “BI” significa bi-direcional
• DA, DB, DC e DD significa “Dado A”, “Dado B”, “Dado C” e “Dado D”, respectivamente.
Pino Cor Função
1Branco com
verde+BI_DA
2 Verde -BI_DA
3Branco com
laranja+BI_DB
4 Azul +BI_DC
5Branco com
azul-BI_DC
6 Laranja -BI_DB
7Branco com
marrom+BI_DD
8 Marrom -BI_DD
IEEE 802.3ab – 1000Base-T
•Dados são transmitidos e recebidos simulta-neamente o que torna os circuitos bem complexos.
•Por outro lado, um cabo mais simples (CAT-5) pode ser usado.
http://www.projetoderedes.com.br/artigos/artigo_cabeamento_para_gigabit_ethernet.php
IEEE 802.3ab – 1000Base-TX
•Uma maneira de simplificar bastante os circuitos é adotar sistemas unidirecionais (circuitos 75% mais simples): 1000Base-TX
•Mas agora, cabos têm que suportam frequências mais altas (CAT-6 e CAT-7)
http://www.projetoderedes.com.br/artigos/artigo_cabeamento_para_gigabit_ethernet.php
IEEE 802.3ae – 10 Gigabit Ethernet
•O padrão para redes 10 Gigabit Ethernet, dez vezes mais rápido que o anterior, está em desenvolvimento desde 1999. Além disso, a distância permitida pode chegar a 40 Km.
•O 10 Gigabit Ethernet opera apenas no modo full-duplex assim o protocolo CSMA/CD não é utilizado.
•O padrão adota apenas meios físicos baseados em fibra ótica.
IEEE 802.3ae – 10 Gigabit Ethernet•A norma especifica uma capacidade de transmissão de 10Gbps. Entretanto, através da WIS (Wan interface sublayer), equipamentos 10Gigabit Ethernet são compatíveis com o formato SONET STS-192, de 9.58Gbps.
•10GBASE-SR e 10GBASE-SW•Usam fibras multimodo (850nm) para distâncias de 2m a 300m. •10GBASE-SR foi projetada para operar sobre “dark fiber”•10GBASE-SW foi projetada para ser conectada a equipamentos Sonet
•10GBASE-LR e 10GBASE-LW•Usam fibras monomodo (1310nm) para distâncias de 2m a 10 quilômetros
•10GBASE-LR foi projetada para operar sobre “dark fiber”•10GBASE-LW foi projetada para ser conectada a equipamentos Sonet
IEEE 802.3ae – 10 Gigabit Ethernet
•10GBASE-ER e 10GBASE-EW•Usam fibras multimodo (1550nm) para distâncias de 2m a 40Km.
•10GBASE-ER foi projetada para operar sobre “dark fiber”
•10GBASE-EW foi projetada para ser conectada a equipamentos Sonet
•10GBASE-LX4•Usam exclusivamente “dark fiber” do tipo monomodo (até 10Km) ou multimodo (até 300m)
•Usa WDM (wave division multiplexing) para enviar até quatro sinais simultaneamente sobre um cabo único
IEEE 802.3ae – 10 Gigabit Ethernet
Característica Rede Local Paralela
Rede Local Serial
Rede WAN Serial
Multiplexação no meio
WWDM na na
Padrão de Transmissão
10GBase xX* 10GBase xR* 10GBase xW*
Taxa meio: 4 x 3,125 Gbit/s(4 lambdas)
10,3 Gbit/s OC 192 Sonet ou SDH STM 64 -
9,953 Gbit/s
Taxa líquida 12 Gbit/s 10,3 Gbit/s 9,29 Gbit/s
IEEE 802.3ae – 10 Gigabit Ethernet
Alcance :comp. onda Tipo de Fibra Modo XMIT
Emissor Óptico
65m 850nm MMF serial LED
100m 850nm MMF serial LED
300m 1300nm MMF-E (enhanced)
WWDM* LED
10km 1300nm SM WWDM Laser MLM**
10km 1300nm SM serial Laser SLM***
40km 1550nm SM serial Laser SLM resfriado
* WWDM: Wide Wavelenght Division Multiplex**MLM: Laser Multi Longitudinal Mode ou FP (Fabry Perot) ***SLM: Laser Single Longitudinal Mode ou DFB (Distributed Feedback)
Resumo....
10GbE
1000Base-PX20
10BASE-T(Cu Cat5)
MaximumBandwidth (Symmetric)
100m 500m 750m 2000m 2700m 5000m 10km 20km
2Mbps
10Mbps
100Mbps
1Gbps
10Gbps
100BASE-T(Cu Cat 5)
1000BASE-T(MMF)
1000BaseB/L/PX10
100BASE-FX(MMF)
1000BASE-LX (SMF)
ExistingIEEE 802.3standards
ExistingIEEE 802.3standards
EFMIEEE 802.3ah
EFMIEEE 802.3ah
Minimum
Reach
100Base-L/BX10(Single Mode Fiber)
2Base-TS(SHDSL)
10Pass-TS(VDSL)