Gigabit Ethernet PCI Express síťový adaptér. Síťový adaptér Gigabit Ethernet PCI Express Shielded Twisted Pair

S překladem svého jsem nijak nespěchal domácí síť ze 100 Mbps na 1 Gbps, což je pro mě docela zvláštní, protože přenáším velké množství souborů po síti. Když však utratím peníze za upgrade počítače nebo infrastruktury, věřím, že bych měl okamžitě dosáhnout zvýšení výkonu v aplikacích a hrách, které spouštím. Mnoho uživatelů se rádo baví nová grafická karta, centrální procesor a nějaký gadget. Z nějakého důvodu však síťová zařízení takové nadšení nevzbuzují. Ve skutečnosti je obtížné investovat vydělané peníze do síťové infrastruktury místo dalšího technologického narozeninového dárku.

Nicméně požadavky na šířku pásma ty moje jsou hodně vysoké a v jednu chvíli jsem si uvědomil, že infrastruktura 100 Mbit/s už nestačí. Všechny mé domácí počítače již mají integrované adaptéry 1 Gb/s (zap základní desky ah), tak jsem se rozhodl vzít si ceník nejbližší počítačové společnosti a podívat se, co bych potřeboval k převodu celé své síťové infrastruktury na 1 Gbps.

Ne, domácí gigabitová síť není vůbec tak složitá.

Koupil jsem a nainstaloval veškeré vybavení. Pamatuji si, že jsem kdysi kopíroval velký soubor na 100 Mbit/s síti to trvalo asi minutu a půl. Po upgradu na 1 Gbit/s se stejný soubor začal kopírovat za 40 sekund. Nárůst výkonu byl příjemný, přesto jsem se nedočkal desetinásobného zlepšení, které by se dalo očekávat z porovnání propustnosti 100 Mbps a 1 Gbps staré a nové sítě.

jaký je důvod?

U gigabitové sítě musí všechny části podporovat 1 Gbit/s. Pokud máte například nainstalované gigabitové síťové karty a související kabely, ale rozbočovač/přepínač podporuje pouze 100 Mb/s, bude celá síť fungovat rychlostí 100 Mb/s.

První požadavek je síťový řadič. Nejlepší je, když je každý počítač v síti vybaven gigabitovým síťovým adaptérem (samostatným nebo integrovaným na základní desce). Tento požadavek je nejsnáze splnitelný, protože většina výrobců základních desek již několik let integruje gigabitové síťové řadiče.

Druhý požadavek - síťová karta měl by také podporovat 1 Gbit/s. Existuje běžná mylná představa, že gigabitové sítě vyžadují kabel Cat 5e, ale ve skutečnosti i starý kabel Cat 5 podporuje 1 Gbps. Kabely Cat 5e však mají lepší vlastnosti, takže budou optimálnějším řešením pro gigabitové sítě, zejména pokud jsou kabely slušné délky. Kabely Cat 5e jsou však dnes stále nejlevnější starý standard Kočka 5 je již zastaralá. Novější a dražší kabely Cat 6 nabízejí ještě lepší výkon pro gigabitové sítě. Výkon kabelů Cat 5e vs Cat 6 porovnáme dále v našem článku.

Třetí a pravděpodobně nejdražší komponentou v gigabitové síti je 1 Gbps hub/switch. Samozřejmě je lepší použít přepínač (možná spárovaný s routerem), protože hub nebo hub není nejinteligentnější zařízení, jednoduše vysílá všechna síťová data na všech dostupných portech, což vede k velkému počtu kolizí a zpomalení snížení výkonu sítě. Pokud potřebujete vysoký výkon, pak se bez gigabitového přepínače neobejdete, protože síťová data předává pouze na požadovaný port, což efektivně zvyšuje rychlost sítě ve srovnání s rozbočovačem. Router obvykle obsahuje vestavěný přepínač (s více LAN porty) a také umožňuje připojení vaší domácí sítě k internetu. Většina domácích uživatelů chápe výhody routeru, takže gigabitový router je velmi atraktivní volbou.

Jak rychlý by měl být gigabit? Pokud uslyšíte předponu „giga“, pravděpodobně máte na mysli 1000 megabajtů, zatímco gigabitová síť by měla poskytovat 1000 megabajtů za sekundu. Pokud si to myslíte, nejste sami. Ale bohužel, ve skutečnosti je všechno jinak.

co je gigabit? To je 1000 megabitů, ne 1000 megabajtů. V jednom bajtu je 8 bitů, takže si to spočítejte: 1 000 000 000 bitů děleno 8 bity = 125 000 000 bajtů. V megabajtu je asi milion bajtů, takže gigabitová síť by měla poskytovat teoretickou maximální rychlost přenosu dat asi 125 MB/s.

Jistě, 125 MB/s nezní tak působivě jako gigabit, ale zamyslete se nad tím: síť s takovou rychlostí by teoreticky měla přenést gigabajt dat za pouhých osm sekund. A 10GB archiv by měl být přenesen za pouhou minutu a 20 sekund. Rychlost je neuvěřitelná: jen si vzpomeňte, jak dlouho trvalo přenést gigabajt dat, než byly USB klíče tak rychlé jako dnes.

Naše očekávání byla vysoká, a tak jsme se rozhodli přenést soubor přes gigabitovou síť a užít si rychlosti blížící se 125 MB/s. Nemáme žádný specializovaný luxusní hardware: jednoduchou domácí síť s nějakou starou, ale slušnou technologií.

Kopírování souboru o velikosti 4,3 GB z jednoho domácího počítače do druhého probíhalo průměrnou rychlostí 35,8 MB/s (test jsme provedli pětkrát). To je pouze 30 % teoretického stropu gigabitové sítě 125 MB/s.

Jaké jsou příčiny problému?

Výběr komponent pro instalaci gigabitové sítě je poměrně jednoduchý, ale dostat síť do provozu na maximální rychlost je mnohem obtížnější. Faktorů, které mohou způsobit zpomalení sítě, je mnoho, ale jak jsme zjistili, vše záleží na rychlosti pevné disky schopný přenášet data do síťového řadiče.

Prvním omezením, které je třeba zvážit, je rozhraní gigabitového síťového řadiče se systémem. Pokud je váš řadič připojen přes starou sběrnici PCI, pak množství dat, které může teoreticky přenést, je 133 MB/s. Pro propustnost gigabitového Ethernetu 125 MB/s se to zdá dostatečné, ale nezapomeňte, že šířka pásma sběrnice PCI je sdílena v celém systému. Každý přídavná karta PCI a mnoho systémových komponent bude využívat stejnou šířku pásma, čímž se sníží zdroje dostupné pro síťovou kartu. Pro ovladače s novými PCI rozhraní Express (PCIe) takové problémy nemá, protože každý pruh PCIe poskytuje šířku pásma minimálně 250 MB/s a to výhradně pro zařízení.

Dalším důležitým faktorem, který ovlivňuje rychlost sítě, jsou kabely. Mnoho odborníků poukazuje na to, že pokud jsou síťové kabely položeny vedle napájecích kabelů, které jsou zdrojem rušení, jsou zaručeny nízké rychlosti. Problematické jsou také dlouhé kabely, protože měděné kabely Cat 5e jsou certifikovány na maximální délku 100 metrů.

Někteří odborníci doporučují vést kabely k novému standardu Cat 6 namísto Cat 5e. Často se taková doporučení těžko zdůvodňují, ale pokusíme se otestovat vliv kategorie kabelů na malou gigabitovou domácí síť.

Nezapomínejme ani na operační systém. Tento systém se samozřejmě v gigabitovém prostředí používá jen zřídka, ale stojí za zmínku, že Windows 98 SE (a starší operační systémy) nebudou moci využívat výhod gigabitového Ethernetu, protože zásobník TCP/IP tohoto operačního systému je stěží dokáže plně načíst připojení 100 Mbps. Windows 2000 a vyšší nejnovější verze Windows už budou fungovat, i když ve starších operační systémy Budete muset provést nějaké úpravy, abyste se ujistili, že z vaší sítě vytěží maximum. Použijeme 32bitový OS Windows Vista pro naše testy, a přestože Vista nemá pro některé úkoly nejlepší pověst, podporuje gigabitové sítě od začátku.

Nyní přejděme k pevné disky. Dokonce i starší rozhraní IDE se specifikací ATA/133 by mělo stačit pro teoretickou rychlost přenosu souborů 133 MB/s a novější specifikace SATA tomu odpovídá, protože poskytuje propustnost alespoň 1,5 Gb/s (150 MB). . Zatímco však kabely a ovladače zvládnou přenos dat takovou rychlostí, samotné pevné disky ne.

Vezměme si například typickou modernu pevný disk 500 GB, což by mělo zajistit konstantní propustnost cca 65 MB/s. Na začátku desek (vnějších drah) může být rychlost vyšší, ale jak se přesunete k vnitřním drahám, propustnost klesá. Data na interních stopách se čtou pomaleji, asi 45 MB/s.

Mysleli jsme si, že jsme pokryli všechna možná úzká hrdla. Co zbývalo udělat? Potřebovali jsme provést nějaké testy a zjistit, zda dokážeme dostat výkon sítě až na teoretickou hranici 125 MB/s.

Testovací konfigurace

Testy a nastavení

Než přejdeme k jakýmkoliv benchmarkům, rozhodli jsme se otestovat pevné disky offline, abychom zjistili, jakou propustnost můžeme očekávat v ideálním scénáři.

V naší domácí gigabitové síti běží dva počítače. První, který budeme nazývat server, je vybaven dvěma diskovými subsystémy. Hlavním pevným diskem je 320 GB Seagate Barracuda ST3320620AS, pár let starý. Server funguje jako síť úložiště NAS s polem RAID sestávajícím ze dvou 1 TB pevné disky Hitachi Deskstar 0A-38016, které jsou z důvodu redundance zrcadleny.

Druhému PC v síti jsme říkali klient, má dva pevné disky: oba 500 GB Western Digital Caviar 00AAJS-00YFA, staré asi šest měsíců.

Nejprve jsme otestovali rychlost serverových a klientských systémových pevných disků, abychom zjistili, jaký výkon od nich můžeme očekávat. Použili jsme test pevný disk v balíčku SiSoftware Sandra 2009.

Naše sny o dosažení gigabitových rychlostí přenosu souborů byly okamžitě zmařeny. Oba jednotlivé pevné disky dosahovaly za ideálních podmínek maximální rychlosti čtení kolem 75 MB/s. Vzhledem k tomu, že tento test probíhá v reálných podmínkách a disky jsou zaplněny z 60 %, můžeme očekávat rychlost čtení blížící se indexu 65 MB/s, který jsme obdrželi od obou pevných disků.

Podívejme se ale na výkon RAID 1 – nejlepší na tomto poli je, že hardwarový řadič RAID dokáže zvýšit výkon čtení načítáním dat z obou pevných disků současně, podobně jako pole RAID 0; ale tento efekt se vyskytuje (pokud víme) pouze s hardwarovými řadiči RAID, ale ne s softwarová řešení NÁLET. V našich testech pole RAID poskytlo mnohem vyšší výkon při čtení než jeden pevný disk, takže je velká šance, že pole RAID 1 dosáhne vysoké rychlosti přenosu souborů v síti. Pole RAID poskytlo působivou špičkovou propustnost 108 MB/s , ale na Ve skutečnosti by se měl výkon blížit indexu 88 MB/s, protože pole je zaplněno z 55 %.

Přes gigabitovou síť bychom tedy měli dostat asi 88 MB/s, ne? To není zdaleka tak blízko ke stropu gigabitové sítě 125 MB/s, ale je to mnohem rychlejší než 100-Mbit/s sítě, které mají strop 12,5 MB/s, takže získat v praxi 88 MB/s by nebylo vůbec špatné. .

Ale není to tak jednoduché. To, že je rychlost čtení pevných disků poměrně vysoká, neznamená, že budou v reálných podmínkách rychle zapisovat informace. Před použitím sítě proveďte několik testů zápisu na disk. Začneme s naším serverem a zkopírujeme 4,3GB obraz z vysokorychlostního pole RAID na 320GB systémový pevný disk a zpět. Poté zkopírujeme soubor z klientské jednotky D: na jednotku C:.

Jak vidíte, kopírování z rychlého pole RAID na disk C: dávalo průměrnou rychlost pouze 41 MB/s. A kopírování z disku C: na pole RAID 1 mělo za následek pokles pouze o 25 MB/s. co se děje?

To je přesně to, co se děje ve skutečnosti: pevný disk C: byl vydán před více než rokem, ale je z 60 % plný, pravděpodobně trochu fragmentovaný, takže neláme rekordy, pokud jde o nahrávání. Existují další faktory, a to jak rychle systém a paměť obecně funguje. RAID 1 je vyroben z relativně nového hardwaru, ale kvůli redundanci se musí informace zapisovat na dva pevné disky současně, což snižuje výkon. Přestože RAID 1 může poskytnout vysoký výkon při čtení, bude třeba obětovat rychlost zápisu. Samozřejmě bychom mohli použít pruhované pole RAID 0, které poskytuje vysokou rychlost zápisu a čtení, ale pokud jeden pevný disk zemře, všechny informace budou poškozeny. Celkově je RAID 1 lepší volbou, pokud si ceníte dat uložených na NAS.

Není však vše ztraceno. Nový 500GB disk Digital Caviar je schopen zapisovat naše soubory rychlostí 70,3 MB/s (průměr z pěti testovacích běhů) a také poskytuje maximální rychlost 73,2 MB/s.

Díky tomu jsme očekávali maximální přenosovou rychlost v reálném světě 73 MB/s přes gigabitovou síť z pole NAS RAID 1 na disk C: klienta. Otestujeme také přenosy souborů z disku C: klienta na disk C: serveru, abychom zjistili, zda můžeme reálně očekávat 40 MB/s v tomto směru.

Začněme prvním testem, ve kterém jsme odeslali soubor z disku C: klienta na disk C: serveru.

Jak vidíme, výsledky odpovídají našim očekáváním. Gigabitová síť, teoreticky schopná 125 MB/s, odesílá data z klientského disku C: nejvyšší možnou rychlostí, pravděpodobně kolem 65 MB/s. Ale jak jsme ukázali výše, jednotka C: serveru může zapisovat pouze rychlostí asi 40 MB/s.

Nyní zkopírujeme soubor z vysokorychlostního pole RAID serveru na disk C: klientský počítač.

Vše dopadlo tak, jak jsme očekávali. Z našich testů víme, že disk C: klientského počítače je schopen zapisovat data rychlostí cca 70 MB/s a výkon gigabitové sítě se této rychlosti velmi blížil.

Naše výsledky se bohužel ani zdaleka nepřibližují teoretické maximální propustnosti 125 MB/s. Můžeme otestovat maximální rychlost sítě? Jistě, ale ne v reálném scénáři. Pokusíme se přenést informace po síti z paměti do paměti, abychom obešli všechna omezení šířky pásma pevných disků.

Za tímto účelem vytvoříme 1 GB RAM disk na serveru a klientských počítačích a poté přeneseme 1 GB soubor mezi těmito disky přes síť. Vzhledem k tomu, že i pomalá paměť DDR2 je schopna přenášet data rychlostí více než 3000 MB/s, bude limitujícím faktorem šířka pásma sítě.

Na naší gigabitové síti jsme se dostali na maximální rychlost 111,4 MB/s, což je velmi blízko teoretické hranici 125 MB/s. Výborný výsledek, není třeba si na něj stěžovat, jelikož skutečná propustnost stejně nedosáhne teoretického maxima z důvodu přenosu dalších informací, chyb, opakovaných přenosů atd.

Závěr bude následující: dnes je výkon přenosu informací po gigabitové síti omezen pevnými disky, to znamená, že rychlost přenosu bude omezena nejpomalejším pevným diskem, který se procesu účastní. Po zodpovězení nejdůležitější otázky můžeme přejít k testům rychlosti v závislosti na konfiguraci kabelu, aby byl náš článek kompletní. Mohla by optimalizace kabeláže přiblížit rychlost sítě ještě více teoretické hranici?

Vzhledem k tomu, že se výkon v našich testech blížil očekáváním, je nepravděpodobné, že bychom zaznamenali nějaké zlepšení změnou konfigurace kabelu. Ale přesto jsme chtěli provést testy, abychom se přiblížili teoretickému rychlostnímu limitu.

Provedli jsme čtyři testy.

Test 1: výchozí.

Pro tento test jsme použili dva kabely dlouhé asi 8 metrů, každý na jednom konci připojený k počítači a na druhém gigabitový switch. Kabely jsme nechali tam, kde byly položeny, tedy vedle napájecích kabelů a zásuvek.

Tentokrát jsme použili stejné 8mm kabely jako v prvním testu, ale přesunuli jsme se síťový kabel co nejdále od napájecích kabelů a prodlužovacích kabelů.

V tomto testu jsme odstranili jeden z 8m kabelů a nahradili jej metrovým kabelem Cat 5e.

V posledním testu jsme nahradili kabely Cat 5e z 8 za kabely Cat 6 z 8.

Obecně naše testování různých konfigurací kabelů neprokázalo významný rozdíl, ale lze vyvodit závěry.

Test 2: snížení rušení od napájecích kabelů.

V malých sítích, jako je naše domácí síť, testy ukazují, že se nemusíte bát vedení LAN kabelů v blízkosti elektrických kabelů, zásuvek a prodlužovacích kabelů. Rušení bude samozřejmě vyšší, ale na rychlost sítě to nebude mít vážný vliv. Nicméně, se vším, co bylo řečeno, je lepší vyhnout se jeho umístění v blízkosti napájecích kabelů a měli byste si uvědomit, že situace ve vaší síti může být odlišná.

Test 3: Zkraťte délku kabelů.

Není to úplně správný test, ale snažili jsme se odhalit rozdíl. Je třeba si uvědomit, že nahrazení osmimetrového kabelu metrem může vést k efektu jednoduše jiných kabelů, než jsou rozdíly ve vzdálenosti. Každopádně ve většině testů nevidíme významný rozdíl s výjimkou abnormálního zvýšení propustnosti během kopírování z klientské jednotky C: na serverovou jednotku C:.

Test 4: Vyměňte kabely Cat 5e za kabely Cat 6.

Opět jsme nenašli žádný významný rozdíl. Vzhledem k tomu, že kabely jsou dlouhé asi 8 metrů, delší kabely mohou znamenat velký rozdíl. Pokud ale vaše délka není maximální, tak kabely Cat 5e budou docela dobře fungovat na domácí gigabitové síti se vzdáleností 16 metrů mezi dvěma počítači.

Je zajímavé, že manipulace s kabely neměla žádný vliv na přenos dat mezi disky RAM počítače. Je celkem jasné, že nějaká jiná součást v síti omezovala výkon na magické číslo 111 MB/s. Takový výsledek je však stále přijatelný.

Poskytují gigabitové sítě gigabitové rychlosti? Jak se ukázalo, téměř ano.

V reálných podmínkách však bude rychlost sítě vážně omezena pevnými disky. Ve scénáři syntetické paměti-paměť naše gigabitová síť produkovala výkon velmi blízko teoretickému limitu 125 MB/s. Běžné rychlosti sítě s přihlédnutím k výkonu pevných disků budou omezeny na úrovně od 20 do 85 MB/s v závislosti na použitých pevných discích.

Testovali jsme také vliv napájecích kabelů, délky kabelů a upgradu z Cat 5e na Cat 6. V naší malé domácí síti žádný z uvedených faktorů významně neovlivnil výkon, i když jsme zaznamenali, že na větší, složitější síti s delší délky mohou mít tyto faktory mnohem silnější vliv.

Obecně platí, že pokud v domácí síti přenášíte velké množství souborů, doporučujeme nainstalovat gigabitovou síť. Upgrade ze sítě 100 Mb/s vám poskytne příjemné zvýšení výkonu, alespoň dvojnásobné zvýšení rychlosti přenosu souborů.

Gigabit Ethernet ve vaší domácí síti může poskytnout vyšší výkon, pokud čtete soubory z rychlého úložného zařízení NAS, které využívá hardwarový RAID. V naší testovací síti jsme přenesli 4,3 GB soubor za pouhou minutu. Přes 100 Mb/s připojení trvalo kopírování stejného souboru asi šest minut.

Gigabitové sítě jsou stále dostupnější. Teď už zbývá jen čekat, až se rychlosti pevných disků zvednou na stejnou úroveň. Mezitím doporučujeme vytvářet pole, která dokážou překonat omezení moderních technologií HDD. Pak můžete ze své gigabitové sítě vymáčknout více výkonu.

Moderní svět se stává stále více závislým na objemech a tocích informací proudících různými směry po drátech i bez nich. Všechno to začalo docela dávno a s primitivnějšími prostředky, než jsou dnešní výdobytky digitálního světa. Ale nemáme v úmyslu popisovat všechny typy a metody, kterými jeden člověk předával potřebné informace do vědomí druhého. V tomto článku bych chtěl čtenáři nabídnout příběh o přenosovém standardu, který byl nedávno vytvořen a nyní se úspěšně rozvíjí digitální informace, který se nazývá Ethernet.

Zrození myšlenky a technologie Ethernetu se odehrálo ve zdech korporace Xerox PARC spolu s dalšími prvními vývojovými kroky stejným směrem. Oficiálním datem vynálezu Ethernetu byl 22. květen 1973, kdy Robert Metcalfe napsal zprávu vedoucímu PARC o potenciálu technologie Ethernet. Patentován však byl až o několik let později.

V roce 1979 Metcalf opustil Xerox a založil 3Com, jehož hlavním úkolem bylo propagovat počítače a místní počítačové sítě(LAN). S podporou takových významných společností jako DEC, Intel a Xerox byl vyvinut standard Ethernet (DIX). Po svém oficiálním zveřejnění 30. září 1980 soutěžil se dvěma hlavními patentovanými technologiemi, token ring a ARCNET, které byly později zcela nahrazeny kvůli své nižší účinnosti a vyšší ceně než produkty Ethernet.

Zpočátku se podle navržených standardů (Ethernet v1.0 a Ethernet v2.0) chystali jako přenosové médium používat koaxiální kabel, ale později museli tuto technologii opustit a přejít na používání optických kabelů a kroucené dvoulinky.

Hlavní výhodou v raném vývoji technologie Ethernet byla metoda řízení přístupu. Jedná se o více připojení s detekcí nosné a detekcí kolize (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), rychlost přenosu dat je 10 Mbit/s, velikost paketu je od 72 do 1526 bajtů a popisuje také kódování dat. metody . Limit pro pracovní stanice v jednom sdíleném segmentu sítě je omezen na 1024, ale při nastavení přísnějších omezení na segment tenkého koaxiálního kabelu jsou možné i jiné menší hodnoty. Tato konstrukce se ale velmi brzy stala neúčinnou a byla v roce 1995 nahrazena standardem IEEE 802.3u Fast Ethernet s rychlostí 100 Mbit/s a později byl přijat standard IEEE 802.3z Gigabit Ethernet s rychlostí 1000 Mbit/s. Na momentálně 10gigabitový Ethernet IEEE 802.3ae je již plně využíván s rychlostí 10 000 Mbit/s. Kromě toho již máme vývoj zaměřený na dosažení rychlostí 100 000 Mbit/s 100gigabitového Ethernetu, ale nejprve.

Velmi důležitým bodem, který je základem standardu Ethernet, je formát rámce. Možností je však poměrně dost. Zde jsou některé z nich:

Varianta I je prvorozená a již nepoužitá.

Ethernet verze 2 neboli Ethernet frame II, nazývaný také DIX (zkratka prvních písmen vývojářských firem DEC, Intel, Xerox) je nejrozšířenější a používá se dodnes. Často se používá přímo internetovým protokolem.

Novell - interní modifikace IEEE 802.3 bez LLC (Logical Link Control).

Rám IEEE 802.2 LLC.

Rámec IEEE 802.2 LLC/SNAP.

Ethernetový rámec může navíc obsahovat značku IEEE 802.1Q pro identifikaci VLAN, na kterou je adresován, a značku IEEE 802.1p pro označení priority.

Některé síťové karty Ethernet vyráběné společností Hewlett-Packard používaly formát rámce IEEE 802.12, který vyhovuje standardu 100VG-AnyLAN.

Různé typy rámců mají různé formáty a hodnoty MTU.

Funkční prvky technologieGigabitový Ethernet

Všimněte si, že výrobci ethernetových karet a dalších zařízení obecně zahrnují podporu několika předchozích standardů rychlosti přenosu dat ve svých produktech. Ve výchozím nastavení pomocí automatické detekce rychlosti a duplexu určují ovladače karty samy optimální režim provozu spojení mezi dvěma zařízeními, obvykle však existuje i ruční volba. Zakoupením zařízení s ethernetovým portem 10/100/1000 tedy získáme možnost pracovat s technologiemi 10BASE-T, 100BASE-TX a 1000BASE-T.

Zde je chronologie modifikací Ethernet, dělíme je podle přenosových rychlostí.

První řešení:

Xerox Ethernet - originální technologie, rychlost 3 Mbit/s, existoval ve dvou verzích Verze 1 a Verze 2, formát rámců nejnovější verzi je stále široce používán.

10BROAD36 - není široce používán. Jeden z prvních standardů umožňující práci na velké vzdálenosti. Použitá širokopásmová modulační technologie podobná technologii používané v kabelových modemech. Jako médium pro přenos dat byl použit koaxiální kabel.

1BASE5 - také známý jako StarLAN, byl první modifikací technologie Ethernet pro použití kroucené dvoulinky. Fungoval rychlostí 1 Mbit/s, ale komerční využití nenašel.

Běžnější a optimalizované pro jejich časové modifikace 10 Mbit/s Ethernet:

10BASE5, IEEE 802.3 (také nazývaný "Thick Ethernet") - počáteční vývoj technologie s rychlostí přenosu dat 10 Mbps. IEEE používá 50 ohmový koaxiální kabel (RG-8) s maximální délkou segmentu 500 metrů.

10BASE2, IEEE 802.3a (nazývaný "Thin Ethernet") - používá kabel RG-58 s maximální délkou segmentu 200 metrů. Pro vzájemné propojení počítačů a připojení kabelu k síťové kartě potřebujete T-konektor a kabel musí mít BNC konektor. Vyžaduje terminátory na každém konci. Po mnoho let byl tento standard hlavním standardem pro technologii Ethernet.

StarLAN 10 - První vývoj, který používá kroucené dvoulinky pro přenos dat rychlostí 10 Mbit/s. Později se vyvinul do standardu 10BASE-T.

10BASE-T, IEEE 802.3i - 4 vodiče krouceného párového kabelu (dva kroucené páry) kategorie 3 nebo kategorie 5. Maximální délka segmentu je 100 metrů.

FOIRL - (zkratka pro Fiber-optic inter-repeater link). Základní standard pro technologii Ethernet, využívající pro přenos dat optický kabel. Maximální vzdálenost přenosu dat bez opakovače je 1 km.

10BASE-F, IEEE 802.3j – hlavní termín pro rodinu 10 Mbit/s ethernetových standardů využívajících kabel z optických vláken na vzdálenost až 2 kilometrů: 10BASE-FL, 10BASE-FB a 10BASE-FP. Z výše uvedených se rozšířil pouze 10BASE-FL.

10BASE-FL (Fiber Link) - Vylepšená verze standardu FOIRL. Zlepšení se týkalo zvýšení délky úseku na 2 km.

10BASE-FB (Fiber Backbone) - V současnosti nevyužívaný standard, určený pro spojení opakovačů do páteře.

• 10BASE-FP (Fibre Passive) – pasivní hvězdicová topologie, která nevyžaduje opakovače – vyvinuta, ale nikdy nebyla použita.

Nejběžnější a nejlevnější volba v době psaní Fast Ethernet (100 Mbit/s) ( Rychlý Ethernet):

100BASE-T - Základní termín pro jeden ze tří standardů Ethernet 100 Mbit/s, využívající kroucenou dvojlinku jako médium pro přenos dat. Délka segmentu až 100 metrů. Obsahuje 100BASE-TX, 100BASE-T4 a 100BASE-T2.

100BASE-TX, IEEE 802.3u - Vývoj technologie 10BASE-T, je použita hvězdicová topologie, je použit kroucený dvoulinkový kabel kategorie 5, který využívá ve skutečnosti 2 páry vodičů, maximální rychlost přenosu dat je 100 Mbit/s.

100BASE-T4 - 100 Mbps Ethernet přes kabel kategorie 3 Jsou použity všechny 4 páry. Nyní se prakticky nepoužívá. Přenos dat probíhá v poloduplexním režimu.

100BASE-T2 - Nepoužito. 100 Mbps Ethernet přes kabel kategorie 3 Jsou použity pouze 2 páry. Je podporován plně duplexní přenosový režim, kdy se signály šíří v opačných směrech na každém páru. Přenosová rychlost v jednom směru je 50 Mbit/s.

100BASE-FX - 100 Mbps Ethernet přes optický kabel. Maximální délka segmentu je 400 metrů v poloduplexním režimu (pro zaručenou detekci kolize) nebo 2 kilometry v plně duplexním režimu přes vícevidové optické vlákno.

100BASE-LX - 100 Mbps Ethernet přes optický kabel. Maximální délka segmentu je 15 kilometrů v plně duplexním režimu přes dvojici jednovidových optických vláken na vlnové délce 1310 nm.

100BASE-LX WDM - 100 Mbps Ethernet přes optický kabel. Maximální délka segmentu je 15 kilometrů v plně duplexním režimu přes jedno jednovidové optické vlákno na vlnové délce 1310 nm a 1550 nm. Rozhraní jsou ve dvou typech, liší se vlnovou délkou vysílače a jsou označena buď čísly (vlnová délka) nebo jedním Latinské písmeno A (1310) nebo B (1550). Pouze spárovaná rozhraní mohou pracovat v párech, s vysílačem na 1310 nm na jedné straně a vysílačem na 1550 nm na straně druhé.

Gigabit Ethernet

1000BASE-T, IEEE 802.3ab - standard Ethernet 1 Gbps. Používá se kroucený dvoulinkový kabel kategorie 5e nebo kategorie 6 Všechny 4 páry jsou zapojeny do přenosu dat. Rychlost přenosu dat - 250 Mbit/s přes jeden pár.

1000BASE-TX, - 1 Gbps Ethernet standard používající pouze kroucené dvoulinky kategorie 6 Vysílací a přijímací páry jsou fyzicky odděleny dvěma páry v každém směru, což značně zjednodušuje konstrukci transceiverů. Rychlost přenosu dat - 500 Mbit/s přes jeden pár. Prakticky nepoužívaný.

1000Base-X - obecný termín k označení technologie Gigabit Ethernet se zásuvnými GBIC nebo SFP transceivery.

1000BASE-SX, IEEE 802.3z - 1 Gbit/s Ethernet technologie využívá lasery s povolenou délkou záření v rozsahu 770-860 nm, výkon vyzařování vysílače v rozsahu -10 až 0 dBm s poměrem ON/OFF (signál/ne signál) ne méně než 9 dB. Citlivost přijímače 17 dBm, saturace přijímače 0 dBm. Při použití multimódového vlákna je dosah signálu bez opakovače až 550 metrů.

Technologie 1000BASE-LX, IEEE 802.3z - 1 Gbit/s Ethernet využívá lasery s přijatelnou délkou záření v rozsahu 1270-1355 nm, vyzařovacím výkonem vysílače v rozmezí 13,5 až 3 dBm, s poměrem ON/OFF (existuje signál/žádný signál) ne méně než 9 dB. Citlivost přijímače 19 dBm, saturace přijímače 3 dBm. Při použití multimódového vlákna je dosah přenosu signálu bez opakovače až 550 metrů. Optimalizováno pro dlouhé vzdálenosti pomocí jednovidového vlákna (až 40 km).

1000BASE-CX - Technologie Gigabit Ethernet pro krátké vzdálenosti (do 25 metrů), využívá speciální měděný kabel (Shielded Twisted Pair (STP)) s charakteristickou impedancí 150 Ohmů. Nahrazeno standardem 1000BASE-T a již se nepoužívá.

1000BASE-LH (Long Haul) - technologie Ethernet 1 Gbit/s, využívá jednovidový optický kabel, dosah přenosu signálu bez opakovače je až 100 kilometrů.

Specifikace Standardy 1000Base-X

10 Gigabit Ethernet

Stále docela drahé, ale docela žádané, nový standard 10gigabitový Ethernet zahrnuje sedm standardů fyzických médií pro LAN, MAN a WAN. V současnosti se na něj vztahuje dodatek IEEE 802.3a a měl by být zahrnut do příští revize standardu IEEE 802.3.

10GBASE-CX4 - 10gigabitová ethernetová technologie pro krátké vzdálenosti (do 15 metrů), využívá měděný kabel CX4 a konektory InfiniBand.

10GBASE-SR - 10gigabitová ethernetová technologie pro krátké vzdálenosti (až 26 nebo 82 metrů, v závislosti na typu kabelu), využívá multimódové vlákno. Podporuje také vzdálenosti až 300 metrů pomocí nového multimódového vlákna (2000 MHz/km).

10GBASE-LX4 - využívá multiplexování vlnových délek pro podporu vzdáleností 240 až 300 metrů přes multimódové vlákno. Podporuje také vzdálenosti až 10 kilometrů pomocí jednovidového vlákna.

10GBASE-LR a 10GBASE-ER – tyto standardy podporují vzdálenosti až 10 a 40 kilometrů.

10GBASE-SW, 10GBASE-LW a 10GBASE-EW - Tyto standardy používají fyzické rozhraní kompatibilní v rychlosti a formátu dat s rozhraním OC-192 / STM-64 SONET/SDH. Jsou podobné standardům 10GBASE-SR, 10GBASE-LR a 10GBASE-ER, protože používají stejné typy kabelů a přenosové vzdálenosti.

10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006 – přijato v červnu 2006 po 4 letech vývoje. Používá stíněný kroucený dvoulinkový kabel. Vzdálenosti - až 100 metrů.

A nakonec, o čem víme 100-gigabitový Ethernet(100-GE), stále docela hrubá, ale docela žádaná technologie.

V dubnu 2007, po zasedání výboru IEEE 802.3 v Ottawě, se Higher Speed ​​​​Study Group (HSSG) dohodla na technických přístupech k vytvoření 100-GE optických a měděných spojů. Na daný čas Byla dokončena pracovní skupina pro 802.3ba pro vývoj specifikace 100-GE.

Stejně jako v předchozím vývoji bude standard 100-GE zohledňovat nejen ekonomické a technické možnosti jeho implementace, ale také jejich zpětná kompatibilita se stávajícími systémy. V současné době byla potřeba takových rychlostí nesporně prokázána předními společnostmi. Neustále rostoucí objemy personalizovaného obsahu, včetně doručování videí z portálů, jako je YouTube a dalších zdrojů pomocí technologií IPTV a HDTV. Měli bychom také zmínit video na vyžádání. To vše určuje potřebu operátorů a poskytovatelů služeb pro 100 gigabitový Ethernet.

Ale na pozadí velkého výběru starých a slibných nových technologických přístupů v rámci skupiny Ethernet se chceme podrobněji věnovat technologii, která se dnes plně rozšiřuje díky klesající ceně jejích komponent. Gigabit Ethernet může plně podporovat aplikace, jako je streamování videa, videokonference a komplexní přenos obrazu, které kladou zvýšené nároky na šířku pásma kanálu. Výhody zvýšení přenosových rychlostí ve firemních a domácích sítích jsou stále jasnější s tím, jak ceny této třídy zařízení klesají.

Nyní si standard IEEE získal maximální popularitu. Přijato v červnu 1998 a bylo schváleno jako IEEE 802.3z. Nejprve se ale jako přenosové médium používal pouze optický kabel. Schválením standardu 802.3ab v průběhu příštího roku se přenosové médium stalo UTP kategorie 5.

Gigabit Ethernet je přímým potomkem Ethernetu a Fast Ethernetu, které se osvědčily během téměř dvaceti let historie, zachovávají si svou spolehlivost a vyhlídky na použití. Spolu se zpětnou kompatibilitou s předchozími řešeními (struktura kabelu zůstává nezměněna) poskytuje teoretickou propustnost 1000 Mbps, což je přibližně 120 MB za sekundu. Stojí za zmínku, že takové schopnosti se téměř rovnají rychlosti 32bitové sběrnice PCI 33 MHz. Proto jsou k dispozici gigabitové adaptéry jak pro 32bitové PCI (33 a 66 MHz), tak pro 64bitovou sběrnici. Spolu s tímto zvýšením rychlosti zdědí gigabitový Ethernet vše předchozí funkce Ethernet, jako je formát rámce, technologie CSMA/CD (vícenásobný přístup citlivý na přenos s detekcí kolize), plný duplex atd. Vysoké rychlosti sice přinesly své vlastní inovace, ale právě v dědictví starých standardů spočívá obrovská výhoda a obliba gigabitového Ethernetu. Samozřejmě se nyní navrhují jiná řešení, jako je ATM a Fibre Channel, ale zde se hlavní výhoda pro koncového spotřebitele okamžitě ztrácí. Přechod na jinou technologii vede k masivnímu přepracování a dovybavení podnikových sítí, přičemž gigabitový Ethernet umožní plynule zvyšovat rychlost a neměnit vedení kabelů. Tento přístup umožnil technologii Ethernet zaujmout dominantní místo v oblasti síťových technologií a dobýt více než 80 procent celosvětového trhu přenosu informací.

Struktura budování sítě Ethernet s hladké přechody na vyšší rychlost přenosu dat.

Zpočátku byly všechny ethernetové standardy vyvinuty pouze s použitím optického kabelu jako přenosového média – tak dostal gigabitový Ethernet rozhraní 1000BASE-X. Je založena na standardu fyzické vrstvy Fibre Channel (jedná se o technologii pro propojení pracovních stanic, úložných zařízení a periferních uzlů). Vzhledem k tomu, že tato technologie již byla schválena dříve, tato výpůjčka výrazně zkrátila čas potřebný k vývoji standardu Gigabit Ethernet. 1000BASE-X

Nás, stejně jako průměrného člověka, více zaujal 1000Base-CX kvůli jeho provozu na stíněné kroucené dvojlinkě (STP „twinax“) na krátké vzdálenosti a 1000BASE-T pro nestíněnou kroucenou dvojlinku kategorie 5. Hlavní rozdíl mezi 1000BASE-T a Fast Ethernet 100BASE-TX se stal tím, že byly použity všechny čtyři páry (v 100BASE-TX byly použity pouze dva). Každý pár může přenášet data rychlostí 250 Mbit/s. Standard poskytuje plně duplexní přenos, přičemž tok na každém páru je poskytován ve dvou směrech současně. Vzhledem k silnému rušení při takovém přenosu bylo technicky mnohem obtížnější realizovat gigabitový přenos po kroucené dvojlinkě než u 100BASE-TX, což si vyžádalo vývoj speciálního šifrovaného přenosu odolného proti šumu a také inteligentní uzel pro rozpoznávání a obnovení signálu na příjmu. 5-úrovňové PAM-5 pulzně-amplitudové kódování bylo použito jako metoda kódování ve standardu 1000BASE-T.

Zpřísnila se také kritéria pro výběr kabelů. Pro snížení rušení, jednosměrného přenosu, zpětných ztrát, zpoždění a fázového posunu byla přijata kategorie 5e pro nestíněné kroucené dvoulinky.

Krimpování kabelu pro 1000BASE-T se provádí podle jednoho z následujících schémat:

Přímý kabel.

Křížený kabel.

Schémata krimpování kabelů pro 1000BASE-T

Inovace ovlivnily i úroveň standardu 1000BASE-T MAC. V sítích Ethernet je maximální vzdálenost mezi stanicemi (kolizní doména) určena na základě minimální velikosti rámce (ve standardu Ethernet IEEE 802.3 to bylo 64 bajtů). Maximální délka segmentu musí být taková, aby vysílací stanice mohla detekovat kolizi před koncem přenosu rámce (signál musí mít čas přejít na druhý konec segmentu a vrátit se zpět). Podle toho, jak se zvyšuje přenosová rychlost, je nutné buď zvětšit velikost rámce, čímž se zvýší minimální doba pro přenos rámce, nebo zmenšit průměr kolizní domény.

Při přechodu na Fast Ethernet jsme použili druhou možnost a zmenšili průměr segmentu. To nebylo přijatelné v gigabitovém Ethernetu. V tomto případě bude standard, který zdědil takové komponenty Fast Ethernet, jako je minimální velikost rámce, CSMA/CD a čas detekce kolize (časový slot), schopen pracovat v kolizích s průměrem ne větším než 20 metrů. . Proto bylo navrženo prodloužit čas pro vysílání minimálního rámce. Vzhledem k tomu, že pro kompatibilitu s předchozím Ethernetem byla minimální velikost rámce ponechána stejná - 64 bajtů, a do rámce bylo přidáno další pole rozšíření nosiče, které rozšiřuje rámec na 512 bajtů, ale pole se nepřidává, když je velikost rámce je větší než 512 bajtů. Výsledná minimální velikost rámce tedy byla 512 bajtů, prodloužil se čas pro detekci kolize a průměr segmentu vzrostl na stejných 200 metrů (v případě 1000BASE-T). Znaky v poli rozšíření dopravce nemají žádný význam a kontrolní součet se pro ně nevypočítá. Po přijetí rámce je toto pole ve vrstvě MAC zahozeno, takže vyšší vrstvy nadále pracují s minimálními snímky o délce 64 bajtů.

Ale i zde byly úskalí. Ačkoli rozšíření médií zachovalo kompatibilitu s předchozími standardy, vedlo ke zbytečnému plýtvání šířkou pásma. Ztráty mohou dosáhnout 448 bajtů (512-64) na snímek v případě krátkých snímků. Proto došlo k modernizaci standardu 1000BASE-T – byl představen koncept Packet Bursting. Umožňuje mnohem efektivněji využívat rozšiřující pole. A funguje to takto: pokud má adaptér nebo přepínač několik malých rámců, které vyžadují odeslání, pak se první z nich odešle standardním způsobem s přidáním pole rozšíření o délce až 512 bajtů. A všechny následující jsou odeslány na původní podobě(bez pole rozšíření), s minimálním intervalem mezi nimi 96 bitů. A co je nejdůležitější, tento interval mezi snímky je vyplněn symboly rozšíření médií. To se děje, dokud celková velikost odesílaných rámců nedosáhne limitu 1518 bajtů. Médium tedy neztichne po celou dobu přenosu malých rámců, takže ke kolizi může dojít pouze v první fázi, při přenosu prvního správného malého rámce s polem rozšíření média (velikost 512 bajtů). Tento mechanismus může výrazně zlepšit výkon sítě, zejména při velkém zatížení, snížením pravděpodobnosti kolizí.

Ale ukázalo se, že to nestačí. Gigabit Ethernet zpočátku podporoval pouze standardní velikosti ethernetových rámců, které se pohybovaly od minimálně 64 (rozšiřitelné na 512) do maximálně 1518 bajtů. Z toho 18 bajtů zabírá standardní hlavička služby a pro data zbývá 46 až 1500 bajtů, resp. Ale i datový paket o velikosti 1500 bajtů je v případě gigabitové sítě příliš malý. Zejména pro servery, které přenášejí velké množství dat. Pojďme si trochu spočítat. Chcete-li přenést soubor o velikosti 1 GB přes nezatíženou síť Fast Ethernet, server zpracuje 8200 paketů/s a trvá to nejméně 11 sekund. V tomto případě zaberou pouze přerušení zpracování asi 10 procent času počítače s výkonem 200 MIPS. Centrální procesor totiž musí zpracovat (spočítat kontrolní součet, přenést data do paměti) každý příchozí paket.

Charakteristika přenosu sítí Ethernet.

V gigabitových sítích je situace ještě tristnější - zatížení procesoru se zvyšuje přibližně o řád kvůli zkrácení časového intervalu mezi snímky a v souladu s tím i požadavky na přerušení procesoru. Z tabulky 1 je zřejmé, že i v nejlepší podmínky(při použití snímků maximální velikosti) jsou snímky od sebe vzdáleny v časovém intervalu nepřesahujícím 12 μs. Při použití menších velikostí snímků se tento časový interval pouze zkracuje. Proto bylo v gigabitových sítích úzkým hrdlem, kupodivu, právě fáze zpracování snímků procesoru. Na úsvitu gigabitového Ethernetu proto skutečné přenosové rychlosti zdaleka nedosahovaly teoretického maxima – procesory zátěž prostě nezvládaly.

Zjevné východisko z této situace je následující:

zvýšení časového intervalu mezi snímky;

přesunutí části zátěže zpracování snímků z centrálního procesoru na sebe síťový adaptér.

Obě metody jsou v současné době implementovány. V roce 1999 bylo navrženo zvětšit velikost balíku. Takové pakety se nazývaly giga rámce (Jumbo Frames) a jejich velikost mohla být od 1518 do 9018 bajtů (v současnosti zařízení některých výrobců podporuje větší velikosti giga rámců). Jumbo Frames snížily zátěž CPU až 6x (úměrně jejich velikosti) a tím výrazně zvýšily výkon. Například maximální Jumbo Frame 9018 bajtů, kromě 18bajtové hlavičky, obsahuje 9000 bajtů dat, což odpovídá šesti standardním maximálním ethernetovým rámcům. Zvýšení výkonu není dosaženo odstraněním několika režijních hlaviček (provoz z jejich přenosu nepřesahuje několik procent celkové propustnosti), ale zkrácením doby zpracování takového rámce. Přesněji řečeno, doba zpracování snímku zůstává stejná, ale místo několika malých snímků, z nichž každý by vyžadoval N procesorových cyklů a jedno přerušení, zpracováváme pouze jeden, větší snímek.

Poměrně rychle se rozvíjející svět rychlosti zpracování informací poskytuje stále rychlejší a levnější řešení pro použití speciálního hardwaru k odstranění části zátěže zpracování provozu z centrálního procesoru. Používá se také technologie vyrovnávací paměti, která přeruší procesor, aby zpracoval několik snímků najednou. V této době je technologie Gigabit Ethernet stále dostupnější pro použití v domácnosti, což běžného uživatele přímo zaujme. Více rychlý přístup přístup k domácím zdrojům poskytne vysoce kvalitní sledování videa ve vysokém rozlišení, zabere méně času redistribuce informací a konečně umožní živé kódování video streamů na síťové disky.

Při přípravě článku byly použity podklady http://www.ixbt.com/ ahttp://www.wikipedia.org/.

Článek přečten 15510 krát

Nyní se hodně mluví o tom, že je na čase při připojování koncových uživatelů lokálních sítí masivně přejít na gigabitové rychlosti a opět se otevírá otázka opodstatněnosti a progresivity řešení „vlákno na pracoviště“, „ vlákno do domu“ atd. V tomto ohledu bude docela vhodný a aktuální tento článek, který popisuje standardy nejen pro měď, ale hlavně pro optická rozhraní GigE.

Architektura Gigabit Ethernet

Obrázek 1 ukazuje strukturu vrstvy Gigabit Ethernet. Stejně jako ve standardu Fast Ethernet, ani v gigabitovém Ethernetu neexistuje univerzální schéma kódování signálu, které by bylo ideální pro všechna fyzická rozhraní – na jedné straně se tedy pro standardy 1000Base-LX/SX/CX používá kódování 8B/10B, a na druhou Na druhou stranu standard 1000Base-T používá speciální rozšířený linkový kód TX/T2. Kódovací funkci vykonává podvrstva kódování PCS umístěná pod rozhraním GMII nezávislým na médiu.

Rýže. 1. Struktura vrstev standardu Gigabit Ethernet, rozhraní GII a transceiveru Gigabit Ethernet

rozhraní GMII. GMII (Gigabit Media Independent Interface) zajišťuje interakci mezi vrstvou MAC a fyzickou vrstvou. Rozhraní GMII je rozšířením rozhraní MII a může podporovat rychlosti 10, 100 a 1000 Mbps. Má samostatný 8bitový přijímač a vysílač a může podporovat poloduplexní i plně duplexní režimy. Kromě toho rozhraní GMII přenáší jeden signál zajišťující synchronizaci (hodinový signál) a dva signály stavu linky - první (ve stavu ON) indikuje přítomnost nosné a druhý (ve stavu ON) indikuje nepřítomnost kolize - a několik dalších signálních kanálů a potravin. Modul transceiveru pokrývající fyzickou vrstvu a poskytující jedno z fyzických rozhraní závislých na médiu se může připojit například k přepínači Gigabit Ethernet prostřednictvím rozhraní GMII.

Podvrstva fyzického kódování PCS. Při připojování skupinových rozhraní 1000Base-X používá podvrstva PCS kódování blokové redundance 8B10B, odvozené od standardu ANSI X3T11 Fibre Channel. Podobně jako u diskutovaného standardu FDDI, pouze na základě složitější kódové tabulky, je každých 8 vstupních bitů určených pro přenos do vzdáleného uzlu převedeno na 10bitové symboly (skupiny kódů). Výstupní sériový tok navíc obsahuje speciální 10bitové řídicí znaky. Příkladem řídicích znaků jsou znaky používané pro rozšíření médií (vyplnění rámce Gigabit Ethernet na jeho minimální velikost 512 bajtů). Při připojení rozhraní 1000Base-T provádí podvrstva PCS speciální kódování odolné proti šumu, aby byl zajištěn přenos přes kroucený dvoulinkový kabel UTP Cat.5 na vzdálenost až 100 metrů - kód linky TX/T2 vyvinutý společností Level One Communications.

Touto podvrstvou jsou generovány dva signály stavu linky, signál přítomnosti nosné a signál absence kolize.

Podúrovně PMA a PMD. Fyzická vrstva gigabitového Ethernetu využívá několik rozhraní, včetně tradičního krouceného párového kabelu kategorie 5 a také multimódového a jednovidového vlákna. Podvrstva PMA převádí paralelní tok znaků z PCS na sériový tok a také provádí zpětnou konverzi (paralelizaci) příchozího sériového toku z PMD. Podvrstva PMD určuje optické/elektrické charakteristiky fyzické signály pro různá prostředí. Jsou definovány celkem 4 jiný typ fyzického rozhraní prostředí, které se promítají do specifikace standardu 802.3z (1000Base-X) a 802.3ab (1000Base-T) (obr. 2).

Rýže. 2. Fyzická rozhraní Gigabit Ethernet

Rozhraní 1000Base-X

Rozhraní 1000Base-X je založeno na standardu fyzické vrstvy Fibre Channel. Fibre Channel je technologie pro propojení pracovních stanic, superpočítačů, úložných zařízení a periferních uzlů. Fibre Channel má 4vrstvou architekturu. Dvě spodní vrstvy FC-0 (rozhraní a média) a FC-1 (kódování/dekódování) byly přesunuty na gigabitový Ethernet. Vzhledem k tomu, že Fibre Channel je schválená technologie, toto portování výrazně zkrátilo dobu vývoje původního standardu Gigabit Ethernet.

Blokový kód 8B/10B je podobný kódu 4B/5B přijatému ve standardu FDDI. Kód 4B/5B byl však ve Fibre Channel odmítnut, protože kód neposkytuje rovnováhu DC. Nedostatek rovnováhy může potenciálně vést k zahřívání laserových diod v závislosti na datech, protože vysílač může vysílat více bitů "1" (přítomné emise) než bitů "0" (žádné vyzařování), což může způsobit další chyby při vysokých přenosových rychlostech.

1000Base-X je rozdělen do tří fyzických rozhraní, jejichž hlavní charakteristiky jsou uvedeny níže:

Rozhraní 1000Base-SX definuje lasery s přijatelnou délkou záření v rozsahu 770-860 nm, výkonem vyzařování vysílače v rozsahu od -10 do 0 dBm, s poměrem ON/OFF (signál / žádný signál) minimálně 9 dB. Citlivost přijímače -17 dBm, saturace přijímače 0 dBm;

Rozhraní 1000Base-LX definuje lasery s přijatelnou délkou záření v rozsahu 1270-1355 nm, radiační výkon vysílače v rozmezí -13,5 až -3 dBm, s poměrem ON/OFF (existuje signál / žádný signál) při minimálně 9 dB. Citlivost přijímače -19 dBm, saturace přijímače -3 dBm;

1000Base-CX stíněný kroucený párový kabel (STP "twinax") na krátké vzdálenosti.

Tabulka 1 pro informaci ukazuje hlavní charakteristiky optických transceiverových modulů vyráběných společností Hewlett Packard pro standardní rozhraní 1000Base-SX (model HFBR-5305, =850 nm) a 1000Base-LX (model HFCT-5305, =1300 nm).

Tabulka 1. Technické vlastnosti optických transceiverů Gigabit Ethernet

Podporované vzdálenosti pro standardy 1000Base-X jsou uvedeny v tabulce 2.

Tabulka 2. Technické vlastnosti optických transceiverů Gigabit Ethernet

Při kódování 8B/10B je přenosová rychlost v optické lince 1250 bps. To znamená, že šířka pásma přípustné délky kabelu musí přesáhnout 625 MHz. Od stolu 2 ukazuje, že toto kritérium je splněno pro řádky 2-6. Vzhledem k vysoké přenosové rychlosti gigabitového Ethernetu byste měli být opatrní při budování dlouhých segmentů. Samozřejmě se dává přednost jednovidovému vláknu. V tomto případě mohou být charakteristiky optických transceiverů výrazně vyšší. Například NBase vyrábí přepínače s porty Gigabit Ethernet, které poskytují vzdálenosti až 40 km přes jednovidové vlákno bez relé (pomocí úzkospektrálních laserů DFB pracujících na vlnové délce 1550 nm).

Vlastnosti použití multimódového vlákna

Na světě je obrovské množství firemní sítě založený na multimódovém kabelu z optických vláken s vlákny 62,5/125 a 50/125. Proto je přirozené, že již ve fázi formování standardu Gigabit Ethernet vyvstal úkol přizpůsobit tuto technologii pro použití ve stávajících multimodových kabelové systémy. Během výzkumu vývoje specifikací 1000Base-SX a 1000Base-LX byla identifikována jedna velmi zajímavá anomálie spojená s použitím laserových vysílačů ve spojení s multimodovým vláknem.

Multimode vlákno bylo navrženo pro sdílení se svítivými diodami (emisní spektrum 30-50 ns). Nekoherentní záření z takových LED vstupuje do vlákna po celé ploše světlonosného jádra. V důsledku toho je ve vláknu excitováno velké množství skupin režimů. Šířící se signál se dobře hodí k popisu z hlediska intermodové disperze. Účinnost použití takových LED jako vysílačů ve standardu Gigabit Ethernet je nízká kvůli velmi vysoké modulační frekvenci - přenosová rychlost v optické lince je 1250 Mbaud a doba trvání jednoho pulzu je 0,8 ns. Maximální rychlost, kdy jsou LED stále používány pro přenos signálu přes multimodové vlákno, je 622,08 Mbit/s (STM-4, s přihlédnutím k redundanci kódu 8B/10B je přenosová rychlost v optické lince 777,6 Mbaud). Gigabit Ethernet se proto stal prvním standardem regulujícím použití laserových optických vysílačů ve spojení s multimodovým vláknem. Oblast vstupu záření do vlákna z laseru je mnohem menší než velikost jádra multimódového vlákna. Tato skutečnost sama o sobě nevede k problému. Zároveň v technologický postup Při výrobě standardních komerčních multimodových vláken je povolena přítomnost některých defektů (odchylky v přijatelných mezích), které nejsou kritické při tradičním použití vlákna, nejvíce koncentrované v blízkosti osy jádra vlákna. I když takové vícevidové vlákno plně vyhovuje požadavkům normy, koherentní světlo z laseru zavedené středem takového vlákna, procházející oblastmi nehomogenity indexu lomu, je schopné rozdělit se na malý počet vidů, které se pak šíří podél vlákno po různých optických cestách a s při různých rychlostech. Tento jev je známý jako diferenciální zpoždění režimu DMD. V důsledku toho se objevuje fázový posun mezi módy, což vede k nežádoucímu rušení na přijímací straně a k výraznému nárůstu počtu chyb (obr. 3a). Všimněte si, že efekt se projeví pouze za současné kombinace řady okolností: méně úspěšné vlákno, méně úspěšný laserový vysílač (samozřejmě splňující normu) a méně úspěšný vstup záření do vlákna. Po fyzické stránce je efekt DMD způsoben tím, že energie z koherentního zdroje je distribuována v rámci malého počtu režimů, zatímco nekoherentní zdroj rovnoměrně excituje velké množství režimů. Výzkum ukazuje, že účinek je silnější při použití laserů s dlouhou vlnovou délkou (okno průhlednosti 1300 nm).

Obr.3. Šíření koherentního záření ve vícevidovém vláknu: a) Projev účinku diferenciálního modu zpoždění (DMD) při axiálním vstupu záření; b) Mimoosý vstup koherentního záření do multimodového vlákna.

Uvedená anomálie v nejhorší případ může vést ke snížení maximální délky segmentu na základě vícevidového optického kabelu. Protože norma musí poskytovat 100% záruku výkonu, musí být maximální délka segmentu regulována s ohledem na možný výskyt DMD efektu.

Rozhraní 1000Base-LX. Aby se zachovala větší vzdálenost a zabránilo se nepředvídatelnosti chování gigabitového ethernetového spojení v důsledku anomálie, navrhuje se injektovat záření do necentrální části multimódového optického jádra. Díky divergenci apertury se záření daří rovnoměrně distribuovat po celém vláknovém jádru, což značně oslabuje účinek, i když poté zůstává maximální délka segmentu omezena (tabulka 2). Speciálně byly vyvinuty adaptivní jednovidové optické kabely MCP (mode condition patch-cords), u kterých je jeden z konektorů (konkrétně ten, který je plánován na propojení s multimodovým vláknem) mírně posunutý od osy jádra vlákna. . Optický kabel, ve kterém je jeden konektor Duplex SC s offsetovým jádrem a druhý je běžný Duplex SC, lze nazvat následovně: MCP Duplex SC - Duplex SC. Taková šňůra samozřejmě není vhodná pro použití v tradiční sítě, například ve Fast Ethernet, kvůli vysokým ztrátám vložení na rozhraní s MCP Duplex SC. Přechodový MCP může být kombinací jednovidového a vícevidového vlákna a může obsahovat prvek předpětí mezi vlákny. Poté je jednovidový konec připojen k laserovému vysílači. Pokud jde o přijímač, lze k němu připojit standardní multimode patch kabel. Použití adaptérových kabelů MCP umožňuje zavedení záření do vícevidového vlákna oblastí posunutou o 10-15 µm od osy (obr. 3b). Zůstává tedy možné používat porty rozhraní 1000Base-LX s jednovidovou vláknovou optikou, protože vstup záření tam bude probíhat výhradně ve středu jádra vlákna.

Rozhraní 1000Base-SX. Vzhledem k tomu, že rozhraní 1000Base-SX je standardizováno pouze pro použití s ​​vícevidovým vláknem, posunutí oblasti vstupu záření od centrální osy vlákna může být implementováno v samotném zařízení, čímž se eliminuje potřeba odpovídajícího optického kabelu.

Rozhraní 1000Base-T

1000Base-T je standardní rozhraní Gigabit Ethernet pro přenos přes nestíněné kroucené dvoulinky kategorie 5 a vyšší na vzdálenost až 100 metrů. K přenosu jsou použity všechny čtyři páry měděného kabelu, přenosová rychlost přes jeden pár je 250 Mbit/s. Předpokládá se, že standard bude poskytovat duplexní přenos a data na každém páru budou přenášena současně ve dvou směrech najednou - double duplex. 1000Base-T. Technicky se ukázalo, že implementace duplexního přenosu 1 Gbit/s přes kroucenou dvojlinku UTP cat.5 je poměrně obtížná, mnohem obtížnější než ve standardu 100Base-TX. Vliv blízkých a vzdálených přeslechů ze tří sousedních kroucené páry pro tento pár ve čtyřpárovém kabelu vyžaduje vývoj speciálního zakódovaného, ​​šumu odolného přenosu a inteligentní jednotky pro rozpoznání a obnovení signálu na příjmu. Několik metod kódování bylo zpočátku považováno za kandidáty na schválení ve standardu 1000Base-T, včetně: 5-úrovňového kódování pulzní amplitudy PAM-5; kvadraturní amplitudovou modulací QAM-25 atd. Níže jsou stručně uvedeny myšlenky PAM-5, který byl nakonec schválen jako standard.

Proč 5-úrovňové kódování. Běžné čtyřúrovňové kódování zpracovává příchozí bity v párech. Celkem jde o 4 různé kombinace - 00, 01, 10, 11. Vysílač umí nastavit každý pár bitů na vlastní napěťovou úroveň vysílaného signálu, čímž se modulační frekvence čtyřúrovňového signálu sníží 2x, 125 MHz místo 250 MHz (obr. 4), a tedy frekvence záření. Pátá úroveň byla přidána pro vytvoření redundance kódu. V důsledku toho je možné opravit chyby během příjmu. To poskytuje dodatečných 6 dB v poměru signálu k šumu.

Obr.4. Schéma čtyřúrovňového kódování PAM-4

úroveň MAC

Vrstva MAC Gigabit Ethernet používá stejný přenosový protokol CSMA/CD jako její předchůdci Ethernet a Fast Ethernet. Hlavní omezení maximální délky segmentu (nebo kolizní domény) určuje tento protokol.

Standard IEEE 802.3 Ethernet přijímá minimální velikost rámce 64 bajtů. Je to hodnota minimální velikosti rámce, která určuje maximální povolenou vzdálenost mezi stanicemi (průměr kolizní domény). Doba, po kterou stanice vysílá takový rámec – kanálový čas – se rovná 512 BT neboli 51,2 μs. Maximální délka ethernetové sítě se určuje z podmínky řešení kolize, konkrétně doba, po kterou signál dosáhne vzdáleného uzlu a vrátí se RDT, by neměla přesáhnout 512 BT (bez preambule).

Při přechodu z Ethernetu na Fast Ethernet se přenosová rychlost zvýší a doba přenosu 64bajtového rámce se odpovídajícím způsobem zkrátí - rovná se 512 BT nebo 5,12 μs (ve Fast Ethernet 1 BT = 0,01 μs). Aby bylo možné detekovat všechny kolize až do konce přenosu rámce, jako dříve, musí být splněna jedna z podmínek:

Fast Ethernet zachoval stejnou minimální velikost rámce jako Ethernet. Tím byla zachována kompatibilita, ale vedlo to k významnému zmenšení průměru kolizní domény.

Z důvodu kontinuity musí standard Gigabit Ethernet opět podporovat stejné minimální a maximální velikosti rámců, jaké jsou přijaty v Ethernetu a Fast Ethernetu. Ale jak se přenosová rychlost zvyšuje, doba přenosu paketu stejné délky se odpovídajícím způsobem snižuje. Pokud by byla zachována stejná minimální délka rámu, vedlo by to ke zmenšení průměru sítě, který by nepřesáhl 20 metrů, což by mohlo být málo užitečné. Proto bylo při vývoji standardu Gigabit Ethernet rozhodnuto prodloužit kanálový čas. V gigabitovém Ethernetu je to 4096 BT a je 8krát rychlejší než Ethernet a Fast Ethernet. Aby však byla zachována kompatibilita se standardy Ethernet a Fast Ethernet, nebyla minimální velikost rámce zvýšena, ale do rámce bylo přidáno další pole nazvané „media extension“.

prodloužení nosiče

Znaky v doplňkovém poli obvykle nenesou žádné servisní informace, ale vyplňují kanál a zvětšují „kolizní okno“. Díky tomu kolizi zaregistrují všechny stanice s větším průměrem kolizní domény.

Pokud si stanice přeje vysílat krátký (méně než 512 bajtů) rámec, je toto pole přidáno před přenos - rozšíření média, které doplňuje rámec na 512 bajtů. Pole kontrolního součtu je vypočítáno pouze pro původní rámec a není šířeno do pole rozšíření. Po přijetí rámce se pole rozšíření zahodí. Proto vrstva LLC ani neví o přítomnosti pole rozšíření. Pokud je velikost rámce rovna nebo větší než 512 bajtů, není zde žádné pole rozšíření média. Obrázek 5 ukazuje formát rámce Gigabit Ethernet při použití rozšíření médií.

Obr.5. Rámec Gigabit Ethernet s polem rozšíření médií.

Prasknutí paketu

Rozšíření médií je nejpřirozenějším řešením, které umožnilo zachovat kompatibilitu se standardem Fast Ethernet a stejný průměr kolizní domény. To však vedlo ke zbytečnému plýtvání šířkou pásma. Při přenosu krátkého rámce může být ztraceno až 448 bajtů (512-64). Ve fázi vývoje standardu Gigabit Ethernet předložila společnost NBase Communications návrh na modernizaci standardu. Tato aktualizace, nazývaná zahlcení paketů, umožňuje efektivnější využití rozšiřujícího pole. Pokud má stanice/přepínač několik malých rámců k odeslání, pak je první rámec doplněn o pole rozšíření média na 512 bajtů a odeslán. Zbývající rámce jsou odesílány s minimálním mezirámcovým intervalem 96 bitů, s jednou důležitou výjimkou - mezirámcový interval je vyplněn rozšiřujícími symboly (obr. 6a). Médium tedy mezi odesíláním krátkých originálních rámců neutichne a žádné jiné zařízení v síti nemůže přenos rušit. Toto uspořádání rámců může nastat, dokud celkový počet přenesených bajtů nepřekročí 1518. Přetížení paketů snižuje pravděpodobnost kolizí, protože přetížený rámec může zaznamenat kolizi pouze ve fázi přenosu svého prvního původního rámce, včetně rozšíření média, což jistě zvyšuje výkon sítě, zejména při velkém zatížení (obr. 6-b).

Obr.6. Přetížení paketů: a) přenos rámců; b) chování šířky pásma.

Na základě materiálů společnosti Telecom Transport

Rozhodl jsem se trochu upgradovat svůj počítač, a protože jsem potřeboval 2 síťové karty a nebylo dostatek slotů, potřeboval jsem síťovou kartu do slotu PCI-E. Měl jsem dost času, tak jsem se rozhodl, že si ho koupím na Aliexpress.

Našel jsem, naprostá spokojenost s popisem i za cenu. Při kontrole prodejce se ukázalo, že míra rizika je téměř nulová. Objednáno, balíček dorazil 20 dní po odeslání prodejcem. Mimochodem, prodejce má momentálně slevu nebo výprodej, ale karta stojí 3,63.

Ale protože čínským výrobcům moc nevěřím, nejprve jsem si desku pečlivě prohlédl. Moje intuice mě neklamala, hlavní mikroobvod byl připájen nejen s offsetem, ale na třech místech byly i pájecí tyčinky (naznačeno šipkami).

Opravdu jsem se nesnažil zjistit, za co jsou tyto kolíky zodpovědné, ale spojení s paměťovým čipem a napájecími kolíky, tj., byly přilepené na nohách. deska je zaručeně minimálně neurčená, maximálně bych zůstal bez nového počítače.

A samozřejmě vtipné označení rychlosti linky v Hertzech.

Bez vložení do počítače jsem napsal prodejci, že jsem obdržel balíček, ale nefunguje, mikroobvod je špatně pájený. Na to odpověděl, že prý pošlete video. Co tam chtěl vidět, tomu nerozumím. Řekl jsem mu, že se pokusím vyfotit, ale vše bylo tak malé, že je nepravděpodobné, že by něco viděl. Odeslal zprávu.

Aniž bych čekal na odpověď, vzal jsem páječku, sundal sopl, zkontroloval kartu - fungovalo to.

Karta byla identifikována jako Realtek PCIe GBE Family Controller, ale protože jsem ji již měl Ovladače realtek, pak začala karta okamžitě fungovat, nebylo potřeba nic dalšího instalovat.
Správce zařízení o tom píše -
PCI\VEN_10EC&DEV_8168&SUBSYS_816810EC&REV_02\4&293AFFCC&1&00E0

Testoval jsem rychlost kopírování, i když to všechno padlo na rychlost portu routeru (překvapilo mě, že nemám co testovat kartu gigabitovou rychlostí), zatím není co testovat gigabit, a abych byl upřímný , zatím nevidím urgentní potřebu, 100 megabitů stačí, ale 100 megabitové PCI-E jsem ještě neviděl, tak ať to žije. Navíc je nepravděpodobné, že si to od nás za ty peníze koupím.

V důsledku toho jsem psal prodejci, že čip byl přepájen, karta funguje, převzetí potvrdím, ale jsem velmi nespokojen. Dílenské zpracování je velmi špatné. V důsledku toho prodejce nabídl vrácení 3 dolarů, souhlasil jsem, ve skutečnosti jsem neměl žádné konkrétní stížnosti na prodejce, okamžitě a bez problémů jsem kontaktoval.

Ale o to nejde, morálkou této mikrorecenze je, že pro každý případ, než do počítače vložíte nový kus hardwaru, nebuďte líní si jej pečlivě prohlédnout, abyste nezůstali bez počítač vůbec.

Obecně platí, že dodávka je vynikající, karta je nejbanálnější, cena je rozumná, dodání je rychlé, ale kvalita je docela špatná.

Asi takhle sestavili moji síť