
Телекомунікаційні системи та мережі. Том 2. Абонентський доступ і технології локальних мереж. / Зміст / Розділ 1. Принципи побудови та функціонування локальних мереж / Тема 1.9. Технологія 10 Gigabit Ethernet
- Перелік скорочень
- Вступ
- Розділ 2. Системи радіодоступу
- Тема 2.1. Технологія Bluetooth
- 2.1.1. Основи роботи на фізичному рівні
- 2.1.2. Основи роботи на канальному рівні
- 2.1.3. Принципи функціонування технології Bluetooth
- 2.1.4. Апаратна реалізація. Модуль Ericsson Bluetooth ROK 101 007
- Тема 2.2. Технологія DECT
- 2.2.1. Основи роботи на фізичному рівні
- 2.2.2. Основи роботи на канальному і мережному рівнях
- Тема 2.3. Технологія Wi-Fi (Стандарт 802.11)
- 2.3.1. Загальна характеристика стандартів сімейства IEEE 802.11
- 2.3.2. Компоненти та структура безпроводової локальної мережі
- 2.3.3. Архітектура стеку протоколів сімейства IEEE 802.11
- 2.3.4. Організація мережі на канальному рівні
- 2.3.5. Фізичний рівень
- 2.3.6. Організація безпеки безпроводових мереж
- Тема 2.4. Технологія радіодоступу Wi-MAX
- 2.4.1. Загальна характеристика технології радіодоступу Wi-MAX
- 2.4.2. Передача сигналів в умовах багатопроменевого поширення та методи зниження впливу інтерференції
- 2.4.3. MAC-рівень стандарту IEEE 802.16-2004
- 2.4.4. Фізичний рівень стандарту IEEE 802.16. Режим WirelessMAN-SC
- 2.4.5. Режим WirelessMAN-OFDM
- 2.4.6. Режим OFDMA
- 2.4.7. Використання адаптивних багатоантенних пристроїв
- 2.4.8. Особливості побудови апаратури мережі Wi-MAX
- Тема 2.5. Відкриті оптичні системи
- Тема 2.6. Контрольні запитання та завдання
- 2.6.1. Практичні завдання
- 2.6.2. Контрольні запитання та завдання
- Тема 2.1. Технологія Bluetooth
- Розділ 3. Технології мереж проводового доступу
- Тема 3.1. Модеми каналу ТЧ
- 3.1.1. Місце і роль модемів при передачі даних
- 3.1.2. Класифікація модемів
- 3.1.3. Улаштування сучасних модемів
- 3.1.4. Інтерфейси взаємодії модемів з КОД RS-232 (V.24/V.28)
- 3.1.5. Протоколи модуляції в модемах
- 3.1.6. Рекомендації щодо вибору протоколів модуляції
- Тема 3.2. Технології передачі цифровими абонентськими лініями
- 3.2.1. Огляд технологій xDSL
- 3.2.2. Еталонна модель мережі доступу
- 3.2.3. Опис технології ADSL
- Архітектура системи ADSL
- Еталонні моделі передавачів ADSL для транспортування АТМ
- Стек протоколів технології ADSL
- Методи завадостійкого кодування технології ADSL
- Методи модуляції технології ADSL
- Модуляція з треліс-кодуванням
- Ініціалізація
- 3.2.4. Високошвидкісна цифрова абонентська лінія другого покоління
- 3.2.5. Високошвидкісна цифрова абонентська лінія з передачею однією парою
- Еталонна модель системи SHDSL
- PMD-рівень системи SHDSL
- Тема 3.3. Особливості побудови високошвидкісних локальних мереж на базі ліній електропостачання
- Тема 3.4. Контрольні запитання та завдання
- Тема 3.1. Модеми каналу ТЧ
- Розділ 4. Пасивні оптичні мережі
- Тема 4.1. Загальні відомості про пасивні оптичні мережі
- Тема 4.2. Архітектура і принцип дії PON
- Тема 4.3. Принцип дії PON
- Тема 4.4. Стандарти PON
- Тема 4.5. Технологія APON та протокол APON MAC
- Тема 4.6. Технологія EPON
- Тема 4.7. Формати кадрів EPON
- Тема 4.8. Протокол MPCP
- Тема 4.9. Емуляції в EPON
- Тема 4.10. Ефективність EPON
- Тема 4.11. Технологія й стандарти GPON
- Тема 4.12. Структури кадрів у GPON
- Тема 4.13. Активація ONT
- Тема 4.14. Інкапсуляції в GPON
- Тема 4.15. Переваги GPON
- Тема 4.16. Порівняння EPON і GPON
- Тема 4.17. Енергетичні співвідношення в мережі PON
- Тема 4.18. Контрольні запитання та завдання
- Тема 4.19. Тести до Розділу 4.
- Розділ 5. Абонентська сигналізація
- Тема 5.1. Абонентська лінія ISDN
- Тема 5.2. Інтерфейси в опорних точках
- Тема 5.3. Доступ користувача ISDN
- Тема 5.4. Протокол DSS-1: фізичний рівень і рівень ланки даних
- Тема 5.5. Протокол DSS-1: мережний рівень
- 5.5.1. Функції протоколу Q.931
- 5.5.2. Формати повідомлень
- 5.5.3. Процедури обробки базового виклику
- Тема 5.6. Контрольні запитання та завдання
- Розділ 6. Системи татехнології цифрового телебачення.
- 6.1. Фізичні основи телебачення
- 6.1.1. Загальні відомості про телебачення
- 6.1.2. Принципи телевізійної розгортки
- 6.1.3. Параметри телевізійного зображення
- 6.1.3.1. Вимоги до параметрів телевізійного зображення
- 6.1.3.2. Око як приймач візуальної інформації
- 6.1.3.3. Оцінка параметрів телевізійного зображення
- 6.1.4. Структура сигналу аналогового чорно-білого телебачення
- 6.1.5. Колір на екрані телевізора
- 6.1.5.1. Сприйняття кольору людиною і особливості кольорових кінескопів
- 6.1.5.2. Структура сигналу аналогового кольорового телебачення
- 6.1.6. Стандарти аналогового кольорового телебачення і їх особливості
- 6.1.6.1. Загальна характеристика стандартів аналогового кольорового телебачення
- 6.1.6.2. Особливості системи ntsc
- 6.1.6.3. Особливості системи pal
- 6.1.6.4. Особливості системи secam
- 6.1.7. Сучасні пристрої відтворення телевізійного зображення
- 6.1.7.1. Плазмові монітори
- 6.1.7.2. Рідкокристалічні монітори
- 6.1.7.3. Органічні монітори
- 6.1.7.4. Особливості fed моніторів
- 6.1.7.5. 3d монітори і 3d окуляри
- 6.1.7.6. Відеопроектори
- Питання та завдання для самоконтролю
- Література до підрозділу 6.1
- 6.2. Загальні принципи цифрового телебачення
- 6.3. Системи і стандарти цифрового телебачення
- 6.4. Стандарти наземного ефірного цифрового телебачення dvb-t та dvb-t2
- 6.5. Стандарти супутникового цифрового телебачення dvb-s та dvb-s2
- 6.6. Кабельне цифрове телебачення стандарту dvb-c
- 6.7. Цифрове телебачення з використанням ip (iptv)
- 6.8. Системи мобільного цифрового телебачення
- 6.9. Доставка відеоконтенту через інтернет
- 6.10. Аналіз архітектури пирінгових p2p tv-мереж
- 6.11. Математичні моделі пирінгових мереж
- 6.1. Фізичні основи телебачення
1.9.5 Стандарти 40/100-гігабітного Ethernet
Уже в 2007 році можна було назвати чимало додатків, у яких видна необхідність у передачі даних на швидкостях більш 10 гігабіт/с.
Як приклади можна привести трафік в Internet магістралях, потребі операторів зв'язку та високопродуктивних обчислень у спеціалізованих центрах обробки даних. Із цією технологією пов'язана, зокрема, доставка відео YouTube, IPTV і HDTV.
Розвиваються й технології доставки відео на запит. Наприклад у 2007 році, відеоресурс YouTube був досить цікавий – щомісяця його трафік збільшувався на 20%, і для підтримки такого росту доводилося постійно додавати нові 10 гігабітні канали.
Один зі шляхів, що досить довго дискутувався й широко використовується на практиці, рішення проблеми підвищення пропускної здатності – це агрегування (об'єднання) 10-гігабітних каналів.
Дійсно два, чотири й навіть вісім каналів можуть бути об'єднані разом, не викликаючи труднощів з управлінням і усуненням несправностей. Однак самі кабелі збільшують вартість системи, є й певні вимоги до енергоспоживання й охолодження конекторів.
Використання портів для агрегування каналів приводить в остаточному підсумку до зниження віддачі від вкладених коштів, тому що кожний такий порт не працює по його безпосередньому призначенню.
Є ряд проблем з масштабуванням, і при агрегуванні каналів не так просто зробити попередній розрахунок вартості рішення. Незважаючи на зазначені вище недоліки, даний метод підвищення пропускної здатності набув широкого застосування в стандартах 40/100 гігабіт / с.
При цьому, для зменшення вартості використовуваних оптоволокн, широко використовується метод передачі на базі спектрального мультиплексування (WWDM – Wide Wavelength Division Multiplexing, спектральне vультиплексування у широкої смузі частот), який почав застосовуватися в технології 10G Base-LX4.
В подальшому основні зусилля розробників були зосереджені на розробці нового фізичного рівня (Physical layer device, PHY), який би забезпечував швидкість передачі 100 гігабіт/с, з використанням інших методів передачі. Оператори розглядали технологію 100G для заміни 10-гігабітного транспорту для загальнодоступних мереж. Вони планували також з її допомогою збільшити пропускну здатність своїх мереж і знизити ціну за біт.
Переважна частина респондентів вважала, що пропускна здатність повинна вирости в 10 разів, а вартість передачі біта – знизитися в два рази.
При розробці PHY-частини стандарту ставилися наступні цілі:
- зберегти формат кадрів Ethernet стандарту 802.3, що використовують формат 802.3 MAC;
- зберегти мінімальні і максимальні розміри кадру (FrameSize), яки збігаються з поточною редакцією стандарту 802.3;
- забезпечити в точці сполучення інтерфейсу з MAC рівень помилок (Bit error ratio, BER) не вище (тобто не більше 1 помилки в середньому на кожні біт);
- забезпечення відповідної підтримки оптичних транспортних мереж (Optical transport network, OTN);
- швидкість передачі даних на рівні MAC в 40 і 100 Гбіт/с;
- розробка варіантів рівня PHY для роботи через одномодове оптичне волокно (SMF), багатомодове оптичне волокно OM3 (MMF), кабелі з мідними провідниками і через об'єднавчі плати (backplane).
У стандартах 40/100-гігабітного Ethernet міститься опис декількох різних стандартів фізичного рівня (PHY). Мережеві пристрої можуть використовувати різні типи PHY шляхом використання змінних PHY-модулів.
Модулі, що використовують оптичне волокно, стандартизовані в 802.3ba – угоді між різними виробниками (multi-source agreements, MSA).
Стандартизовані до 2010 року специфікації технології 40/100 GBE представлені в таблиці 1.9.3.
Таблиця 1.9.3Cпецифікація технології 40/100 Gbe
Тип середовища передачі | Дальність передачі | 40 Gigabit Ethernet | 100 Gigabit Ethernet | Стандарт |
---|---|---|---|---|
Печатна плата | 1 м | 40GBase-KR4 | 100GBase-KR10 | IEEE 802.3ba |
Мідний біаксіальній кабель | 7м | 40GBase-СR4 | 100GBase-СR10 | IEEE 802.3ba |
Кручена пара | UTP cat 8 | 30 м 40GBase-T | - | IEEE 802.3ba |
Оптоволокно, OM3 MMF | 100-125 м | 40GBase-SR4, 850 нм | 100GBase-SR10, 850 нм | IEEE 802.3ba |
Оптоволокно, SMF | 10 км | 40GBase-LR4, 1300 нм | 100GBase-LR4, 1295, 1300, 1305, 1310 нм | IEEE 802.3ba |
Оптоволокно, SMF | 40 км | 100GBase-ER4, 1295, 1300, 1305, 1310 нм | IEEE 802.3ba | |
Оптоволокно, SMF | 2 км | 40GBase-FR, 1310/1550 нм | IEEE 802.3bg |
Архітектура канального та фізичного рівнів наведена на рисунку 1.9.6.
Стандарт IEEE 802.3ba не змінює ні формат кадру, ні його розміри, ні повнодуплексний принцип роботи. LLC (Logical Link Control) і MAC (Media Access Control) рівні, відповідні Layer 2 моделі OSI, залишаються без принципових змін.
MAC підключається до середовища передачі (media) через PHY рівень (відповідає Layer 1 OSI).
У свою чергу, PHY рівень включає підрівні PCS (Physical Coding Sublayer), PMA (Physical Medium Attachment), PMD (Physical Media Dependent), а також, опціонально, FEC (Forward Error Correction).
RS (Reconciliation Sublayer) – підрівень узгодження, який передає послідовність біт від MAC-рівня в MII (Media Independent Interface, інтерфейс, незалежний від фізичного середовища).
Рисунок 1.9.6 – Архітектура канального та фізичного рівнів 40/100 GbE
Інтерфейсів MII в стандарті описано два: XLGMII для 40Гбіт / с (римські XL = 40) і CGMII для 100Гбіт / с (римське С = 100).
Вони базуються на колишньому XGMII (10Гбіт / с) і є логічними, внутрисхемними інтерфейсами, що забезпечують 64-бітові (8 смуг по 8 біт) канали прийому / передачі даних до PHY (фізичного рівня).
Також MII забезпечує тактову частоту 625 МГц для 40 Гбіт / с і 1.5625 ГГц для 100 Гбіт / с і на прийом, і на передачу. Як і раніше, PCS відповідає за кодування та скремблювання бітового потоку при передачі і зворотні дії при прийомі.
Використовується та ж схема кодування, що і в 10G – 64B / 66B (66 біт лінійного коду на 64 біта даних). Для реалізації високих швидкостей була розроблена спеціальна MLD методика (Multilane Distribution, багато потокова передача), суть якої полягає в round-robin (циклічному) чергуванні 66-бітних блоків даних по кількох смугах (див. рис.1.9.7).
Перевагою цієї методики є її повна реалізація на CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor), що в результаті дозволяє максимально зняти навантаження з обробки бітового потоку з електроніки, вбудованої в оптичний інтерфейс, а це спростить його функціональність (читай – підвищить надійність) і помітно знизить вартість.
Рисунок 1.9.7 – Перехід з послідовної передачі сигналу на паралельну по декільком потокам (lanes)
При цьому здійснюється періодична вставка маркерів в потік бітів, дозволяє на приймаючій стороні компенсувати можливі зрушення бітових груп і повністю відновити початковий агрегатний сигнал.
PMA забезпечує перетворення кодових груп в послідовний сигнал (serialize) і зворотний процес (deserialize). Конкретна реалізація PMA залежить від підрівня PMD, тобто, по суті, від типу середовища і передавача.
Ну і, нарешті, PMD відповідає за передачу послідовність бітів в фізичну середу через MDI (Media Dependent Interface; інтерфейс, залежний від середовища передачі).
Оптика передбачає використання хвильового ущільнення – на 40G CDWM (Coarse Wave Division Multiplexing, грубе спектральне мультиплексування хвиль), на 100G – DWDM (Dense Wave Division Multiplexing, щільне спектральне мультиплексування хвиль) технології.
Таким чином, стандарти 40/100 GbE, яки затверджені до 2011 року, базувалися на розробках 10 GbE, а збільшення пропускної здатності досягалося за рахунок фізичного збільшення ліній передачі або використання спектрального мультиплексування.