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Redes Gigabit Ethernet e 10Giga Ethernet

Redes Gigabit Ethernet e 10Giga Ethernet. 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)

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Presentation Transcript

  1. Redes Gigabit Ethernet e 10Giga Ethernet

  2. 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.

  3. 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

  4. Evolução do padrão Ethernet Fonte: Juergen Rochol

  5. Evolução do padrão Ethernet Fonte: Juergen Rochol

  6. Resumo Padrões Ethernet 100 Mbps 1000Mbps 10.Gbps 802.3ae 1000B-X 802.3z 1000B-T UTP 803.3ab 100B-T UTP 2 pares 100B-FX 10GBase-R 10GBase-W 100B-T4 UTP 4 pares 1000Base-SX Fibra MMF 1000 Base-LX Fibra MMF e SMF 1000Base-CX Coaxial 150 Ohms (obsoleta) 10GBase-X

  7. 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.

  8. 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

  9. 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 Sublayer PMA: Physical Medium Attachment sublayer PMD: Physical Medium Dependent

  10. Camada Física 802.3z 802.3ab

  11. Camada Física – as fibras óticas • “Transceivers” são usados para converter os sinais elétricos das interfaces para sinais óticos e vice-versa

  12. 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.

  13. Camada Física – as fibras óticas

  14. Camada Física – as fibras óticas • A faixa de freqüência é altíssima • Entre 300THz e 200THz

  15. Camada Física – as fibras óticas

  16. 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.

  17. Camada Física – fibra ótica multimodo • Dois tipos: • índice degrau (step index): mais antiga • índice gradual (grated index): permite melhor propagação

  18. 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)

  19. Camada Física – comparação dos tipos

  20. Retomando 802.3z 802.3ab Fonte: Gigabit Ethernet Alliance

  21. 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

  22. 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.

  23. 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.

  24. 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)

  25. 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

  26. 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

  27. 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).

  28. IEEE 802.3ab – 1000Base-T O padrão PAM-5: cada “símbolo” codifica 3 bits – dois de informação e um de proteção

  29. IEEE 802.3ab – 1000Base-T Sinal codificado no padrão PAM-5 – Pulse Amplitude Modulation

  30. IEEE 802.3ab – 1000Base-T A codificação do sinal usa uma técnica baseada em um “shift register” com realimentação (linear feedback shift register)

  31. 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

  32. 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.

  33. IEEE 802.3ab – 1000Base-T • Dados são transmitidos “espelhados” para evitar ruídos.

  34. 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

  35. 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

  36. 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.

  37. IEEE 802.3ae – 10 Gigabit Ethernet PMD – Physical Medium Dependente

  38. 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

  39. 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

  40. IEEE 802.3ae – 10 Gigabit Ethernet

  41. IEEE 802.3ae – 10 Gigabit Ethernet * WWDM: Wide Wavelenght Division Multiplex **MLM: Laser Multi Longitudinal Mode ou FP (Fabry Perot) ***SLM: Laser Single Longitudinal Mode ou DFB (Distributed Feedback)

  42. Maximum Bandwidth (Symmetric) Existing IEEE 802.3 standards EFM IEEE 802.3ah 10Gbps 10GbE 1Gbps 1000BASE-T (MMF) 1000BASE-LX (SMF) 1000Base B/L/PX10 1000 Base- PX20 100Mbps 100BASE-T (Cu Cat 5) 100BASE-FX (MMF) 10Mbps 10BASE-T (Cu Cat5) 10Pass-TS (VDSL) 100Base-L/BX10 (Single Mode Fiber) 2Mbps 2Base-TS (SHDSL) Minimum Reach 100m 500m 750m 2000m 2700m 5000m 10km 20km Resumo....

  43. As conseqüências econômicas da tecnologia

  44. Fim

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