Architektura Zasady i podstawy dzia ł aniawspólne wszystkim odmianom Ethernet

(1)

Ethernet

Zasady i podstawy działania wspólne wszystkim odmianom

2

Architektura

(2)

3

Standardy 802.3

Standard Data Top- Rate ology Publikacja

Half-Duplex Full-Duplex DIX-1980,

802.3-1983

10Base2 802.3a-1985 10Mb/s Liniowa kabel koncentryczny RG-

58 50 185 n/a

10Broad36 802.3b-1985 10Mb/s Liniowa kabel konc. (CATV)

antenowy 75 1800 n/a

FOIRL 802.3d-1987 10Mb/s Gwiazda dwa włókna optyczne 1000 >1000 1Base5 802.3e-1987 1Mb/s Gwiazda dwie pary skrętki CAT.2 250 n/a 10Base-T 802.3i-1990 10Mb/s Gwiazda dwie pary 100 Cat. 3 100 100 10Base-FL 802.3j-1993 10Mb/s Gwiazda dwa włókna optyczne 2000 >2000 10Base-FB 802.3j-1993 10Mb/s Gwiazda dwa włókna optyczne 2000 n/a 10Base-FP 802.3j-1993 10Mb/s Gwiazda dwa włókna optyczne 1000 n/a 100Base-TX 802.3u-1995 100Mb/s Gwiazda dwie pary 100 Cat. 5 100 100 100Base-FX 802.3u-1995 100Mb/s Gwiazda dwa włókna optyczne 412 2000 100Base-T4 802.3u-1995 100Mb/s Gwiazda cztery pary 100 Cat. 3 100 n/a 100Base-T2 802.3y-1997 100Mb/s Gwiazda dwie pary 100 Cat.3 100 100

laser (1300nm) po:

. 62.5um MMF 316 550

. 50um MMF 316 550

. 10um SMF 316 5000

laser (850nm) po:

. 62.5um MMF 275 275

. 50um MMF 316 550

1000Base-CX 802.3z-1998 1Gb/s Gwiazda specialnie ekranowany

kabel ("twinax") 25 25 1000Base-T 802.3ab-1999 1Gb/s Gwiazda cztery pary 100 Cat. 5 100 100 1000Base-ZX 2001(2007)

802.3ap 1Gb/s Gwiazda Laser (10 um SMF) n/a 70(100) km

1000BaseBX

10D / 10U 802.3af-2004 100 Mb/s

1GB/s Gwiazda Laser (10 um SMF)

WDM (1300/1500 nm) n/a 10 km

Standard Medium

Maximum Cable Length in Meters

500 n/a

1000Base-LX 802.3z-1998 1Gb/s Gwiazda

10Base5 10Mb/s Liniowa kabel koncentryczny 50 (gruby)

1000Base-SX 802.3z-1998 1Gb/s Gwiazda

10GBase - XX

• WAN PHY (10GBASE-W) (WAN) na SONET/OC-192

10GBASE-SW, 10GBASE-LW, 10GBASE-EW,10GBASE-ZW

• 10GBASE-SR ("short range")

• 10GBASE-LR ("long range")

• 10GBASE-LRM (Long Reach Multimode) 802.3aq

• 10GBASE-ER ("extended range")

(3)

5

Proces ustalania standardów 100 i 1000

HSSG = Higher Speed Study Group PAR = Project Authorization Requests LMSC- LAN/MAN Standards Committee

6

Ramka Ethernet a 802.3

(4)

7

Kolejności bitów w oktetach

Oktety są transmitowane od lewej do prawej, ale w oktecie od najmłodszego bitu pierwszego, czyli adres:

– FO-2E-15-6C-77-9B

– 0000 1111 - 0111 0100 -1010 1000 0011 0110 - 1110 1110 - 1101 1001

Nie jest multicastowy

Ramki 100 i 1000

SSD – Start of Stream Delimiter ( J + K ) SFD – Start of Frame Delimiter

ESD – End of Stream Delimiter ( T +R )

(5)

9

802.3 z informacją 802.2 i inne

802.3 z dadatkiem 802.2 (SAP) Service Access Point

...

data

1 octet control

802.2

1 octet source SAP

802.2

1 octet destination SAP 802.2

2 octets length

802.3

6 octets source address

802.3

6 octets destination address 802.3

Size Field

Header

802.3

...

data

2 octets 0xffff

802.3

2 octets length

802.3

source address 6 octets 802.3

6 octets destination address

802.3

Size Field

Header Ethernet II

...

data

2 octets type

Ethernet II

6 octets source address Ethernet II

6 octets address

Ethernet II

Size Field

Header

Ethernet SNAP

...

data

1 octet type

SNAP

1 octet protocol ID

SNAP

1 octet UI

802.2

1 octet 0xaa

802.2

1 octet 0xaa

802.2

2 octets length

802.3

6 octets source address

802.3

6 octets destination address 802.3

Size Field

Header

10

Znaczniki VLAN

TPID (Tag Protocol Identifier)  8100H

CFI : Canonical Format Indicator  0 w ETH. 1 w TR VID : VLAN ID  FFFH jest zarezerwowane

 0 ruch priorytetowy

(6)

11

Transmisja ramki

Odbiór ramki

(7)

13

CSMA

• Zasada LBT( listen before talk)

• Kodowanie Manchester

– 0 = HI => lo – 1 = lo => HI

14

Kodowanie ze składową stałą

(8)

15

CSMA / CD

• Jeśli dwie stacje nadają jednocześnie to następuje kolizja wykrywana jako:

– w kablu koncentrycznym: chwilowe przekroczenie napięcia średniego

– w kablu dwutorowym: istnienie innej transmisji

wydajność

(9)

17

Wzrost opóźnień

Przy dużej liczbie stacji opróżnienia stają się niedopuszczalnie duże

18

Maksymalne konfiguracje z

repeaterami

(10)

19

Model 1

uproszczony reguła 5-4-3

Model 2

(11)

21

Tabela do obliczeń RTT

0.1026 4.88 0 4.88 0 4.88 0 48

długie AUI

0.1 356.5 156.5 233.5 33.5 212.25 12.25 2000

10BASE-FL

0.113 176.3 165 53.3 42 26.55 15.25 100

10BASE-T

0.1 252 152 129 29 107.75 7.75 1000

FOIRL

0.1026 188.48 169.5 65.48 46.5 30.731 11.75 185

10BASE2

0.0866 212.8 169.5 89.8 46.5 55.05 11.75 500

10BASE5

Max stałe Max stałe Max Stałe

RT Delay/

meter Right End

Middle Segment Left End

Max Length (in meters) Segment Type

Opóżnienie RTT w bitach = Stałe + RTDelay/m*długość

22

Obliczenie zawężenia szczeliny

8 10.5

segment ( punkt-punkt)

11 16

Koncentryk ( mixed )

Mid-Segment Transmitting End

Segment Type

Zwężenie szczeliny międzyramkowej; Interframe Gap Shrinkage (IGS) w bitach

Limit to 49 bitów, zatem z 96 szczelina może skrócić się do 47

(12)

23

Przykład obliczeniowy dużej sieci 10 Base FL

Ta konfiguracja nie przystaje do modelu 1 Wybieramy najgorszą ścieżkę (stacje 1- 2)

Obliczenie RTT i IGS

0.113 176.3 165 53.3 42 26.55 15.25 100

10BASE-T

0.1 252 152 129 29 107.75 7.75 1000

FOIRL

0.1026 188.48 169.5 65.48 46.5 30.731 11.75 185

10BASE2

0.0866 212.8 169.5 89.8 46.5 55.05 11.75 500

10BASE5

Max stałe Max stałe Max Stałe

RT Delay/

meter Right End

Middle Segment Left End

Max Length (in meters) Segment Type

Opóżnienie RTT w bitach = Stałe + RTDelay*długość

(13)

25

Sprawdzenie modelu 1 według reguł modelu 2

Stałe => 11.75 + 185 × 0.1026 = 18.981 Razem 30.731

Nie ma innych opróżnień np.: Extra kabli AUI

Pomiędzy 1 – 2

przyjmijmy 1 jako lewy koniec

26

Suma RTT

473,591

RTT dla ścieżki =

9,76 Razy 2 2*4,88

Dodatkowo długie AUI

176.3 10BASE-T

Right End

83.5 10BASE-FL

Mid-segment

83.5 10BASE-FL ( 33,5 + 500*0.1)

Mid-segment

89.8 10BASE5

Mid-segment

30.731 10BASE2

Left End

Bit-Time Delay Media

Link

Round-Trip Path Delay przy wyborze 10BASE2 jako Left End Segment

(14)

27

Suma RTT

481,59

RTT dla ścieżki =

9,76 Razy 2

Dodatkowo długie AUI

188.48 10BASE2

Right End

83.5 10BASE-FL

Mid-segment

83.5 10BASE-FL

Mid-segment

89.8 10BASE5

Mid-segment

26.55 10BASE-T

Left End

Bit-Time Media

Link

Round-Trip Path Delay przy wyborze 10BASE-T jako Left End Segment

szczelina

Kierunek 1=> 2 jest gorszy

^Coax ¹⁶ ¹¹

Mid-Segment Transmitting End

Segment Type

Interframe Gap Shrinkage in Bit Times

(15)

29

Switch, minimalne opóźnienie trzy metody pracy przełączników

Koncentratory wprowadzają opóźnienie  około 1 RTT

W konfiguracjach bliskich maksymalnej dochodzi do ok 240 bitów ( 24 µs) ( przy 5- ciu odcinkach i 4-rech koncentratorach )

Każdy switch ma w sobie nadajniki / odbiorniki podobne jak koncentrator

Dodatkowe opóźnienie jest takie jak lewe końce/2 czyli ok. 6-ciu 8–miu bitów ( 0.6-0.8 µs) jest pomijalnie małe wobec wprowadzanego przez działanie przełącznika

30

Które opóźnienie jest istotne?

• Propagacja: 1 km / 200 m/µs = 5 µs

• Koncentrator (5-4-3)  1 RTT 24 µs 6 µs na każdy koncentrator

• Przełącznik dodatkowo:

– S&F  od 511+64=575 do 1500*8=12 000

57 µs – 1,2 ms ( zależnie od długości ramki) – Cut-Thru  PRE+DST 8B+6B64+48112

11,2 µs ( niezależnie od długości ramki)

– FragmentFree  575 ( czas oczekiwania na kolizję)

57 µs ( niezależnie od długości ramki)

• Czas kolejkowania?

(16)

31

Opóźnienia

• Wynika z czasów:

– Propagacji 2/3 c – Transmisji

– Przełączania, rutowania – Oczekiwania w kolejkach

• Czas reakcji oczekiwany przez ludzi to ok.

200-500 ms

• Opóźnienie głosu 135 ms

3 6 9 12 15

n ia d łu g o ś ć k o le jk i

Długość kolejki a zajętość

( wykorzystanie, obciążenie, load )

(17)

33

Przykład

• Przełącznik ma 20 użytkowników, każdy wysyła 20 ramek na sekundę

• Przeciętna długość ramek 750 B (max/2)

• Każdy daje 120 kb/s, razem 2,4 Mb/s

• Ramki wychodzą przez łącze LAN 10Mb/s – Obciążenie = 20 x 20 x 750 x 8 = 2,4 Mb/s – Zajętość = 2,4 / 10 = 24%

– Średnia długości kolejki =

(0.24)/(1-0.24) = 0.33 ramek  250x8=2000b200µs

• ALE jeśli x3 zajętość = 3 x 2,4 / 10 = 72%

• Średnia długości kolejki =

(0.72)/(1-0.72) = 2,5 ramki  2,5x750x8=15000b1,5 ms

34

Opóźnienie przykład cd.

• łącze LAN 1 km, 20 stacji

• Propagacja: 1 km / 200 m/µs = 5 µs

**• Transmisja 750B: 750*8/10Mb/s = 600 µs**

• Czas kolejkowania ( opróżnienia kolejki):

**przy 2,4 Mb/s  0,33 * 600 µs = 200 µs przy 3 x 2,4 Mb/s  2,5 * 600 µs = 1500µs**

• Czas przełączania: Store&Forward, to czas

transmisji ramki 600 µs

(18)

35