Redes Gigabit Ethernet e 10Giga Ethernet

Apresentação em tema: "Redes Gigabit Ethernet e 10Giga Ethernet"— Transcrição da apresentação:

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 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
Ano Função Exp. Ethernet 1972 2,94 Mbit/s - barramento de cabo coaxial Ethernet II (DIX V.2.0) 1982 10 Mbit Ethernet – cabo coaxial fino (DIX – Digital, Intel, Xerox) IEEE 802.3 1983 10BASE5 (10Mbit/s) cabo coaxial grosso (cabeçalho LLC, segue ao cabeçalho 802.3) IEEE 802.3a 1985 10BASE2 - Chipernet IEEE 802.3b 10BROAD36 IEEE 802.3c 10Mbit/s repeater specification IEEE 802.3d 1987 FIORL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) IEEE 802.3e 1BASE5 Star LAN IEEE 802.3i 1990 10BASE-T – 10Mbit/sover twisted pair IEEE 802.3j 1993 10BASE-F – 10Mbit/s over Fiber-Optic IEEE 802.3u 1995 100BASE-TX, 100BASE-T4, 100BASE-FX, Fast Ethernet, Auto sense IEEE 802.3x 1997 Full Duplex and Flow control (também acaba com frames DIX) IEEE 802.3y 1998 100BASE-T2, 100Mbit/s over low quality twisted pair IEEE 802.3z 1000Base-X, 1Gbit/s Ethernet over Fiber-Optic IEEE Revisão do Padrão incorporando todas as atualizações Fonte: Juergen Rochol

5 Evolução do padrão Ethernet
IEEE 1998 Revisão do Padrão incorporando todas atualizações IEEE 802.3ab 1000BASE-T, 1Gbit/s sobre par trançado IEEE 802.3ac 1999 Tamanho máximo do Frame estendido para 1522 para permitir Q-tag que inclui informação do 802.1Q VLAN e prioridade do 802.1p IEEE 802.3ad 2000 Agregação paralela de enlaces (Link aggregation) IEEE 2002 IEEE 802.3ae 2003 10Gbit/s Ethernet over Fibre, 10BASE-SR (-LR, -ER, –SW, -LW, -EW) IEEE 802.3af Power over Ethernet IEEE 802.3ah 2004 Ethernet in the First (or last) mile IEEE 802.3ak 10BASE-CX4, 10Gbit/s over twin coaxial cable IEEE 2005 IEEE 802.3an 2006 10GBASE-T, 10Gbit/s over UTP (unshielded twisted pair) IEEE 802.3ap Exp. Backplane Ethernet over printed circuit boards (1 ou 10 Gbit/s) IEEE 802.3aq 10GBASE-LRM, 10 Gbit/s Ethernet over multimode fiber IEEE 802.3ar Congestion Management IEEE 802.3as Frame Expansion IEEE 802.3at Power over Ethernet enhancements IEEE 802.3au Isolation Requeriments for power over Ethernet IEEE 802.3av Estdo. 10 Gbit/s EPON (Ethernet Passive Optical Network) Fonte: Juergen Rochol

6 Resumo 802.3z 803.3ab 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 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:

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
Multimodo Monomodo O Núcleo sendo de grande diâmetro torna mais fácil o alinhamento quando se faz emendas ou instalam-se conectores. Distâncias maiores quando comparadas com as fibras multimodo. Baixo custo, quando comparado com outros tipos de fibra, não só da fibra em si, mas também dos materiais agregados, como conectores, componentes eletrônicos e outros. Taxas de transmissão muito mais altas (superiores a 160 Gbps) quando comparadas com as fibras multimodo.

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:

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 = Mbps. A técnica utilizada é chamada de PAM-5 (Pulse Amplitude Modulation).

28 IEEE 802.3ab – 1000Base-T Símbolo Nível do sinal 000 001 +1 010 +2 011 -1 100 101 110 -2 111 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
Pino Cor Função 1 Branco com verde +BI_DA 2 Verde -BI_DA 3 Branco com laranja +BI_DB 4 Azul +BI_DC 5 Branco com azul -BI_DC 6 Laranja -BI_DB 7 Branco com marrom +BI_DD 8 Marrom -BI_DD “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.

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)

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 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
Característica Rede Local Paralela Rede Local Serial Rede WAN Serial Multiplexação no meio WWDM na Padrão de Transmissão 10GBase xX* 10GBase xR* 10GBase xW* Taxa meio: 4 x 3,125 Gbit/s (4 lambdas) 10,3 Gbit/s OC 192 Sonet ou SDH STM ,953 Gbit/s Taxa líquida 12 Gbit/s 9,29 Gbit/s

41 IEEE 802.3ae – 10 Gigabit Ethernet
Alcance :comp. onda Tipo de Fibra Modo XMIT Emissor Óptico 65m 850nm MMF serial LED 100m 300m 1300nm MMF-E (enhanced) WWDM* 10km SM WWDM Laser MLM** Laser SLM*** 40km 1550nm Laser SLM resfriado * WWDM: Wide Wavelenght Division Multiplex **MLM: Laser Multi Longitudinal Mode ou FP (Fabry Perot) ***SLM: Laser Single Longitudinal Mode ou DFB (Distributed Feedback)

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

43 As conseqüências econômicas da tecnologia

44 Fim