Гігабітний Ethernet

Коли ринок гігабітного Ethernet'а набирає швидкість після ратифікації стандарту IEEE 802.3z, більше уваги приділяється оптимізації роботи з різними середовищами передачі даних та мінімізації місця та енергії, необхідних для електроланцюжків. Таким чином, було б корисно розглянути пристрої, що відносяться до фізичного рівня, і як вони взаємодіють.

Спочатку, давайте уявімо, як відбувається передача даних по оптоволокну. Як показано на схемі №1, контролер гігабітного Ethernet'а представляє дані в байтовому форматі з тактовою частотою 125 МГц за допомогою гігабітного, незалежного від середовища інтерфейсу (GMII). Кожен переданий байт шифрується в 10-бітну послідовність, що передається паралельно (а байт, що отримується, відповідно, дешифрується) за допомогою 8біт-10біт Шифратора/Дешифратора. Потім 10-бітний паралельно передається символ передається/приймається послідовно за допомогою мультиплексора/демультиплексора при швидкості послідовної передачі 1.25 Гб/с передавальний лазер/від детекторного модуля, який з'єднаний з оптоволоконним кабелем за допомогою стандартних IEEE SC конекторів. Як альтернатива, мультиплексор/демультиплексор може працювати аж до 25 метрів по 150-омному екранованому мідному кабелю з роз'ємами DB-9 або стандартними IEEE HSSDC. Важливо відзначити, що для GMII не було визначено як стандарт ніяких кабелів і конекторів . GMII представлений як логічне визначення, або в більшості випадків як IC-IC з'єднання. Деякі комерційні контролери гігабітного Ethernet'а можуть включати 8біт-10біт Шифратор/Дешифратор, але не містити зовнішніх портів для GMII, а тільки для десятибітного інтерфейсу (TBI). Цього цілком вистачає, доки ви не захочетевикористовувати контролер зі 100 метрами неекранованої кручений пари (UTP) Cat 5. Мультиплексор/демультиплексор може також використовуватися як передавача. У той час як поширені 10 бітні MUX/DEMUX, деякі постачальники пропонують 20 бітні MUX/DEMUX, що працюють з половинною тактовою частотою 62.5 МГц за рахунок більшої кількості каналів. Оскільки 8біт-10біт шифруюча схема вбудована в контролер, більшість зовнішніх MUX/DEMUX не мають такої функції.

Схема №1. Контролер гігабітного Ethernet'а представляє отримані та передані дані в байтовому форматі з тактовою частотою 125 МГц на GMII.

Всі контролери гігабітного Ethernet'a, що використовують 8біт-10біт шифрування, відомі під назвою 1000Base-X. Якщо як передавач використовується короткохвильовий лазер (850 нм), стандарт називається 1000Base-SX, якщо ж використовується довгохвильовий лазер (1330 нм), то - 1000Base-LX. Коли використовується мідний кабель (двохаксіальний або чотирихаксіальний), стандарт називається 1000Base-CX. У таблиці описані всі максимальні відстані для відповідних стандартів та середовищ передачі даних.

Схема №2. Порівняння фізичних рівнів стандартів 1000Base-X та 1000Base-T

Схема №3. Сигнали 10-бітного інтерфейсу (TBI).

Схема №4. Сигнали інтерфейсу GMII

Прагнення зменшити ціну, габарити та споживану потужність призвело до появи кількох типів нового продукту: CMOS SerDes, інтегрований контролер/MUX/DEMUX та Quad Serdes. Давайте розглянемо їх докладніше.

Донедавна Gallium Arsenide та Bipolar Silicon були єдиними технологіями, здатними передавати дані зі швидкістю 1.25 Гб/с практично на будь-яку відстань. ТакимТаким чином, всі комерційні MUX/DEMUX використовували одну з цих технологій, а складніші контролери з низькою швидкістю перемикання використовували CMOS. Неминуче, геометрія CMOS зрештою досягла того рівня, що стало можливим підтримувати такі високі швидкості, і CMOS Serdes почали з'являтися на ринку, принісши з собою низьку ціну та енергоспоживання.

Здається, що інтегрований MUX/DEMUX стане результатом природного відбору, але деякі фактори заважають цьому. У більшості гігабітних Ethernet причиною затора є мікросхеми, що використовуються у високошвидкісних мережних комутаторах та маршрутизаторах. Ці пристрої зазвичай використовують як переключаючу ланку ASIC'і з безліччю портів, а їх розробники можуть не справлятися з додатковими труднощами, що виникають через близькість гігабітних потоків всередині чіпа. Також, щоб відповідати 1000Base-T, свитч-порт має бути сумісним із GMII. Дизайн комутаторів стає простішим і гнучкішим завдяки суміщенню GMII і TBI на всіх портах і зовнішньому приєднанню відповідних передавачів. Важливо відзначити, що передавач 1000Base-T є дуже складним і навряд чи є кандидатом на інтеграцію з контролером, ще меншим з багатопортовим ASIC у найближчому майбутньому. Всі ці фактори виступають проти розробки інтегрованого контролера/MUX/DEMUX навіть для шин PCI або будь-якої іншої шини. Також невідомий ринковий потенціал адаптерів гігабітного Ethernet'а, ризик можна скоротити, залишивши суміщення TBI і GMII на контролері і приєднавши його до зовнішнього передавача відповідно до середовища передачі (оптоволокно, STP (екранована кручена пара) або UTP), для якого він призначений. Так як застосування збільшується, а конкуренція підвищується, ймовірно, що ціна за окремийконтролер та окремий передавач буде навіть меншим, ніж за інтегрований контролер/передавач. А для того, щоб якісно зберігати сигнал, краще відокремити один від одного в електроланцюзі високошвидкісні послідовні сигнали і паралельні сигнали, що і відбувається, якщо ми використовуємо окремі передавач і контролер.

На ринку високошвидкісних комутаторів та маршрутизаторів з'явився ще один продукт – Quad SerDes. Поєднуючи в одному кристалі чотири новітні передавачі, архітектура системи дозволяє заощадити місце, гроші та енергію, при цьому зберігаючи гнучкість та простоту дизайну завдяки поділу передавача та контролера.

Передавачі гігабітного Ethernet також використовуються і у внутрішніх з'єднаннях. Вимоги комунікацій до архітектури мережевих карток просто величезні для комутаторів великих мереж. Так як ці вимоги перевищують 1 Гб/с, високошвидкісні послідовні з'єднання стають кращими ніж високощільні паралельні архітектури з супроводжують їх великою кількістю каналів, проблемами маршрутизації і спотворенням сигналу. 10/100 Ethernet-концентратори з можливістю приєднання гігабітного Ethernet'а також можуть вимагати швидкість внутрішніх з'єднань, що перевищує гігабітну. Одна популярна реалізація такого чіпсету вимагає 1.35 Гб/с підтримку внутрішніх з'єднань для того, щоб забезпечити швидкість передачі 1.25 Гб/с між концентраторами плюс 100 Мб/с понад це. Деякі постачальники пропонують покращений передавач гігабітного Ethernet'а з підтримкою потоку даних 1.35 Гб/с. Ці передавачі можуть підтримувати високошвидкісну передачу даних по гігабітному Ethernet'у зі швидкістю 1.25 Гб/с, і додаткові 100 Мб/с для передачі даних, що виходять за діапазон, та керуючихсигналів для основної ланки системи. Поки спеціалізовані послідовні кристали для внутрішньоархітектурних з'єднань з 8біт-10біт шифраторами/дешифраторами і сигнали, що не спотворюють, бажані для використання в більшості випадків, в деяких ситуаціях альтернативою в ціні може бути поліпшений контролер гігабітного Ethernet'a.

Ще один пристрій фізичного рівня, що швидко завойовує популярність серед мережевих комутуючих архітектур - подвійний повторювач. Цей пристрій використовується для видалення тремтіння синхронізації з вхідних даних, отриманих оптичними мережевими картами так, що потім ці дані можна відправити в ланку, що комутує. І навпаки, повторювач прибирає тремтіння синхронізації з даних, що виходять, при їх проходженні від комутуючої ланки через оптичний адаптер.

Як тільки гігабітний Ethernet з'явився в локальних мережах, а гігабітний Ethernet, що комутується, - у глобальних, з'явилася неминуча необхідність у більш високих швидкостях. 10 Гб/с Ethernet вже з'явився на горизонті при існуючих GaAs технологіях, або як дискретне 10 Гб/с оптоволоконне з'єднання, або як множинні 2.5 Гб/с оптичні з'єднання, об'єднані в одне оптоволокно (пару) за допомогою мультиплексування пристрою розділення довжини хвилі (WDM ). У кожного підходу свої переваги та недоліки, і поки що рано говорити про те, який з них буде домінуючим, але, безперечно, ця гонка буде цікавою і для учасників, і для користувачів.

Повернутись (C)ADP NetWorks, last update 27/11/01 , webmaster,references available