Indice
1.
Introducción
2. Alianza Gigabit Ethernet
(GEA)
3. Carrier Extension
4. Packet Bursting
5. Distribuidor de
Buffer
6. Topologías
Desde 1970 la Red Ethernet es la
tecnología
más representativa de las redes de trabajo. Hay un
estimado que en 1996 el 82% de todos los equipos de redes eran
Ethernet. En 1995 el estándar Fast ethernet fue aprobado
por la IEEE. El Fast Ethernet provisto de un ancho de banda 10
veces mayor y nuevas características tales como
transmisión Full-Duplex y auto negociación. Se estableció Ethernet
como una tecnología escalable. Ahora, el standar Gigabit
Ethernet es aceptada como una escala
superior.
Fast Ethernet fue publicada por un aliancia de consorcio de
industriales. En Mayo de 1996 se formó la alianza Gigabit
Ethernet conformada por 11 compañías, poco
después la IEEE anuncia la formación del 802.3z,
proyecto del
estándar Gigabit Ethernet.
El nuevo estándar Gigabit Ethernet será compatible
completamente con las instalaciones existentes de redes Ethernet.
Reteniendo el mismo método de
acceso CSMA/CD,
soportará modos de operaciones como
Full-Duplex y Half-Duplex. Inicialmente, suportará fibra
mono-modo y multi-modo y cable coaxial
short-haul.
Al comienzo, Gigabit Ethernet es aceptada para ser empleada como
backbone en redes existentes. Estas pueden ser usadas para
agregar trafico entre clientes y
"server farms" e interconectando switches Fast Ethernet, estos
pueden ser usados para interconectar workstation y servidores de
aplicaciones de alto ancho de banda tales como imágenes
medicas o CAD.
2. Alianza Gigabit Ethernet
(GEA)
En marzo de 1996, el comité 802 de IEEE
aprobó el proyecto estándar Gigabit Ethernet
802.3z. A la vez muchas 54 compañías expresaron el
interés
de participar en el proyecto de estandarización, la
Alianza Gigabit Ethernet fue formada en mayo de 1996 por 11
compañías: 3Com, Bay Networks, Cisco Systems,
Compaq Computer, Granite Systems, Intel Corporation, LSI Logic,
Packet engines, Sun Microsystems Computer Company, UB Networks y
VLSI Technology.
La alianza representa un esfuerzo de multi-vendor para proveer
sistemas abiertos
e inter-operables de productos
Gigabit ethernet. Los objetivos de
la alianza son:
- Ser una extensión de soporte para las redes
existentes Ethernet y Fast Ethernet que requieren la demanda de
un mayor ancho de banda. - Proponer el desarrollo
de técnicas
para la inclusión en el estándar. - Establecer pruebas de
procedimientos
y procesos de
inter-operabilidad.
Capa Física
La capa física
de Gigabit Ethernet esta formada por un mixto o híbrido
entre las tecnología Ethernet y la Especificación
de Canales por Fibra ANSI X3T11. Gigabit Ethernet es acepta
finalmente 4 tipos de medios
físicos, los cuales son definidos en 802.3z (1000Base-X) y
802.3ab (1000Base-T)
1000Base-X
En el estándar 1000Base-X la capa física es el
Canal de Fibra. El Canal de Fibra es una tecnología de
interconexión entre workstation, supercomputadoras,
dispositivos de
almacenamiento de información y periféricos. El Canal de Fibra tiene una
arquitectura
de 4 capas. La más baja tiene 2 capas FC-0 (Interfaz y
Medio) y FC-1 (Codificador y Decodificador), estas son usadas en
Gigabit Ethernet.
Hay 3 tipos de medios de trasmisión que son incluidos en
el estándar 1000Base-X:
- 1000Base-SX: usa una fibra multi-modo,
850nm. - 1000Base-LX: puede ser usada tanto mono-modo y
multi-modo, 1300mn. - 1000Base-CX: usa un cable par trenado de cobre
(STP).
Distancias soportadas por los distintos tipos de
cable:
100Base-T
El estándar 1000Base-T de Gigabit Ethernet emplea como
medio de trasmisión un cable UTP, usando 4 pares de
líneas de categoría 5 UTP.
Capa MAC
La capa MAC de Gigabit Ethernet usa el mismo protocolo de
Ethernet CSMA/CD. La máxima longitud del cable usado para
interconectar las estaciones está limitado por el
protocolo CSMA/CD. Si 2 estaciones detectan el medio desocupado y
comienzan la trasmisión ocurrirá una
colisión.
Ethernet tiene una trama mínima de 64 bytes, la
razón de tener un tamaño mínimo en la trama
es para prever que las estaciones completen la trasmisión
de una trama antes de que le primer bit sea detectado al final
del cable, donde este puede chocar con otra trama. Sin embargo,
el tiempo
mínimo de detección de colisión es el tiempo
que toma una señal en propagarse por desde un extremo a
otro del cable. Este tiempo mínimo es llamado Slot Time or
Time Slot, que es el número de bytes que pueden ser
trasmitidos en un Time Slot, en Enthernet el Slot Time es de 64
bytes, la longitud mínima de trama).
La longitud máxima de un cable en Ethernet es de 2.5 Km
(con un máximo de 4 repetidores). Como la tasa de bit se
incrementa hace aumente la velocidad de
transmisión. Como resultado, si el mismo tamaño de
la trama y la longitud del cable se mantienen, entonces la
estación puede también trasmitir una trama a gran
velocidad y no detectar una colisión al final del otro
cable. Entonces, una de las siguientes cosas se deben hacer: (i)
Mantener una longitud máxima del cable e incrementar el
time slot (y por eso, un tamaño mínimo en la trama)
o (ii) Mantener un mismo time slot y decrementar la longitud del
cable o ambos. En Fast Ethernet la longitud máxima del
cable es reducida a 100 metros, dejando el tamaño de la
trama en mínimo y el time slot intacto.
Gigabit Ethernet mantiene los tamaños mínimos y
máximos de las tramas de Ethernet. Desde que Gigabit
Ethernet es 10 veces más rápida que Fast Ethernet
mantiene el mismo tamaño del slot, máxima longitud
del cable deberá ser reducida a 10 metros, el cual no es
muy usado. En lugar de ello, Gigabit Ethernet usa un gran
tamaño del slot, siendo de 510 bytes. Para mantener la
compatibilidad con Ethernet, el mínima tamaño de la
trama no es incrementado, pero el "carrier event" es extendido.
Si la trama es más corta que 512 bytes, entonces agregamos
símbolos de extensiones. Hay símbolos especiales,
los cuales no sucede en la carga útil o de valor.
Gigabit Ethernet deberá ser inter-operable con
las redes existentes 802.3. Carrier Extension es una ruta del
802.3 que mantiene los tamaños de trama máximos y
mínimos con distancias significativas de cableado.
Para que el carrier sea extendido dentro de la trama, los
símbolos de extensión de no-data son incluidos in
la ventana de colisiones (collision window), que es, la trama
entera extendida considerada por la colisión y
caída. Sin embargo, la secuencia de chequeo en la trama
(FCS, siglas en ingles) es calculada solamente en la trama
original (sin los símbolos de extensión). Los
símbolos de extensión son removidos antes que el
FCS sea chequeado por el receptor. Por lo que la capa LLC
(Control del
Enlace Lógico) es ni siquiera avisado de la carrier
extension.
En la siguiente gráfica se muestra el
formato de la trama Ethernet cuando el Carrier Extension es
usado.
4. Packet Bursting
Carrier Extension es una solución simple, pero
gasta un ancho de banda. 448 bytes de rellenos pueden ser
enviados en pequeños paquetes.
Packet Bursting es una extensión de Carrier Extension.
Packet Bursting es "Carrier Extension más unos paquetes
agregados" (Brust). Cuando una estación tiene un
número de paquetes a trasmitir, el primer paquete coloca
al time slot si es necesario usando carrier extension. Los
siguientes paquetes son trasmitidos unos detrás de otro,
con el mínimo intervalo inter-packet (IPG, siglas en
ingles inter-packet gap) hasta que finalice el tiempo de burst
(de 1500 bytes). El Packet Bursting sustancialmente incrementa el
troughput.
En la siguiente figura se muestra como trabaja el Packet
Burst
Gigabit Interfase Independiente del Medio (GMII Gigabit
Media Independent Interface)
La GMII es la interfaz entre la capa MAC y la capa física.
Esto permite que algunas de las capas físicas ser usada
con la capa MAC. Existe una extensión de la MII (Media
Independent Interface) usada en Fast Ethernet. Este usa la misma
interfaz de gestión
como MII. Este soporta trasmisión de datos de 10, 100
y 1000 Mbps. Posse separadamente un receptor de 8-bit de ancho y
un trasmisor que agrega datos, tal que puede soportar
opoeraciones como Full-Duplex y Half-Duplex.
Las diferentes capas de la arquitectura del protocolo Gigabit
Ethernet se muestra en la figura siguiente:
La GMII posee 2 medios de señales del status: uno
indica la presencia del carrier y el otro indica la ausencia de
colisión. La sub-capa de reconciliación (RS,
Reconciliation Sublayer, siglas en ingles) proyecta estas
señales a señalización física (PLS,
Physical Signalling, siglas en ingles) primitivas conocida por la
sub-capa MAC existente. Con la GMII es posible conectar
diferentes tipos de medios tales como cable UTP, fibra
óptica mono-modo y multi-modo, mientras se sigue
usando el mismo controlador MAC.
La GMII está dividida en 3 sub-capas: PCS, PMA,
PMD.
PCS (Physical Coding Sublayer)
La PCS es la sub-capa de la capa GMII que provee una interfaz
uniforme para la reconciliación de capas por todo el medio
físico. Usa código
8B/10B empleado por canales de fibra. En estos tipos de
códigos 8 bits están representados por 10 bits
"grupos de
códigos". Algunos grupos de códigos representas
datos simbólicos de 8 bits. Otros son símbolos de
control. Los símbolos de extensión usados en el
Carrier Extension son un ejemplo de símbolos de
control.
Las indicaciones de Carrier Sense y Collision Detec son generados
por esta sub-capa. Esta sub-capa también maneja los
procesos de auto negociación por el cual la arjeta de Red
(NIC, siglas en
Ingles) se comunica con la Red para determinar la velocidad de la
misma (10, 100 o 1000 Mbps) y el modo de operación
(half-duplex o full-duplex).
PMA (Physical Medium Attachment)
Esta sub-capa provista de un medio independiente por la sub-capa
PCS para soportar diferentes medios físicos de
bit-orientados serialmente. Esta capa forma grupos de
códigos seriales por trasmisión y desambla los
códigos de grupos seriales cuando los bits son
recibidos.
PMD (Physical Medium Dependent)
Esta sub-capa proyecta el medio físico para la sub-capa
PCS. Esta capa define la señalización de la capa
físicas usada por diferentes medios. La MDI (Medium
Dependent Interface, siglas en inglés), la cual es parte de PMD es
actualmente la interfaz de la capa física. Esta capa
define la actual capa física de unión, como los
conectores de los diferentes medios de
trasmisión.
Ethernet hoy en día soporta el medio Full-Duplex,
la capa física como la capa MAC. Sin embargo, este
todavía soporta operaciones Half-Duplex para mantener la
compatibilidad. Existen nuevos dispositivo que poseen una
funcionalidad como el HUB
(concentreador), que posee un modo de operación
Full-Duplex, tal dispositivo es llamado por distintos nombres
como: Buffered Distributor, Full Duplex Repeater y Buffered
Repeater.
El principio básico del CSMA/CD es usado como
método de acceso a la red y no a un enlace. Un Buffered
Distributor es un multi-puerto repetidor con enlaces
Full-Duplex.
A continuación se muestra la arquitectura del Buffered
Distributor:
Cada puerto tiene una entrada FIFO queue y una salida FIFO queue.
Una trama llegando a una entrada queue es trasmitida a todas las
salidas queues, excepto al puerto por donde está entrando.
Dentro del distribuidor el CSMA/CD arbitración se hace a
las tramas de salida queues.
Las colisiones no pueden ocurrir a lo largo del enlace, la
distancia restringida no es muy larga. La restricción en
la longitud del cable es una característica del medio
físico y no del protocolo CSMA/CD.
Como los envíos FIFO pueden crecer, el control de flujo
basado en la trama es usado entre el puerto y la estación
de envío.
Este es definido en el estándar 802.3x, el cual ya es
usado en los switches Ethermet.
Lo que motiva a desarrollar los Buffered Distributor es
el costo comparado
con un Gigabit switch y no como
una necesidad de acomodar el medio Half-Duplex. El Buffered
Distributor provee una conectividad Full-Duplex.
En esta sección se discuten diferentes topologías en el cual Gigabit Ethernet
puede ser usado. Gigabit Ethernet es esencialmente un "campo de
tecnología", que es para usar como un backnbone en
una red de campo
ancho, también puede ser usado entre routers, switches y
concentradores o hub. Además puede ser usado para conectar
servidores, servers farms y workstation de alto poder.
Esencialmente 4 tipos de hardware son necesarios para
actualizar un red existente Ethernet/Fast Ethernet en una red
Gigabit Ethernet:
- Una tarjeta de interfaz Gigabit Ethernet
(NICs) - Agregar switches que conecten un número de
segmentos Fast Ethernet a Gigabit Ethernet. - Switches Gigabit Ethernet.
- Repetidores Gigabit Ethernet (Buffered
Distributor)
Actualización en las conexiones server-switch
Las mejores redes tienen centralizada file server y compute
server. Un servidor da
respuestas a un número de clientes, lo cual hace que
necesite mayor ancho de banda. Conectando servidores a switches
con Gigabit Ethernet
Conexión Switch-Sever
Actualización en las conexiones Switch-Switch
Otra actualización se encuentra en las conexiones entre
los switches Fast Ethernet y los switches de 100/1000 de Gigabit
Ethernet. Ver la figura a continuación:
Actualización del backbone Fast Ethernet
Un Backbone Fast Ethernet podemos encontrar multiples switches
10/100 Mbps. Este puede ser actualizado o sustituido por un
switche Gigabit Ethernet siempre y cuando soporte multiples
switches 100/1000 Mbps así como routers y concentradores o
hubs que tienen interfaces Gigabit Ethernet. Una vez que el
backbone ha sido actualizado, servidores de alto funcionamiento o
arquitectura robusta pueden ser conectados directamente al
backbone. Este incrementará el troughtput para
aplicaciones que requieren mayor ancho de banda.
Actualización del backbone
Actualizando el backbone compartido del FDDI
El FDDI es una estructura
tecnológica de backbone. Un backbone FDDI puede
actualizarse remplazando concentradores FDDI o routers Ethernet a
FDDI por switches o repetidores Gigabit Ethernet.
Actualización de un backbone FDDI
Actualizando el alto funcionamiento de una estación de
trabajo o Workstation
Las estaciones de trabajos son cada día más y
más poderosas y necesitan conectarse a redes de grandes
ancho de banda. Actualmente una Workstation pueden trasmitir por
el bus más
de 100 Mbps. Gigabit Ethernet puede ser conectado a estas
estaciones de trabajo de altas velocidades.
Actualización para el alto funcionamiento de las
estaciones de trabajo
Autor:
Ing. Leonardo Tolosa Rodríguez
C.I. 14.482.604
Fuente: Dpto. de Ciencias de la
Computación, Universidad de
Ohio