Hálózati alapismeretek

Átírás

1 Hálózati alapismeretek 7.

2 Mbps Ethernet 2. Gigabit, 10 Gigabit Ethernet

3 A 10 Mbit/s sebességű (Legacy) Ethernet Közös jellemzők Időzítési paraméterek Keretformátum Átviteli folyamatok Alapvető tervezési szemlélet Manchester kódolás Típusai 10Base5 Paraméter Érték Bitidő 100ns Résidő 512 bitidő Kerettérköz 96 bit Ütközési kísérletek száma 16 Visszatartási küszöb 10 Torlódási jel mérete 32 bit Maximális keretméret 1518 oktet Minimális keretméret 64 oktet 10Mbps fél-duplex átviteli sebesség vastag koaxiális kábelen 10Base2 10Mbps fél-duplex átviteli sebesség vékony koaxiális kábelen 10Base-T 10Mbps fél-duplex, 20Mbps duplex átvitel csavart érpáros kábelen

4 A 10 Mbit/s sebességű (Legacy) Ethernet Fogalmak: Versengés idő Keret Keret Keret Tétlen periódus Keret Keret méretek: Maximális: Előtag: 7 Kezdet: 1 Cél MAC: 6 Forrás MAC: 6 Tipus/hossz: 2 Min csomag: CRC: Előtaggal:1526 Átviteli periódus Minimális: Előtag: 7 Kezdet: 1 Cél MAC: 6 Forrás MAC: 6 Tipus/hossz: 2 Min csomag: 46 CRC: 4 64 Bitidő: 1 bit átviteléhez szükséges időtartam. Például 10 Mbit/s sebességnél 1 bit ideje 0,1 mikroszekundum Résidő: Az az időtartam ami alatt még észlelni lehet az ütközést maximális, megengedett méretű ütközési tartomány esetén az oda vissza futási időnél kicsit nagyobb érték. Kerettérköz: egy állomás két egymást követő kerete között eltelt idő más eszközök is bekapcsolódhatnak a forgalomba ez által. Keret Keret IRINYI JÁNOS Kerettérköz SZAKKÖZÉPISKOLA

5 Jelminőséghiba (signal quality error, SQE) Az SQE a médiakonverter által a vezérlőnek küldött jel, amely tudatja a vezérlővel, hogy az ütközéseket érzékelő áramkör működik. Az SQE jel mindig fél-duplex. Az SQE az alábbi esetekben aktív (jelez): Normál átvitel után 4 8 mikroszekundumon belül azt jelzi, hogy a kimenő keret elküldése sikeres volt Ha ütközés történt az átviteli közegen Ha hibás jel észlelhető az átviteli közegen, például túl hosszú keretek hibás CRC-vel (jabber) vagy rövidzár miatti visszaverődések Ha az átvitel megszakadt

6 CCNA 1. Manchester-kódolás

7 CCNA 1. Késleltetés A késleltetésre vonatkozó felső határértékeket a hálózat növekedésével egyre könnyebb átlépni. Számolni kell a: Kábelhossz és terjedési késleltetés Ismétlők késleltetése A médiakonverterek késleltetése Kerettérköz csökkenése Állomáson belüli késleltetések Fontos az szabály Tetszőleges két állomás között négynél több ismétlő nem lehet, továbbá legfeljebb három szegmens használható állomások csatlakoztatására.

8 10BASE5 Első Ethernet alapú átvitel szabvány része Olcsók, konfigurálást nem igényelnek Bármely pontjának meghibásodása a rendszer teljes leálláshoz vezet Manchester-kódolást használ Vastag koaxiális kábel hossza legfeljebb 500 méter Egyszerre csak egy állomás adhat Fél-duplex módban üzemel 10 Mbit/s Ma már nem ajánlott

9 10BASE2 Telepítése könnyebb (kisebb méret, súly, nagyobb rugalmasság) Manchester-kódolást használ BNC csatlakozó, T-elágazók Egyszerre csak egy állomás adhat Fél-duplex módban üzemel 10 Mbit/s Egy szegmensen max. 30 állomás lehet Ma már nem ajánlott A 10BASE2 szabványos középső vezetővel rendelkezik. A maximálisan öt vékony koaxiális kábeles szegmens mindegyike legfeljebb 185 méteres lehet, legfeljebb 30 állomás lehet. Tetszőleges két állomás közötti öt szegmensből legfeljebb háromhoz csatlakozhatnak állomások.

10 CCNA 1. 10BASE2

11 10BASE-T Hub tartalmazta a megosztott buszt (központi helyen helyezkedett el csillag topológia) Eredetileg fél-duplex (10 Mbit/s), de ma már duplex üzemmódban is működtethető (20 Mbit/s) Manchester-kódolást használ maximális megengedett kábelhossz 90 méter RJ-45-ös csatlakozókat használnak a négy érpárt a T568-A vagy a T568-B séma szerint kell bekötni

12 CCNA 1. A 10BASE-T érintkezőkiosztása

13 CCNA 1. A 10BASE-T architektúrája

14 A 100 Mbit/s sebességű (Fast) Ethernet Közös jellemzők Időzítési paraméterek értékei Keretformátum (10Mb/s sebességű hálózattal azonos) Átviteli folyamat részei Típusai 100Base-TX Érzékenyebb a zajokra ezért két külön kódolási lépést alkalmaz 4B/5B kódolás, MLT-3 átvitel kódolás az átviteli közegre 100Mbps fél-duplex, 200Mbps duplex sebesség Cat-5 UTP kábelen (réz vezetéket használ) 100Base-FX NRZI kódolás (inverz, nullára vissza nem térő) 200Mbps sebességű adatátvitel duplex módban, Többmódusú optikai kábelen Paraméter Érték Bitidő 10ns Résidő 512 bitidő Kerettérköz 96 bit Ütközési kísérletek száma 16 Visszatartási küszöb 10 Torlódási jel mérete 32 bit Maximális keretméret 1518 oktet Minimális keretméret 64 oktet

15 100BASE-TX 1997-ben az Ethernetet bővítették, ekkor jelent meg a duplex átvitel lehetősége. Az eszköz duplex módban pedig 200 Mbit/s sebességű adatátvitelre képes. A 100BASE-TX változat 4B/5B kódolást használ, amely után összekeverést és többszintű átviteli (Multi-Level Transmit, MLT-3) kódolást végez. Az első hullámformánál az időablak közepén nincs átmenet, ami bináris nulla értéket jelez. A második hullámformánál az időablak közepén átmenet látható, itt tehát bináris egyeseket kódoltunk. A harmadik hullámforma egy váltakozó bináris sorozat kódja. a jelváltozások egyeseket, a vízszintes vonalak pedig nullákat jeleznek.

16 100BASE-FX Az optikai szálas változatra elsősorban gerinchálózati célokra volt szükség. A Gigabit Ethernet szabványok ma már uralják a gerinchálózati telepítések, a 100 Mb/s nem volt sikeres. A 100BASE-FX rendszer az ábrán látható NRZI kódolást használja. A harmadik és a negyedik hullámforma kiválóan szemlélteti, hogy az átmenet hiánya bináris nullát, megléte pedig bináris egyet jelez. A gyakorlatban ST vagy SC csatlakozókkal ellátott optikai szálpárokat használnak. A 100BASE-FX különálló adási (Transmit, Tx) és vételi (Receive, Rx) útvonalai összesen 200 Mbit/s sebességű átvitelt tesznek lehetővé.

17 CCNA 1. A Fast Ethernet architektúrája Egy 1-es osztályú ismétlő akár 140 bitidőnyi késleltetést is vihet a rendszerbe. Minden olyan ismétlő, amely kétféle Ethernet-megvalósítás között biztosít kapcsolatot, 1-es osztályúnak számít. A 2-es osztályú ismétlőknek kisebb, legfeljebb 92 bitidőnyi késleltetéssel kell dolgozniuk, ezek ugyanis a bejövő jeleket azonnal továbbítják az összes portjukra, átfordítást nem végeznek. A kisebb késleltetés elérése érdekében a 2-es osztályú ismétlők csak azonos jelzést használó szegmensekhez csatlakozhatnak. A 2-es osztályú 100BASE-TX ismétlők közötti kábelek hossza legfeljebb 5 méter lehet. A Fast Ethernet hálózatokban gyakran találni fél-duplex módban üzemelő összeköttetéseket, ugyanakkor használatuk előnytelen, magát a jelzési sémát ugyanis duplex működésre tervezték.

18 CCNA 1. A Fast Ethernet architektúrája

19 Mbps Ethernet 2. Gigabit, 10 Gigabit Ethernet

20 1000 Base családfa Fiber Chanel (üvegszálas) fizikai csatorna 1000Base-SX Short wavelength rövid hullámhossz nm-es lézer többmódusú szálon. A szál tipusától függően m hossz áthidalás 1000Base-X 1000Base-LX Long wavelength hosszú hullámhosszú nm-es lézert használ. multimódusú szálon 550 m, monomódusú szálon 5 km hossz áthidalás. 1000Base-CX Copper csavart rézkábelen fut. Maximális kábelhossz 25 m. Közös helységben lévő eszközök összekötésére használjuk. 1000Base-T Twisted Copper csavart rézkábelen fut. Maximális kábelhoszz 100 m.

21 Az 1000 Mbit/s sebességű (Gigabit) Ethernet Az IEEE 802.3ab jelölésű 1000BASE-T szabvány 5-ös vagy magasabb kategóriájú szimmetrikus rézkábelek használatát írja elő. Az IEEE 802.3z jelölésű 1000BASE-X szabványa az optikai szálakon végzett, 1 Gbit/s sebességű, duplex átvitelt definiálja. Az 1000BASE-TX, az 1000BASE-SX és az 1000BASE-LX azonos időzítési paramétereket használnak. A bitidő mindegyiknél 1 ns, vagyis a másodperc milliárdod része. A Gigabit Ethernet keretformátuma a 10 és 100 Mbit/s sebességű Ethernetével megegyező. A Gigabit Ethernet bizonyos megvalósításai eltérő eljárásokat is használhatnak a kereteknek a kábelen utazó bitekké alakítására. A normál Ethernet, a Fast Ethernet és a Gigabit Ethernet között különbségeket a fizikai rétegben találunk.

22 Az 1000 Mbit/s sebességű (Gigabit) Ethernet Az újabb szabványok nagyobb sebessége miatt lecsökkent bitidők különleges megoldások alkalmazását teszik szükségessé. Mivel a bitek rövidebb ideig, gyorsabban kerülnek rá az átviteli közegre, az időzítések kritikus szerepet játszanak. A nagysebességű átvitelekhez magasabb frekvenciákat kell használni, emiatt viszont a rézkábeleken utazó bitek érzékenyebbek a zajokra. Ezekre az okokra vezethető vissza, hogy a Gigabit Ethernet két külön kódolási lépést végez el. Az adatátvitel hatékonyabb, ha kódokat használunk a bináris bitfolyam ábrázolására. A kódolt adatok szinkronizálást, hatékony sávszélességhasználatot és jobb jel-zaj viszonyt biztosítanak. A fizikai rétegben a MAC rétegtől származó bitminták szimbólumokká alakulnak. A szimbólumok vezérlőinformációkat is hordozhatnak, mint például keret eleje vagy vége, összeköttetés készenléti állapotának jelzése. A kereteket vezérlő- és adatszimbólumok formájában kódolva nő a hálózat átviteli sebessége. Az optikai szálas Gigabit Ethernet, vagyis az 1000BASE-X a 4B/5B kódolásra erősen hasonlító 8B/10B kódolást használja. Ezt az optikai szálon egyszerű nullára vissza nem térő (nonreturn to zero, NRZ) vonali kódolás követi, értelemszerűen fényjelek használatával. Ennek a kódolási megoldásnak a használatát az optikai átviteli közeg nagyobb sávszélessége teszi lehetővé.

23 Az 1000 Mbit/s sebességű (Gigabit) Ethernet Közös jellemzők Időzítési paraméterek értékei Keretformátum Két állomás között egy ismétlő lehet Típusai 1000Base-T IEEE 802.3ab 4D-PAM5 vonali kódolás Duplex kommunikáció Cat-5e vagy magasabb kategóriájú kábeleken 4 érpár használata 1000Base-SX, 1000Base-LX IEEE 802.3z 8B/10B jelkódolás, NRZ vonali kódolás Duplex kommunikáció optikai érpáron Bitidő Résidő Kerettérköz Paraméter 1ns Ütközési kísérletek száma 16 Visszatartási küszöb 10 Torlódási jel mérete Maximális keretméret Minimális keretméret Érték 4096 bitidő 96 bit 32 bit 1518 oktet 64 oktet

24 CCNA BASE-T Az 5e kategóriájú kábelek megbízhatóan legfeljebb 125 Mbit/s sebességgel képesek továbbítani az adatokat. Mind a négy érpárt felhasználjuk az átvitelhez. Ehhez összetett, egyetlen érpáron is duplex átvitelt lehetővé tévő áramkörökre van szükség; segítségükkel a sávszélesség 250 Mbit/s-ra nőtt. Az adó oldali áramkörnek szét kell osztania a kereteket, a vevő oldalinak pedig össze kell állítania őket. Az átvitel 4D-PAM5 vonali kódolással működik. És mindkét irányban egyszerre, ugyanazon a vezetéken folyik. Ez folyamatos ütközéseket eredményez az érpárokon.

25 CCNA BASE-T 4D-PAM5 vonali kódolás Ez azt jelenti, hogy az adatok küldése és fogadása mindkét irányban egyszerre, ugyanazon a vezetéken folyik. Amint az várható, ez folyamatos ütközéseket eredményez az érpárokon. Az ütközések miatt összetett feszültségminták állnak elő. Az 1 Gbit/s sebesség összetett, visszhangkioltást, első rétegbeli előremutató hibajavítást (Forward Error Correction, FEC) és előrelátó feszültségszintkiválasztást használó áramkörök révén érhető el Forgalommentes időszakokban a kábelen kilencféle, aktív adatküldések idején pedig 17-féle feszültségszint mérhető A küldő állomás az adatokat gondosan felosztja négy egymással párhuzamos folyamra, kódolja, elküldi, ezt követően a párhuzamos folyamokat egyetlen bitfolyamba kell összeállítani

26 1000BASE-SX és LX Gerinchálózatokban javasolt 8B/10B kódolást használ, amelyet nullára vissza nem térő (non-return to zero, NRZ) vonali kódolás követ Annak meghatározása tehát, hogy adott bit értéke nulla vagy egy, nem a jelszint változása, hanem a jelszint alapján történik. Rövid hullámhossz: 850 nm-es lézer vagy LED-es fényforrás többmódusú optikai szálon Hosszú hullámhossz: 1310 nm-es lézerforrások egy- vagy többmódusú optikai szálakon Mivel a LED vagy a lézerforrás teljes be- és kikapcsolásához idő kell, a fényimpulzusok valójában a fényerő erősödését és gyengülését jelentik A logikai nullákat alacsonyabb fényerejű, a logikai egyeseket pedig erősebb fényű szakaszok jelzik. Az átvitel duplex jellegű. Két állomás között csak egyetlen ismétlő lehet!

27 CCNA 1. Átviteli közegek összehasonlítása

28 A Gigabit Ethernet architektúrája Az összeköttetéseknek jobb minőségűeknek kell lenniük, mint a Fast Ethernetnek A duplex összeköttetések révén áthidalható távolságokat csak az átviteli közeg korlátozza, nem az oda-vissza jelterjedési idő. Lánc jellegű, csillag és kiterjesztett csillag topológia egyaránt alkalmazható. 100 méteres távolságon az 1000BASE-T erősen a hardvereszközök a továbbított jelek felismerésére vonatkozó képességeinek határán üzemel Bármely kábelezési probléma vagy környezeti zaj működésképtelenné tehet egy egyébként megfelelő, a hosszkorlátok figyelembevételével épített kábelrendszert is Érdemes az állomások és a hubok vagy kapcsolók közötti összeköttetéseken engedélyezni az automatikus egyeztetést

29 Maximális kábelhossz 1000 Base SX / LX hálózatokban 1000BaseSx 1000BaseLx

30 CCNA Base (10 Gigabit) családfa Base-xx S 850 nm L 1310 nm E 1550 nm X WWDM wide wavelength division multiplexing több hullámhosszon kisebb sebességgel adott jelsorozat. R soros továbbítás LAN esetén 64B/66B kódolás W soros továbbítás WAN esetén 64B/66B kódolás egyszerűsített Sonet keretezés Jelölés PHY Optikai szál Max.hossz 10GBase-SR multimódusú 65 m 10GBase-SW multimódusú 65 m 10GBase-LX4 Multi / monomódusú 300 m /10 km 10GBase-LR monomódusú 10 km 10GBase-LW monomódusú 10 km 10GBase-ER monomódusú 40 km 10GBase-EW monomódusú 40 km

31 10 Gigabit Ethernet A 802.3ae azaz a 10 Gigabit Ethernet (10 GbE) már nemcsak a LAN-okban, de a MAN-okban és a WAN-okban is fontos szerephez jut. 10 GbE fizikai rétegére vonatkozó szabványok egymódusú optikai szálakon akár 40 km-es távolság áthidalását (MAN) is lehetővé teszik A keretformátum azonos, újrakeretezés és protokollátalakítások nélkül is képesek egymással együttműködni. A bitidő 0,1 ns csökkent. Mivel az optikai szálakon csak duplex átvitel folyik, a CSMA/CD alkalmazása szükségtelen. Az IEEE azon alrétegeit, amelyek az OSI modell első és második rétegébe esnek, jelentős részben megőrizték. A kis számú módosítás a 40 km-es optikai összeköttetések kezelését és a SONET/SDH hálózatokkal való együttműködést szolgálja. Végponttól végpontig terjedő kapcsolatokat biztosít A TCP/IP a LAN-okon, MAN-okon és WAN-okon egyetlen második rétegbeli szállítási megoldással használható. Kompatibilis a (SONET) szinkron optikai (SDH) szinkron digitális hierarchia hálózatokkal

32 10 Gigabit Ethernet IEEE 802.3ae szabvány Keretformátuma és egyéb második rétegbeli jellemzői a korábbi szabványokkal kompatibilisek 40 km-es távolság MAN-ban is fontos kompatibilisek a szinkron optikai hálózatokkal (SONET) és a szinkron digitális hierarchia (SDH) hálózatokkal OC-192 sebességig WAN technológiaként sem mellőzhető Paraméter Bitidő Résidő Kerettérköz Ütközési kísérletek száma Visszatartási küszöb Torlódási jel mérete Maximális keretméret Minimális keretméret Maximális löket Érték 0.1ns N/A 96 bit N/A N/A N/A 1518 oktet 64 oktet N/A

33 Változatok 10GBase-SR Rövid távolságokra, már telepített többmódusú optikai szálakra tervezték, méteres távolságok áthidalására alkalmas. Rövidtávú (25-80m) többmódusú optikai szál 10GBase-LX4 Hullámhosszosztásos multiplexelést (wavelength division multiplexing, WDM) használ. Többmódusú optikai szálakon méteres összeköttetéseket tesz lehetővé Egymódusú szálakon pedig 10 km-es összeköttetéseket tesz lehetővé. 10GBase-LR, 10GBase-ER 10-40km-es összeköttetés egymódusú szálakon 10GBase-SW, LW, EW (Egyben 10Base-W) Összefoglalóan 10GBASE-W névvel illetik őket, az OC-192 sebességű (9, Gbps) SONET/SDH szinkron átviteli WAN-modulokkal való együttműködést hivatottak biztosítani.

34 Szabvány Jelenleg is folyik a szabványosítás Az IEEE 802.3ae munkacsoport 10 Gigabit Ethernet Alliance (10 GEA) IEEE 802.3ae: júniusában Duplex protokoll Optikai szálakon 40, 80 és 100 Gbit/s sebességű Ethernet szabványok kidolgozása a cél

35 10 Gigabit Ethernet architektúrák A 10 GbE átviteleknél minden bit továbbítására 0,1 ns áll rendelkezésre A 10 GbE hálózatok bitidejének rövidsége miatt sokszor rendkívül nehéz az adatbiteket és zajt megkülönböztetni egymástól A 10 GbE adatátviteleknél a fizikai rétegben csak pontos bitidőzítésekkel lehet az adatokat és a zajokat elkülöníteni egymástól A szinkronizálás pontosan ebben jut szerephez A 10 GbE összes változata összetett soros bitfolyamokat használ kódolásra a 10 GBASE-LX4 kivétel, amely széles hullámhosszosztásos multiplexelést (WWDM) alkalmaz 10 GbE termék felső kategóriájú kapcsolókhoz és forgalomirányítókhoz készült modulok, más szóval vonali kártyák formájában érhető el. A 10 GbE minden változata optikai szálakat használ. - 10µ-os egymódusú, illetve 50µ-os és 62,5µ-os többmódusú szálak lehetnek

36 CCNA 1. 10GBASE-LX4 jelek multiplexelése

37 Az Ethernet jövője Jövőbeli technológiák, lehetőségek Ethernet hálózatok általánossá válása mind LAN-ok mind MAN-ok, mind WAN-ok esetében is Fél-duplex átviteli közegek kiszorulása fokozódik Folyamatosan növekvő sebességek (40, 100, 160Gbps tervezetek) Végponttól végpontig terjedő szolgáltatásminőségi képességek Jövőbeli átviteli közegek Réz, 1000Mbps,vagy nagyobb sebességgel Vezeték nélküli összeköttetés, 100Mbps, vagy nagyobb sebességgel Optikai szálak, 10000Mbps, vagy nagyobb sebességgel

38 Köszönöm a figyelmet!