Adattatore di rete PCI Express Gigabit Ethernet. Gigabit Ethernet PCI Express Network Adapter Cos'è la rete Gigabit

Il mondo moderno sta diventando sempre più dipendente dal volume e dal flusso di informazioni che vanno in varie direzioni tramite fili e senza di essi. Tutto è iniziato molto tempo fa e con mezzi più primitivi rispetto alle conquiste odierne del mondo digitale. Ma non intendiamo descrivere tutti i tipi e metodi con cui una persona ha portato le informazioni necessarie alla coscienza di un'altra. In questo articolo, vorrei offrire al lettore una storia sullo standard creato non molto tempo fa e ora sviluppato con successo per la trasmissione di informazioni digitali, che si chiama Ethernet.

La nascita dell'idea stessa e della tecnologia Ethernet è avvenuta all'interno delle mura di Xerox PARC, insieme ad altri primi sviluppi nella stessa direzione. La data ufficiale per l'invenzione di Ethernet era il 22 maggio 1973, quando Robert Metcalfe scrisse un promemoria per il capo del PARC sul potenziale della tecnologia Ethernet. Tuttavia, è stato brevettato solo pochi anni dopo.

Nel 1979 Metcalfe lasciò Xerox e fondò 3Com, il cui compito principale era promuovere i computer e il locale reti di computer (LAN). Con il supporto di aziende rinomate come DEC, Intel e Xerox, è stato sviluppato lo standard Ethernet (DIX). Dopo la pubblicazione ufficiale il 30 settembre 1980, iniziò una rivalità con due importanti tecnologie brevettate: gettone anello e ARCNET, che sono stati in seguito completamente soppiantati a causa della loro minore efficienza e dei costi più elevati rispetto ai prodotti Ethernet.

Inizialmente, secondo gli standard proposti (Ethernet v1.0 ed Ethernet v2.0), avrebbero utilizzato il cavo coassiale come mezzo di trasmissione, ma in seguito hanno dovuto abbandonare questa tecnologia e passare all'uso di cavi ottici e doppini intrecciati.

Il vantaggio principale nei primi giorni della tecnologia Ethernet era il metodo di controllo degli accessi. Implica connessioni multiple con rilevamento della portante e rilevamento delle collisioni (CSMA / CD, accesso multiplo del rilevamento della portante con rilevamento delle collisioni), la velocità di trasferimento dei dati è di 10 Mbps, la dimensione del pacchetto va da 72 a 1526 byte, descrive anche i metodi di codifica dei dati ... Il valore limite delle workstation in un segmento di rete condiviso è limitato a 1024, ma sono possibili altri valori inferiori quando si impostano limiti più rigidi per il segmento coassiale sottile. Ma una tale costruzione divenne ben presto inefficace e fu sostituita nel 1995 dallo standard IEEE 802.3u Internet veloce con una velocità di 100 Mbit / s, e successivamente lo standard IEEE 802.3z Gigabit Ethernet è stato adottato a una velocità di 1000 Mbit / s. Sul questo momento 10 Gigabit Ethernet IEEE 802.3ae è già pienamente utilizzato, con una velocità di 10.000 Mbps. Inoltre, abbiamo già sviluppi volti a raggiungere velocità di 100.000 Mbit / s 100 Gigabit Ethernet, ma prima di tutto.

Una posizione molto importante alla base dello standard Ethernet è il formato del frame. Tuttavia, ci sono alcune opzioni per questo. Ecco qui alcuni di loro:

La variante I è la primogenita e già fuori uso.

Ethernet versione 2 o Ethernet frame II, chiamato anche DIX (abbreviazione delle prime lettere degli sviluppatori di DEC, Intel, Xerox) è il più comune e viene utilizzato fino ad oggi. Spesso utilizzato direttamente dal protocollo Internet.

Novell è una modifica interna di IEEE 802.3 senza LLC (Logical Link Control).

Frame IEEE 802.2 LLC.

Frame IEEE 802.2 LLC / SNAP.

Facoltativamente, un frame Ethernet può contenere un tag IEEE 802.1Q per identificare la VLAN a cui è indirizzato e un tag IEEE 802.1p per indicare la priorità.

Alcune schede Ethernet Hewlett-Packard utilizzavano un frame IEEE 802.12 conforme allo standard 100VG-AnyLAN.

Per diversi tipi di frame, ci sono anche diversi formati e valori MTU.

Elementi funzionali della tecnologiaGigabit Ethernet

Si noti che i produttori di schede Ethernet e altri dispositivi includono principalmente il supporto per diversi standard di velocità di trasmissione precedenti nei loro prodotti. Per impostazione predefinita, utilizzando il rilevamento automatico della velocità e il duplex, i driver della scheda determinano autonomamente la modalità di funzionamento ottimale della connessione tra i due dispositivi, ma di solito c'è anche una scelta manuale. Quindi, acquistando un dispositivo con una porta Ethernet 10/100/1000, abbiamo l'opportunità di lavorare con le tecnologie 10BASE-T, 100BASE-TX e 1000BASE-T.

Ecco la cronologia delle modifiche Ethernetdividendoli per velocità di trasmissione.

Prime soluzioni:

Xerox Ethernet - tecnologia originale, velocità 3 Mbps, esisteva in due versioni Versione 1 e Versione 2, formato frame ultima versione è ancora ampiamente utilizzato.

10BROAD36 - non diffuso. Uno dei primi standard per consentire il lavoro a lunga distanza. Tecnologia di modulazione a banda larga utilizzata simile a quella utilizzata nei modem via cavo. Il cavo coassiale è stato utilizzato come mezzo di trasmissione dati.

1BASE5, noto anche come StarLAN, è stata la prima tecnologia Ethernet a doppino intrecciato. Ha funzionato a una velocità di 1 Mbit / s, ma non ha trovato uso commerciale.

Più comuni e ottimizzati per le loro modifiche temporali di 10 Mbit / s Ethernet:

10BASE5, IEEE 802.3 (chiamato anche "Thick Ethernet") era lo sviluppo originale di una tecnologia a 10 Mbps. L'IEEE utilizza un cavo coassiale da 50 ohm (RG-8) con una lunghezza massima del segmento di 500 metri.

10BASE2, IEEE 802.3a (chiamato "Thin Ethernet") - utilizza un cavo RG-58, con una lunghezza massima del segmento di 200 metri. Per collegare i computer tra loro e collegare il cavo alla scheda di rete, è necessario un connettore a T e il cavo deve avere un connettore BNC. I terminatori sono richiesti a ciascuna estremità. Per molti anni questo standard è stato lo standard principale per la tecnologia Ethernet.

StarLAN 10 - Il primo sviluppo che utilizza un cavo a doppino intrecciato per la trasmissione di dati a 10 Mbps. Successivamente, si è evoluto nello standard 10BASE-T.

Per la trasmissione dei dati vengono utilizzati 10BASE-T, IEEE 802.3i - 4 cavi a doppino intrecciato (due doppini) di categoria 3 o 5. La lunghezza massima del segmento è di 100 metri.

FOIRL - (acronimo di Fiber-Optic Inter-Repeater Link). Standard di base per la tecnologia Ethernet che utilizza un cavo ottico per la trasmissione dei dati. La distanza massima di trasmissione dati senza ripetitore è di 1 km.

10BASE-F, IEEE 802.3j - Il termine principale per la famiglia 10 Mbit / s di standard Eethernet che utilizzano cavi in \u200b\u200bfibra ottica fino a 2 chilometri di distanza: 10BASE-FL, 10BASE-FB e 10BASE-FP. Di quanto sopra, solo 10BASE-FL è ampiamente utilizzato.

10BASE-FL (Fiber Link) - Una versione migliorata dello standard FOIRL. Il miglioramento ha riguardato un aumento della lunghezza del segmento a 2 km.

10BASE-FB (Fiber Backbone) - Ora uno standard inutilizzato destinato alla combinazione di ripetitori in un backbone.

• 10BASE-FP (Fiber Passive) - Topologia a stella passiva che non richiede ripetitori - sviluppata ma mai implementata.

La scelta più comune ed economica al momento della scrittura di Fast Ethernet (100 Mbps) ( Internet veloce):

100BASE-T - Il termine principale per uno dei tre standard di 100 Mbit / s Ethernet, utilizzando doppino intrecciato come mezzo di trasmissione dati. Lunghezza segmento fino a 100 metri. Include 100BASE-TX, 100BASE-T4 e 100BASE-T2.

100BASE-TX, IEEE 802.3u - Sviluppo della tecnologia 10BASE-T, viene utilizzata una topologia a stella, viene utilizzato un cavo a doppino intrecciato di categoria 5, in cui vengono effettivamente utilizzate 2 coppie di conduttori, la velocità di trasferimento dati massima è di 100 Mbps.

100BASE-T4 - Ethernet a 100 Mbps su cavo di categoria 3. Vengono utilizzate tutte e 4 le coppie. Ora non è praticamente utilizzato. La trasmissione dei dati è in modalità half duplex.

100BASE-T2 - Non utilizzato. 100 Mbps Ethernet su cavo di categoria 3. Vengono utilizzate solo 2 coppie. È supportata la modalità di trasmissione full duplex, quando i segnali si propagano in direzioni opposte su ciascuna coppia. La velocità di trasmissione in una direzione è di 50 Mbit / s.

100BASE-FX - 100 Mbps Ethernet su cavo in fibra ottica. La lunghezza massima del segmento è di 400 metri in modalità half duplex (per il rilevamento delle collisioni garantito) o 2 chilometri in modalità full duplex su fibra ottica multimodale.

100BASE-LX - 100 Mbps Ethernet su cavo in fibra ottica. La lunghezza massima del segmento è di 15 chilometri in modalità full duplex su una coppia di fibre ottiche monomodali a una lunghezza d'onda di 1310 nm.

100BASE-LX WDM - 100 Mbps Ethernet su cavo in fibra ottica. La lunghezza massima del segmento è di 15 chilometri in modalità full duplex su una fibra ottica monomodale a una lunghezza d'onda di 1310 nm e 1550 nm. Le interfacce sono di due tipi, differiscono per la lunghezza d'onda del trasmettitore e sono contrassegnate da numeri (lunghezza d'onda) o da una lettera latina A (1310) o B (1550). In coppia possono funzionare solo interfacce accoppiate, da un lato un trasmettitore a 1310 nm e dall'altro a 1550 nm.

Gigabit Ethernet

1000BASE-T, IEEE 802.3ab - Standard Ethernet da 1 Gbps. Viene utilizzato un doppino intrecciato di categoria 5e o di categoria 6. Tutti e 4 i doppini sono coinvolti nella trasmissione dei dati. Velocità di trasferimento dati: 250 Mbps su una coppia.

1000BASE-TX, - Standard Ethernet da 1 Gbps che utilizza solo doppino intrecciato di categoria 6. Le coppie di trasmissione e ricezione sono fisicamente separate da due coppie in ciascuna direzione, il che semplifica notevolmente la progettazione dei dispositivi ricetrasmettitori. Velocità di trasferimento dati: 500 Mbps su una coppia. Praticamente non utilizzato.

1000Base-X è un termine generico per la tecnologia Gigabit Ethernet con ricetrasmettitori GBIC o SFP collegabili.

La tecnologia Ethernet 1000BASE-SX, IEEE 802.3z - 1 Gbps utilizza laser con una lunghezza di radiazione consentita compresa nell'intervallo 770-860 nm, potenza di radiazione del trasmettitore nell'intervallo da -10 a 0 dBm con rapporto ON / OFF (segnale / nessun segnale) non inferiore a 9 dB. Sensibilità del ricevitore 17 dBm, saturazione del ricevitore 0 dBm. Utilizzando la fibra multimodale, il raggio di trasmissione del segnale senza ripetitore è fino a 550 metri.

La tecnologia Ethernet 1000BASE-LX, IEEE 802.3z - 1 Gbps utilizza laser con una lunghezza di radiazione consentita compresa tra 1270 e 1355 nm, potenza di radiazione del trasmettitore compresa tra 13,5 e 3 dBm, con un rapporto ON / OFF (c'è un segnale / nessun segnale) non inferiore a 9 dB. Sensibilità del ricevitore 19 dBm, saturazione del ricevitore 3 dBm. Quando si utilizza la fibra multimodale, il raggio di trasmissione del segnale senza un ripetitore è fino a 550 metri. Ottimizzato per lunghe distanze utilizzando fibra monomodale (fino a 40 km).

1000BASE-CX - Tecnologia Gigabit Ethernet per brevi distanze (fino a 25 metri), utilizza uno speciale cavo in rame (Shielded Twisted Pair (STP)) con impedenza caratteristica di 150 ohm. Sostituito dallo standard 1000BASE-T e non viene utilizzato ora.

1000BASE-LH (Long Haul) - Tecnologia Ethernet da 1 Gbps, utilizza un cavo ottico monomodale, raggio di trasmissione del segnale senza ripetitore fino a 100 chilometri.

Standard	Tipo di cavo	Larghezza di banda (non peggiore), MHz * Km	Max. distanza, m *
1000BASE-LX (diodo laser 1300nm)	Fibra monomodale (9 μm)
	Fibra multimodale (50 μm)
	Fibra multimodale (62,5 μm)
1000BASE-SX (diodo laser 850nm)	Fibra multimodale (50 μm)
	Fibra multimodale (62,5 μm)
	Fibra multimodale (62,5 μm)
	STP a doppino intrecciato schermato (150 OM)
* Gli standard 1000BASE-SX e 1000BASE-LX presuppongono la modalità full duplex ** Le apparecchiature di alcuni produttori possono fornire una distanza maggiore, i segmenti ottici senza ripetitori / amplificatori intermedi possono raggiungere i 100 km.

Specifiche per gli standard 1000Base-X

10 Gigabit Ethernet

Ancora piuttosto costoso, ma piuttosto popolare, il nuovo standard 10 Gigabit Ethernet include sette standard di supporti fisici per LAN, MAN e WAN. Attualmente è coperto dall'emendamento IEEE 802.3a e dovrebbe essere incluso nella prossima revisione dello standard IEEE 802.3.

10GBASE-CX4 - Tecnologia 10 Gigabit Ethernet per brevi distanze (fino a 15 metri) utilizzando cavo in rame CX4 e connettori InfiniBand.

10GBASE-SR - Tecnologia 10 Gigabit Ethernet per brevi distanze (fino a 26 o 82 metri, a seconda del tipo di cavo) utilizzando fibra multimodale. Supporta anche distanze fino a 300 metri utilizzando la nuova fibra multimodale (2000 MHz / km).

10GBASE-LX4 - Utilizza il multiplexing a divisione di lunghezza d'onda per supportare distanze da 240 a 300 metri su fibra multimodale. Supporta anche distanze fino a 10 chilometri quando si utilizza la fibra monomodale.

10GBASE-LR e 10GBASE-ER: questi standard supportano distanze fino a 10 e 40 chilometri, rispettivamente.

10GBASE-SW, 10GBASE-LW e 10GBASE-EW - Questi standard utilizzano un'interfaccia fisica che è velocità e formato compatibile con l'interfaccia OC-192 / STM-64 SONET / SDH. Sono simili rispettivamente agli standard 10GBASE-SR, 10GBASE-LR e 10GBASE-ER, poiché utilizzano gli stessi tipi di cavi e distanze di trasmissione.

10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006 - adottato nel giugno 2006 dopo 4 anni di sviluppo. Utilizza un cavo a doppino intrecciato schermato. Distanze - fino a 100 metri.

E infine, cosa ne sappiamo 100 Gigabit Ethernet (100-GE), ancora una tecnologia piuttosto rozza, ma abbastanza popolare.

Nell'aprile 2007, dopo una riunione del comitato IEEE 802.3 a Ottawa, l'Higher Speed \u200b\u200bStudy Group (HSSG) ha espresso un parere sugli approcci tecnici nella formazione dei canali 100-GE ottici e in rame. In questo momento, il gruppo di lavoro 802.3ba è stato finalmente formato per sviluppare la specifica 100-GE.

Come negli sviluppi precedenti, lo standard 100-GE terrà conto non solo della fattibilità economica e tecnica della sua implementazione, ma anche della loro compatibilità con i sistemi esistenti. In questo momento, la necessità di tali velocità è indiscutibilmente dimostrata dalle aziende leader. Volumi in costante crescita di contenuti personalizzati, anche durante la distribuzione di video da portali come YouTube e altre risorse che utilizzano tecnologie IPTV e HDTV. Dovremmo anche menzionare il video su richiesta. Tutto ciò determina la necessità di operatori e fornitori di servizi 100 Gigabit Ethernet.

Ma sullo sfondo di un'ampia selezione di vecchi e promettenti nuovi approcci tecnologici all'interno del gruppo Ethernet, vogliamo soffermarci più in dettaglio sulla tecnologia, che oggi sta acquisendo un uso di massa a tutti gli effetti solo a causa della diminuzione del costo dei suoi componenti. Gigabit Ethernet può supportare completamente il funzionamento di applicazioni quali streaming video, videoconferenze, trasmissione di immagini complesse che impongono requisiti di larghezza di banda maggiori. I vantaggi di velocità di trasmissione più elevate nelle reti aziendali e domestiche stanno diventando sempre più indiscutibili, poiché i prezzi per questa classe di apparecchiature diminuiscono.

Ora lo standard IEEE ha ricevuto la massima popolarità. Adottato nel giugno 1998, è stato approvato come IEEE 802.3z. Ma all'inizio, solo un cavo ottico è stato utilizzato come mezzo di trasmissione. Con l'approvazione nell'anno successivo dell'aggiunta dello standard 802.3ab, il mezzo di trasmissione è diventato doppino intrecciato non schermato della quinta categoria.

Gigabit Ethernet è un discendente diretto di Ethernet e Fast Ethernet, che si sono dimostrati validi in quasi vent'anni di storia, mantenendo la loro affidabilità e a prova di futuro. Insieme alla prevista retrocompatibilità con soluzioni precedenti (la struttura del cavo rimane invariata), fornisce dati teorici portata a 1000 Mbps, che è approssimativamente uguale a 120 Mb al secondo. Va notato che tali capacità sono praticamente uguali alla velocità di un bus PCI a 32 bit e 33 MHz. Ecco perché gli adattatori gigabit sono disponibili sia per PCI a 32 bit (33 e 66 MHz) che per bus a 64 bit. Insieme a questo aumento di velocità, Gigabit Ethernet ha ereditato tutte le precedenti funzionalità Ethernet come il formato frame, la tecnologia CSMA / CD (Transmission Sensitive Collision Detection Multiple Access), full duplex, ecc. Sebbene le alte velocità abbiano introdotto le proprie innovazioni, è proprio nell'eredità dei vecchi standard che risiede l'enorme vantaggio e la popolarità di Gigabit Ethernet. Certo, ora vengono proposte altre soluzioni, come ATM e Fibre Channel, ma qui il principale vantaggio per l'utente finale viene subito perso. Il passaggio a una tecnologia diversa porta a una massiccia riprogettazione e riattrezzamento delle reti aziendali, mentre Gigabit Ethernet consentirà un aumento graduale della velocità e non modificherà il cablaggio. Questo approccio ha consentito alla tecnologia Ethernet di assumere un posto dominante nel campo delle tecnologie di rete e di conquistare oltre l'80% del mercato mondiale della trasmissione delle informazioni.

Costruisci la struttura reti Ethernet con transizioni fluide a velocità di trasmissione dati più elevate.

Inizialmente, tutti gli standard Ethernet sono stati sviluppati utilizzando solo un cavo ottico come mezzo di trasmissione, quindi Gigabit Ethernet ha ricevuto un'interfaccia 1000BASE-X. Si basa sul livello fisico Fibre Channel (una tecnologia per l'interworking di workstation, dispositivi di archiviazione e nodi edge). Poiché questa tecnologia era già stata approvata in precedenza, questo prestito ha ridotto notevolmente i tempi di sviluppo per lo standard Gigabit Ethernet. 1000BASE-X

Noi, come un uomo comune, eravamo più interessati a 1000Base-CX in considerazione del suo funzionamento su doppino schermato (STP "twinax") per brevi distanze e 1000BASE-T per doppino non schermato di categoria 5. La principale differenza tra 1000BASE-T e Fast Ethernet 100BASE- TX è diventato che sono state utilizzate tutte e quattro le coppie (in 100BASE-TX sono state utilizzate solo due). Allo stesso tempo, ogni coppia può trasmettere dati a una velocità di 250 Mbps. Lo standard fornisce la trasmissione full duplex, con il flusso su ciascuna coppia fornito in due direzioni simultaneamente. A causa delle forti interferenze durante tale trasmissione, era tecnicamente molto più difficile implementare la trasmissione gigabit su doppino intrecciato rispetto a 100BASE-TX, che richiedeva lo sviluppo di una speciale trasmissione criptata immune al rumore, nonché un'unità intelligente di riconoscimento e ripristino del segnale alla ricezione. Come metodo di codifica nello standard 1000BASE-T, è stata utilizzata la codifica di ampiezza dell'impulso a 5 livelli PAM-5.

Anche i criteri per la scelta di un cavo sono diventati più rigorosi. Per ridurre il pickup, la trasmissione unidirezionale, la perdita di ritorno, il ritardo e lo sfasamento, è stata adottata la Categoria 5e per doppini intrecciati non schermati.

Il cavo di crimpatura per 1000BASE-T viene eseguito secondo uno dei seguenti schemi:

Cavo diritto.

Cavo crossover.

Schemi di crimpatura per cavo 1000BASE-T

Le innovazioni hanno influenzato anche il livello dello standard MAC 1000BASE-T. Nelle reti Ethernet, la distanza massima tra le stazioni (dominio di collisione) è determinata in base alla dimensione minima del frame (nello standard Ethernet IEEE 802.3 era di 64 byte). La lunghezza massima del segmento deve essere tale che la stazione trasmittente possa rilevare una collisione prima della fine della trasmissione del frame (il segnale deve avere il tempo di passare all'altra estremità del segmento e tornare indietro). Di conseguenza, con un aumento della velocità di trasmissione, è necessario o aumentare la dimensione del frame, aumentando così il tempo minimo per la trasmissione di un frame, oppure diminuire il diametro del dominio di collisione.

Passando a Fast Ethernet, hanno utilizzato la seconda opzione e ridotto il diametro del segmento. In Gigabit Ethernet, questo non era accettabile. Infatti, in questo caso, lo standard che ha ereditato tali componenti di Fast Ethernet come la dimensione minima del frame, CSMA / CD e lo slot di tempo per il rilevamento delle collisioni sarà in grado di funzionare in domini di collisione con un diametro non superiore a 20 metri. Pertanto, è stato proposto di aumentare il tempo di trasmissione del frame minimo. Considerando che per compatibilità con Ethernet precedente, la dimensione minima del frame è stata lasciata la stessa - 64 byte, e un ulteriore campo di estensione del vettore è stato aggiunto al frame, che completa il frame a 512 byte, ma il campo non viene aggiunto nel caso in cui la dimensione del frame è maggiore di 512 byte. Pertanto, la dimensione minima del frame risultante è 512 byte, il tempo per il rilevamento delle collisioni è aumentato e il diametro del segmento è aumentato fino agli stessi 200 metri (nel caso di 1000BASE-T). I simboli nel campo di estensione del vettore non hanno significato semantico, il checksum non viene calcolato per loro. Quando viene ricevuto un frame, questo campo viene scartato anche a livello MAC, quindi i livelli superiori continuano a funzionare con frame minimi di 64 byte.

Ma anche qui c'erano delle insidie. Sebbene l'espansione dei media consentisse la compatibilità con gli standard precedenti, ha sprecato larghezza di banda. La perdita può arrivare fino a 448 byte (512-64) per frame per frame brevi. Pertanto, lo standard 1000BASE-T è stato modernizzato: è stato introdotto il concetto di Packet Bursting (congestione dei pacchetti). Ti consente di utilizzare il campo di espansione in modo molto più efficace. E funziona come segue: se l'adattatore o lo switch ha diversi piccoli frame da inviare, il primo di essi viene inviato in modo standard, con l'aggiunta di un campo di estensione fino a 512 byte. E tutti quelli successivi vengono inviati nella loro forma originale (senza il campo di estensione), con un intervallo minimo di 96 bit tra di loro. E, cosa più importante, questo divario tra i frame è pieno di simboli di diffusione dei media. Ciò accade finché la dimensione totale dei frame inviati non raggiunge il limite di 1518 byte. Pertanto, il supporto non diventa silenzioso durante la trasmissione di piccoli frame, quindi una collisione può verificarsi solo nella prima fase, quando si trasmette il primo piccolo frame corretto con un campo di espansione della portante (512 byte di dimensione). Questo meccanismo può aumentare significativamente le prestazioni della rete, specialmente sotto carichi pesanti, riducendo la probabilità di collisioni.

Ma non è stato abbastanza. Inizialmente, Gigabit Ethernet supportava solo le dimensioni dei frame Ethernet standard, da un minimo di 64 (riempito a 512) a un massimo di 1518 byte. Di questi, 18 byte sono occupati dall'intestazione del servizio standard e per i dati ci sono rispettivamente da 46 a 1500 byte. Ma anche un pacchetto di dati da 1500 byte è troppo piccolo nel caso di una rete gigabit. Soprattutto per i server che trasferiscono grandi quantità di dati. Contiamo un po '. Per trasferire un file da 1 gigabyte su una rete Fast Ethernet non caricata, il server elabora 8200 pacchetti / sec e impiega almeno 11 secondi per questo. In questo caso, il computer da 200 MIPS impiegherà circa il 10% del tempo a gestire da solo gli interrupt. Dopo tutto, il processore centrale deve elaborare (calcolare il checksum, trasferire i dati in memoria) ogni pacchetto che arriva.

Velocità	10 Mbps		100 Mbps		1000 Mbps
Dimensione della cornice
Fotogrammi / sec
Velocità di trasferimento dati, Mbps
Intervallo tra i frame, μs

Caratteristiche di trasmissione Ethernet.

Nelle reti gigabit, la situazione è anche peggiore: il carico sul processore aumenta di circa un ordine di grandezza a causa della riduzione dell'intervallo di tempo tra i frame e, di conseguenza, delle richieste di interrupt al processore. La tabella 1 mostra che anche nelle migliori condizioni (utilizzando frame della dimensione massima), i frame sono distanziati l'uno dall'altro di un intervallo di tempo non superiore a 12 μs. In caso di utilizzo di frame più piccoli, questo intervallo di tempo si riduce solo. Pertanto, nelle reti gigabit, stranamente, era la fase di elaborazione dei frame da parte del processore a diventare il collo di bottiglia. Pertanto, agli albori di Gigabit Ethernet, le velocità di trasferimento effettive erano lontane dal massimo teorico: i processori semplicemente non potevano far fronte al carico.

L'ovvia via d'uscita da questa situazione è la seguente:

aumentare l'intervallo di tempo tra i frame;

spostare parte del carico di frame di elaborazione dal processore centrale a se stesso scheda di rete.

Entrambi i metodi sono attualmente implementati. Nel 1999 è stato proposto di aumentare la dimensione del pacchetto. Tali pacchetti erano chiamati Jumbo Frame e la loro dimensione poteva essere compresa tra 1518 e 9018 byte (attualmente, le apparecchiature di alcuni produttori supportano anche grandi dimensioni di giga frame). Jumbo Frames ha permesso di ridurre il carico sul processore centrale fino a 6 volte (proporzionalmente alle sue dimensioni) e, quindi, aumentare significativamente le prestazioni. Ad esempio, il frame jumbo massimo di 9018 byte, oltre all'intestazione di 18 byte, contiene 9000 byte per i dati, che corrispondono a sei frame Ethernet massimi standard. Il guadagno in termini di prestazioni si ottiene non grazie all'eliminazione di diverse intestazioni in testa (il traffico dalla loro trasmissione non supera il diversi percento della larghezza di banda totale), ma a causa della riduzione del tempo impiegato per l'elaborazione di tale frame. Più precisamente, il tempo per elaborare un frame rimane lo stesso, ma invece di diversi piccoli frame, ognuno dei quali richiederebbe N cicli del processore e un interrupt, elaboriamo solo un frame più grande.

Il mondo in rapida evoluzione della velocità di elaborazione delle informazioni fornisce soluzioni più rapide ed economiche per l'uso di hardware speciale per alleviare parte del carico di elaborazione del traffico dal processore centrale. La tecnologia di buffering viene utilizzata anche per interrompere il processore per elaborare più frame contemporaneamente. In questo momento, la tecnologia Gigabit Ethernet sta diventando sempre più disponibile per l'uso domestico, il che interesserà direttamente l'utente comune. Di Più accesso veloce a casa le risorse forniranno una visualizzazione di alta qualità di video ad alta risoluzione, impiegheranno meno tempo per ridistribuire le informazioni e, infine, consentiranno la codifica live dei flussi video alle unità di rete.

Durante la preparazione dell'articolo, sono stati utilizzati materiali di risorsehttp://www.ixbt.com/ ehttp://www.wikipedia.org/.

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Non avevo fretta di tradurre il mio rete di casa da 100 Mbps a 1 Gbps, il che è piuttosto strano per me, poiché sto trasferendo un gran numero di file sulla rete. Tuttavia, quando spendo soldi per aggiornare il mio computer o la mia infrastruttura, credo che dovrei immediatamente vedere un aumento delle prestazioni nelle applicazioni e nei giochi che eseguo. Molti utenti amano divertirsi con una nuova scheda video, un processore centrale e qualche tipo di gadget. Tuttavia, per qualche motivo, le apparecchiature di rete non attirano tale entusiasmo. In effetti, è difficile investire i soldi guadagnati nell'infrastruttura di rete invece di un altro regalo di compleanno tecnologico.

Tuttavia, i miei requisiti di larghezza di banda sono molto alti e ad un certo punto mi sono reso conto che l'infrastruttura per 100 Mbit / s non è più sufficiente. Tutti i miei computer di casa hanno già adattatori integrati da 1 Gbps (su schede madriah), così ho deciso di prendere il listino prezzi dell'azienda di computer più vicina e vedere di cosa ho bisogno per trasferire l'intera infrastruttura di rete a 1 Gbps.

No, una rete gigabit domestica non è affatto complicata.

Ho acquistato e installato tutto l'hardware. Ricordo che ci voleva circa un minuto e mezzo per copiare un file di grandi dimensioni su una rete a 100 Mbps. Dopo l'aggiornamento a 1 Gbps, lo stesso file è stato copiato in 40 secondi. I miglioramenti delle prestazioni sono stati buoni, ma non ho ancora ottenuto la superiorità dieci volte superiore che ci si aspetterebbe dal confronto tra la larghezza di banda di 100 Mbps e 1 Gbps delle vecchie e nuove reti.

Qual è la ragione?

Per una rete gigabit, tutte le sue parti devono supportare 1 Gbps. Ad esempio, se sono installate schede di rete gigabit e cavi corrispondenti, ma l'hub / switch supporta solo 100 Mbps, l'intera rete funzionerà a 100 Mbps.

Il primo requisito è un controller di rete. È meglio se ogni computer della rete è dotato di una scheda di rete gigabit (separata o integrata sulla scheda madre). Questo requisito è il più facile da soddisfare, poiché la maggior parte dei produttori di schede madri ne ha un paio anni recenti integrare controller di rete gigabit.

Il secondo requisito è che la scheda di rete deve supportare anche 1 Gbps. C'è un malinteso comune secondo cui le reti gigabit richiedono un cavo di categoria 5e, ma in realtà anche il cavo Cat 5 più vecchio supporta 1 Gbps. Tuttavia, i cavi Cat 5e hanno prestazioni migliori, quindi saranno di più soluzione ottimale per reti gigabit, soprattutto se i cavi hanno una lunghezza decente. Tuttavia, i cavi Cat 5e sono ancora i più economici oggi perché il vecchio standard Cat 5 è obsoleto. I cavi Cat 6 più recenti e più costosi offrono prestazioni ancora migliori per le reti gigabit. Più avanti in questo articolo confronteremo le prestazioni dei cavi Cat 5e e Cat 6.

Il terzo e probabilmente il più costoso componente in una rete gigabit è un hub / switch da 1 Gbps. Ovviamente, è meglio usare uno switch (possibilmente abbinato a un router), poiché un hub o hub non è il dispositivo più intelligente, trasmette semplicemente tutti i dati di rete su tutte le porte disponibili, il che porta a un gran numero di collisioni e rallenta le prestazioni della rete. Se stai cercando prestazioni elevate, uno switch gigabit è indispensabile perché reindirizza solo i dati di rete alla porta corretta, aumentando efficacemente la velocità della tua rete rispetto a un hub. Un router di solito contiene uno switch integrato (con più porte LAN) e consente anche di connettere la rete domestica a Internet. La maggior parte degli utenti domestici comprende i vantaggi di un router, quindi un router gigabit è un'opzione interessante.

Quanto dovrebbero essere veloci i gigabit? Se senti il \u200b\u200bprefisso "giga", probabilmente intendi 1000 megabyte, mentre una rete gigabit dovrebbe fornire 1000 megabyte al secondo. Se la pensi così, allora non sei solo. Ma, ahimè, in realtà tutto è diverso.

Cos'è il gigabit? Questo è 1000 megabit, non 1000 megabyte. Ci sono 8 bit in un byte, quindi contiamo: 1.000.000.000 di bit divisi per 8 bit \u003d 125.000.000 di byte. Ci sono circa un milione di byte in un megabyte, quindi una rete gigabit dovrebbe fornire una velocità di trasferimento dati massima teorica di circa 125 MB / s.

Certo, 125 MB / s non sembrano impressionanti come i gigabit, ma pensaci: una rete a questa velocità dovrebbe teoricamente trasferire un gigabyte di dati in soli otto secondi. Un archivio di 10 GB dovrebbe essere trasferito in appena un minuto e 20 secondi. La velocità è incredibile: basta ricordare quanto tempo ci è voluto per trasferire un gigabyte di dati prima che le chiavette USB fossero veloci come lo sono oggi.

Le aspettative erano serie, quindi abbiamo deciso di trasferire il file su una rete gigabit e goderci la velocità prossima a 125 MB / s. Non abbiamo alcun hardware meraviglioso specializzato: una semplice rete domestica con una tecnologia vecchia ma decente.

La copia di un file da 4,3 GB da un computer di casa a un altro è stata eseguita a una velocità media di 35,8 MB / s (abbiamo eseguito il test cinque volte). Questo è solo il 30% del tetto teorico per una rete gigabit di 125 MB / s.

Quali sono le cause del problema?

È abbastanza facile selezionare i componenti per l'installazione di una rete gigabit, ma far funzionare la rete alla massima velocità è molto più difficile. I fattori che possono portare al rallentamento della rete sono numerosi, ma come abbiamo scoperto, dipende da quanto velocemente dischi rigidi in grado di trasmettere dati al controller di rete.

La prima limitazione da considerare è l'interfaccia del controller LAN gigabit con il sistema. Se il controller è collegato tramite il vecchio bus PCI, la quantità di dati che può teoricamente trasferire è 133 MB / s. Per una larghezza di banda Gigabit Ethernet di 125 MB / s, sembra sufficiente, ma ricorda che la larghezza di banda PCI è condivisa in tutto il sistema. Ogni carta aggiuntiva PCI e molti componenti di sistema utilizzeranno la stessa larghezza di banda, riducendo le risorse disponibili per la scheda di rete. Controller con una nuova interfaccia PCI Express (PCIe) non esiste questo problema, poiché ciascuna corsia PCIe fornisce almeno 250 MB / s di larghezza di banda ed è esclusiva per il dispositivo.

Il prossimo fattore importante che influenza la velocità della rete sono i cavi. Molti esperti sottolineano che le basse velocità sono garantite se i cavi di rete sono installati vicino a cavi di alimentazione che sono fonti di interferenza. Anche le lunghezze dei cavi sono problematiche poiché i cavi in \u200b\u200brame Cat 5e sono certificati per una lunghezza massima di 100 metri.

Alcuni esperti consigliano di utilizzare i nuovi cavi Cat 6 invece di Cat 5e. Spesso è difficile giustificare tali raccomandazioni, ma proveremo a testare l'impatto della categoria dei cavi su una piccola rete domestica gigabit.

Non dimentichiamoci del sistema operativo. Ovviamente questo sistema viene utilizzato raramente in un ambiente gigabit, ma va notato che Windows 98 SE (e sistemi operativi precedenti) non sarà in grado di sfruttare Gigabit Ethernet, poiché lo stack TCP / IP di questo sistema operativo è a malapena in grado di caricare una connessione a 100 Mbps. completamente. Windows 2000 e versioni successive versioni di Windows funzionerà, anche se i sistemi operativi più vecchi dovranno apportare alcune modifiche per ottenere il massimo dalla rete. Useremo Windows Vista a 32 bit per i nostri test e, sebbene la reputazione di Vista non sia la migliore per alcune attività, ha supportato il networking gigabit sin dall'inizio.

Ora passiamo ai dischi rigidi. Anche la vecchia interfaccia IDE ATA / 133 dovrebbe essere sufficiente a supportare una velocità di trasferimento file teorica di 133 MB / s, mentre la specifica SATA più recente si adatta al conto in quanto fornisce almeno 1,5 Gbit / s (150 MB /a partire dal). Tuttavia, mentre cavi e controller possono gestire i trasferimenti di dati a quella velocità, i dischi rigidi stessi non possono.

Prendiamo, ad esempio, un tipico disco rigido moderno da 500 GB che dovrebbe fornire un throughput costante di circa 65 MB / s. All'inizio delle piastre (corsie esterne), la velocità può essere maggiore, ma con il passaggio alle corsie interne, la produttività diminuisce. I dati sulle tracce interne vengono letti più lentamente, a una velocità di circa 45 MB / s.

Ci è sembrato di aver considerato tutti i possibili colli di bottiglia. Cosa restava da fare? Abbiamo dovuto fare alcuni test e vedere se potevamo portare le nostre prestazioni di rete fino al limite teorico di 125 MB / s.

Configurazione di prova

Sistemi di test	Sistema server	Sistema client
processore	Intel Core 2 Duo E6750 (Conroe), 2,66 GHz, FSB-1333, 4 MB di cache	Intel Core 2 Quad Q6600 (Kentsfield), 2,7 GHz, FSB-1200, 8 MB di cache
Scheda madre	ASUS P5K, Intel P35, BIOS 0902	MSI P7N SLI Platinum, Nvidia nForce 750i, BIOS A2
Netto	Controller LAN Gigabit Abit integrato	Controller Gigabit Ethernet nForce 750i integrato
Memoria	Wintec Ampo PC2-6400, 2x 2048 MB, DDR2-667, CL 5-5-5-15 a 1,8 V	A-Data EXTREME DDR2 800+, 2x 2048 MB, DDR2-800, CL 5-5-5-18 1,8 V
Schede video	ASUS GeForce GTS 250 Dark Knight, GDDR3-2200 da 1 GB, GPU 738 MHz, unità shader 1836 MHz	MSI GTX260 Lightning, 1792 MB GDDR3-1998, GPU 590 MHz, unità shader 1296 MHz
Disco rigido 1	Seagate Barracuda ST3320620AS, 320 GB, 7200 RPM, 16 MB di cache, SATA 300
Disco rigido 2	2x Hitachi Deskstar 0A-38016 in RAID 1, 7200 rpm, 16 MB di cache, SATA 300	Digitale occidentale Caviar WD50 00AAJS-00YFA, 500 GB, 7200 rpm, 8 MB di cache, SATA 300
Alimentazione elettrica	Aerocool Zerodba 620w, 620W, ATX12V 2.02	Ultra HE1000X, ATX 2.2, 1000W
Switch di rete	D-Link DGS-1008D, switch desktop Gigabit non gestito 10/100/1000 a 8 porte
Software e driver
OS	Microsoft Windows Vista Ultimate a 32 bit 6.0.6001, SP1
Versione DirectX	DirectX 10
Driver grafico	Nvidia GeForce 185.85

Test e impostazioni

Test e impostazioni
Nodesoft Diskbench	Versione: 2.5.0.5, copia file, creazione, lettura e benchmark batch
SiSoftware Sandra 2009 SP3	Versione 2009.4.15.92, CPU Test \u003d CPU Arithmetic / Multimedia, Memory Test \u003d Bandwidth Benchmark

Prima di passare a qualsiasi benchmark, abbiamo deciso di testare i dischi rigidi senza utilizzare la rete per vedere quale larghezza di banda possiamo aspettarci in uno scenario ideale.

Ci sono due PC sulla nostra rete domestica gigabit. Il primo, che chiameremo server, è dotato di due sottosistemi di dischi. Il disco rigido principale è un Seagate Barracuda ST3320620AS da 320 GB di un paio di anni. Il server funge da NAS con un array RAID di due 1 TB dischi fissi Hitachi Deskstar 0A-38016, con mirroring per ridondanza.

Abbiamo chiamato il secondo PC della rete un client, ha due dischi rigidi: entrambi da 500 GB Western Digital Caviar 00AAJS-00YFA di circa sei mesi.

Abbiamo prima testato la velocità del server e dei dischi rigidi del sistema client per vedere quali prestazioni possiamo aspettarci da loro. Abbiamo utilizzato il test del disco rigido in SiSoftware Sandra 2009.

I nostri sogni di raggiungere velocità di trasferimento file gigabit sono stati immediatamente delusi. Entrambi i singoli dischi rigidi hanno raggiunto una velocità di lettura massima di circa 75 MB / s in condizioni ideali. Poiché questo test viene eseguito in condizioni reali e le unità sono piene al 60%, possiamo aspettarci velocità di lettura più vicine all'indice di 65 MB / s, che abbiamo ottenuto da entrambi i dischi rigidi.

Ma diamo un'occhiata alle prestazioni di RAID 1: la cosa migliore di questo array è che un controller RAID hardware può aumentare le prestazioni di lettura recuperando i dati da entrambi i dischi rigidi contemporaneamente, in modo simile a RAID 0; ma questo effetto si ottiene (per quanto ne sappiamo) solo con controller RAID hardware, non con soluzioni RAID software. Nei nostri test, l'array RAID ha fornito prestazioni di lettura molto migliori rispetto a un singolo disco rigido, quindi è molto probabile che otterremo velocità di trasferimento file elevate sulla rete da un array RAID 1. L'array RAID ha fornito un throughput di picco impressionante di 108 MB / s, ma in in realtà, le prestazioni dovrebbero essere vicine all'indice di 88 MB / s, poiché l'array è pieno al 55%.

Quindi dovremmo ottenere circa 88 MB / s su una rete gigabit, giusto? Non è così vicino al limite massimo di 125 MB / s Gigabit, ma le reti molto più veloci da 100 MB / s che hanno un tetto massimo di 12,5 MB / s, quindi 88 MB / s sarebbero una buona idea nella pratica.

Ma non è così semplice. Il fatto che la velocità di lettura dai dischi rigidi sia piuttosto elevata non significa che scriveranno rapidamente le informazioni in condizioni reali. Eseguiamo alcuni test di scrittura su dischi prima di utilizzare la rete. Inizieremo con il nostro server e copieremo un'immagine da 4,3 GB da un array RAID veloce a un disco rigido di sistema da 320 GB e viceversa. Quindi copiamo il file dall'unità D: del client alla sua unità C :.

Come puoi vedere, la copia da un array RAID veloce all'unità C: ha prodotto una velocità media di soli 41 MB / s. E la copia dall'unità C: a un array RAID 1 ha comportato un calo a soli 25 MB / s. Cosa sta succedendo?

Questo è esattamente ciò che accade nella realtà: il disco rigido C: è stato rilasciato poco più di un anno fa, ma è pieno al 60%, probabilmente un po 'frammentato, quindi non batte i record registrati. Ci sono anche altri fattori, vale a dire la velocità di esecuzione del sistema e della memoria in generale. Un array RAID 1 è costituito da hardware relativamente nuovo, ma a causa della ridondanza, le informazioni devono essere scritte su due dischi rigidi contemporaneamente, il che riduce le prestazioni. Sebbene un array RAID 1 possa fornire prestazioni di lettura elevate, le prestazioni di scrittura devono essere sacrificate. Ovviamente, avremmo potuto utilizzare un array RAID 0 con striping, che offre un'elevata velocità di lettura e scrittura, ma se un disco rigido muore, tutte le informazioni saranno danneggiate. Nel complesso, RAID 1 è l'opzione migliore se si valorizzano i dati archiviati sul NAS.

Tuttavia, non tutto è perduto. La nuova unità Digital Caviar da 500 GB è in grado di registrare il nostro file a 70,3 MB / s (una media di cinque esecuzioni di test) e offre anche una velocità massima di 73,2 MB / s.

Detto questo, ci aspettavamo di ottenere una velocità di trasferimento Gigabit massima di 73 MB / s in condizioni reali dall'array NAS RAID 1 all'unità C: del client. Verificheremo anche i trasferimenti di file dal client C: drive al server C: drive per vedere se possiamo realisticamente aspettarci 40 MB / s in quella direzione.

Cominciamo con il primo test, in cui abbiamo inviato un file dall'unità C: del client all'unità C: del server.

Come puoi vedere, i risultati sono in linea con le nostre aspettative. Una rete gigabit, teoricamente capace di 125 MB / s, invia i dati dall'unità C: del client alla massima velocità possibile, probabilmente dell'ordine di 65 MB / s. Ma, come abbiamo mostrato sopra, l'unità C: del server può scrivere solo a circa 40 MB / s.

Ora copiamo il file dall'array RAID ad alta velocità del server all'unità C: computer client.

Tutto è andato come ci aspettavamo. Sappiamo dai nostri test che l'unità C: del computer client è in grado di scrivere dati a una velocità di circa 70 MB / s, e le prestazioni della rete gigabit sono molto vicine a questa velocità.

Sfortunatamente, i nostri risultati non si avvicinano nemmeno alla velocità effettiva massima teorica di 125 MB / s. Possiamo testare la velocità massima della rete? Certamente, ma non in uno scenario realistico. Cercheremo di trasferire le informazioni sulla rete dalla memoria alla memoria per aggirare qualsiasi limitazione di larghezza di banda dei dischi rigidi.

Per fare ciò, creeremo un disco RAM da 1 GB sul server e sui PC client, quindi trasferiremo il file da 1 GB tra questi dischi sulla rete. Poiché anche la memoria DDR2 lenta è in grado di trasferire dati a oltre 3000 MB / s, la larghezza di banda della rete sarà il fattore limitante.

Abbiamo raggiunto una velocità massima della nostra rete gigabit di 111,4 MB / s, che è molto vicina al limite teorico di 125 MB / s. Ottimo risultato, non c'è bisogno di lamentarsene, poiché la larghezza di banda reale non raggiungerà comunque il massimo teorico dovuto alla trasmissione informazioni aggiuntive, errori, ritrasmissioni, ecc.

La conclusione sarà la seguente: oggi le prestazioni di trasferimento delle informazioni su una rete gigabit si basano sui dischi rigidi, ovvero la velocità di trasferimento sarà limitata dal disco rigido più lento che partecipa al processo. Dopo aver risposto alla domanda più importante, possiamo passare ai test di velocità a seconda della configurazione del cavo in modo che il nostro articolo sia completo. L'ottimizzazione del cablaggio potrebbe fornire velocità di rete ancora più vicine ai limiti teorici?

Poiché le prestazioni nei nostri test erano vicine al previsto, è improbabile che vedremo alcun miglioramento quando si modifica la configurazione del cavo. Ma volevamo comunque eseguire dei test per avvicinarci al limite di velocità teorico.

Abbiamo eseguito quattro test.

Test 1: predefinito.

In questo test, abbiamo utilizzato due cavi lunghi circa 8 metri, ciascuno collegato a un computer a un'estremità e a uno switch gigabit all'altra. Abbiamo lasciato i cavi dove erano stati posati, cioè accanto ai cavi di alimentazione e alle prese.

Questa volta, abbiamo utilizzato gli stessi cavi da 8 m del primo test, ma abbiamo spostato il cavo di rete il più lontano possibile dai cavi di alimentazione e dalle prolunghe.

In questo test, abbiamo rimosso uno degli 8 cavi e lo abbiamo sostituito con un cavo Cat 5e da 1 metro.

Nell'ultimo test, abbiamo sostituito cavi Cat 5e da 8 m con cavi Cat 6 da 8 m.

In generale, i nostri test diverse configurazioni i cavi non hanno mostrato una differenza seria, ma si possono trarre conclusioni.

Test 2: riduzione del rumore dei cavi di alimentazione.

Su reti più piccole, come la nostra rete domestica, i test mostrano che non devi preoccuparti di far passare i cavi LAN vicino a cavi elettrici, prese e prolunghe. Ovviamente, la ripresa sarà maggiore, ma ciò non avrà un effetto serio sulla velocità della rete. Detto questo, è meglio evitare di passare vicino ai cavi di alimentazione e ricordare che le cose potrebbero essere diverse nella tua rete.

Test 3: riduzione della lunghezza dei cavi.

Questo non è un test completamente corretto, ma abbiamo cercato di individuare la differenza. Va ricordato che la sostituzione di un cavo di otto metri con un cavo di un metro può avere un effetto sul risultato di cavi semplicemente diversi rispetto alle differenze di distanza. In ogni caso, nella maggior parte dei test, non vediamo differenze significative ad eccezione di un aumento anormale del throughput durante la copia dall'unità C: del client a C: del server.

Test 4: sostituzione dei cavi Cat 5e con cavi Cat 6.

Ancora una volta, non abbiamo trovato differenze significative. Poiché i cavi sono lunghi circa 8 metri, cavi più lunghi possono fare una grande differenza. Ma se la tua lunghezza non è massima, i cavi Cat 5e funzioneranno bene su una rete gigabit domestica con una distanza di 16 metri tra due computer.

È interessante notare che la manipolazione dei cavi non ha avuto alcun effetto sul trasferimento dei dati tra i dischi RAM dei computer. È abbastanza ovvio che qualche altro componente sulla rete limitava le prestazioni alla cifra magica di 111 MB / s. Tuttavia, un tale risultato è ancora accettabile.

Le reti Gigabit forniscono velocità Gigabit? A quanto pare, quasi lo danno.

Tuttavia, nel mondo reale, la velocità della rete sarà fortemente limitata dai dischi rigidi. Nello scenario sintetico da memoria a memoria, la nostra rete gigabit ha fornito prestazioni molto vicine al limite teorico di 125 MB / s. Le velocità di rete regolari, tenendo conto delle prestazioni dei dischi rigidi, saranno limitate a un livello compreso tra 20 e 85 MB / s, a seconda dei dischi rigidi utilizzati.

Abbiamo anche testato l'impatto dei cavi di alimentazione, delle lunghezze dei cavi e della migrazione da Cat 5e a Cat 6. Nella nostra piccola rete domestica, nessuno di questi fattori ha influito in modo significativo sulle prestazioni, anche se vorremmo sottolineare che in una rete più grande e complessa con lunghezze maggiori questi fattori possono influenzare molto più fortemente.

In generale, se stai trasferendo un gran numero di file sulla tua rete domestica, ti consigliamo di configurare una rete gigabit. Passare da una rete a 100 Mbps darà un bel miglioramento delle prestazioni, almeno si ottiene un aumento del doppio della velocità di trasferimento dei file.

Gigabit Ethernet sulla rete domestica può darti maggiori vantaggi in termini di prestazioni se leggi i file da un NAS veloce che utilizza un RAID hardware. Sulla nostra rete di prova, abbiamo trasferito un file da 4,3 GB in un solo minuto. Su una connessione a 100 Mbps, lo stesso file è stato copiato per circa sei minuti.

Le reti gigabit stanno diventando più convenienti. Ora non resta che attendere che la velocità dei dischi rigidi raggiunga lo stesso livello. Per ora, consigliamo di creare array in grado di aggirare le restrizioni. moderne tecnologie HDD. Quindi puoi ottenere più prestazioni dalla tua rete gigabit.

Gigabit Ethernet

Ora si parla molto del tempo per passare massicciamente a velocità gigabit quando si collegano gli utenti finali delle reti locali, e ancora una volta viene sollevata la questione della giustificazione e della progressività delle soluzioni "fibra per il posto di lavoro", "fibra per casa", ecc. A questo proposito, questo articolo, che descrive gli standard non solo per il rame, ma principalmente per le interfacce GigE in fibra ottica, sarà abbastanza appropriato e tempestivo.

architettura Gigabit Ethernet

La Figura 1 mostra la struttura dei livelli Gigabit Ethernet. Come Fast Ethernet, Gigabit Ethernet non esiste schema universale codifica del segnale che sarebbe ideale per tutte le interfacce fisiche, quindi, da un lato, per gli standard 1000Base-LX / SX / CX, viene utilizzata la codifica 8B / 10B e, dall'altro, per lo standard 1000Base-T, uno speciale codice di linea estesa TX / T2. La funzione di codifica viene eseguita dal sottolivello di codifica PCS situato sotto l'interfaccia GMII indipendente.

Figura: 1. Struttura a strati dello standard Gigabit Ethernet, interfaccia GII e ricetrasmettitore Gigabit Ethernet

Interfaccia GMII. La Gigabit Media Independent Interface (GMII) fornisce l'interoperabilità tra il livello MAC e il livello fisico. L'interfaccia GMII è un'estensione dell'interfaccia MII e può supportare velocità di 10, 100 e 1000 Mbps. Ha un ricevitore e un trasmettitore a 8 bit separati e può supportare sia la modalità half-duplex che full-duplex. Inoltre, l'interfaccia GMII trasporta un segnale di clock e due segnali di stato della linea - il primo (nello stato ON) indica la presenza di una portante e il secondo (nello stato ON) indica l'assenza di collisioni - e diversi altri canali di segnale. e cibo. Il modulo ricetrasmettitore, che copre il livello fisico e fornisce una delle interfacce dipendenti dal supporto fisico, può connettersi, ad esempio, a uno switch Gigabit Ethernet tramite un'interfaccia GMII.

Sottostrato di codifica fisica PCS. Quando si collegano le interfacce 1000Base-X, il sottolivello PCS utilizza la codifica ridondante a blocchi 8B10B, presa in prestito dallo standard Fibre Channel ANSI X3T11. Analogamente allo standard FDDI considerato, solo sulla base di una tabella di codici più complessa, ogni 8 bit di ingresso destinati alla trasmissione a un nodo remoto vengono convertiti in simboli a 10 bit (gruppi di codici). Inoltre, ci sono caratteri di controllo speciali a 10 bit nel flusso seriale di output. Un esempio di caratteri di controllo sono i caratteri utilizzati per espandere il supporto (riempire un frame Gigabit Ethernet fino alla dimensione minima di 512 byte). Quando si collega l'interfaccia 1000Base-T, il sottolivello PCS implementa una speciale codifica immune al rumore, per garantire la trasmissione su doppino intrecciato UTP Cat.5 a una distanza massima di 100 metri - il codice di linea TX / T2 sviluppato da Level One Communications.

Due segnali di stato della linea - portante presente e nessun segnale di collisione - vengono generati da questo sottolivello.

Sottolivelli PMA e PMD. Il livello fisico di Gigabit Ethernet utilizza più interfacce, incluso il tradizionale cavo a doppino intrecciato di categoria 5, nonché fibra multimodale e monomodale. Il sottolivello PMA converte il flusso di caratteri parallelo dal PCS in un flusso seriale e converte (parallelizza) anche il flusso seriale in entrata dal PMD. Il sottolivello PMD definisce le caratteristiche ottiche / elettriche dei segnali fisici per diversi ambienti. In totale, 4 tipo diverso interfaccia fisica del supporto, che si riflettono nelle specifiche degli standard 802.3z (1000Base-X) e 802.3ab (1000Base-T), (Fig. 2).

Figura: 2. Interfacce fisiche dello standard Gigabit Ethernet

interfaccia 1000Base-X

L'interfaccia 1000Base-X si basa sullo standard del livello fisico Fibre Channel. Fibre Channel è una tecnologia che collega workstation, supercomputer, dispositivi di archiviazione e nodi periferici. Fibre Channel ha un'architettura a 4 livelli. I due livelli inferiori FC-0 (interfacce e media) e FC-1 (codifica / decodifica) sono stati spostati su Gigabit Ethernet. Poiché Fibre Channel è una tecnologia approvata, questa mossa ha notevolmente ridotto i tempi di sviluppo per lo standard Gigabit Ethernet originale.

Il codice blocco 8B / 10B è simile al codice 4B / 5B utilizzato nello standard FDDI. Tuttavia, il codice 4B / 5B è stato rifiutato in Fibre Channel perché il codice non fornisce il bilanciamento CC. Questo squilibrio può potenzialmente portare a un riscaldamento dipendente dai dati dei diodi laser, poiché il trasmettitore può trasmettere più bit "1" (radiazione) di "0" (nessuna radiazione), il che può causare errori aggiuntivi a velocità di trasmissione elevate.

1000Base-X è suddiviso in tre interfacce fisiche, le cui caratteristiche principali sono riportate di seguito:

L'interfaccia 1000Base-SX rileva i laser con una lunghezza di radiazione consentita compresa tra 770 e 860 nm, la potenza di radiazione del trasmettitore compresa tra -10 e 0 dBm, con un rapporto ON / OFF (segnale / nessun segnale) non inferiore a 9 dB. Sensibilità del ricevitore -17 dBm, saturazione del ricevitore 0 dBm;

L'interfaccia 1000Base-LX rileva i laser con una lunghezza di radiazione consentita compresa nell'intervallo 1270-1355 nm, la potenza di radiazione del trasmettitore nell'intervallo da -13,5 a -3 dBm, con un rapporto ON / OFF (c'è un segnale / nessun segnale) di almeno 9 dB. Sensibilità del ricevitore -19 dBm, saturazione del ricevitore -3 dBm;

Doppino intrecciato schermato 1000Base-CX (STP "twinax") su brevi distanze.

Per riferimento, la Tabella 1 mostra le caratteristiche principali dei moduli ricetrasmettitori ottici prodotti da Hewlett Packard per interfacce standard 1000Base-SX (modello HFBR-5305, \u003d 850 nm) e 1000Base-LX (modello HFCT-5305, \u003d 1300 nm).

Tabella 1. Specifiche per ricetrasmettitori ottici Gigabit Ethernet

Le distanze supportate per gli standard 1000Base-X sono mostrate nella Tabella 2.

Tabella 2. Specifiche dei ricetrasmettitori Gigabit Ethernet ottici

Quando si codifica 8B / 10B, il bit rate in linea ottica è 1250 bps. Ciò significa che la larghezza di banda della lunghezza del cavo consentita deve essere maggiore di 625 MHz. Da tavola. 2 mostra che questo criterio è soddisfatto per le righe 2-6. A causa dell'elevata velocità di trasmissione di Gigabit Ethernet, è necessario prestare attenzione durante la costruzione di segmenti lunghi. La fibra monomodale è decisamente preferita. In questo caso, le caratteristiche dei ricetrasmettitori ottici possono essere notevolmente superiori. Ad esempio, NBase produce switch con porte Gigabit Ethernet che forniscono distanze fino a 40 km su fibra monomodale senza ritrasmissione (vengono utilizzati laser DFB a spettro stretto operanti a 1550 nm).

caratteristiche dell'utilizzo della fibra multimodale

Ci sono un numero enorme di file reti aziendali basato su cavo in fibra ottica multimodale, con fibre 62,5 / 125 e 50/125. Pertanto, è naturale che anche nella fase di formazione dello standard Gigabit Ethernet, sia sorto il problema di adattare questa tecnologia per l'uso nei sistemi di cavi multimodali esistenti. Nel corso della ricerca sullo sviluppo delle specifiche 1000Base-SX e 1000Base-LX, è stata rilevata un'anomalia molto interessante relativa all'uso di trasmettitori laser in abbinamento alla fibra multimodale.

La fibra multimodale è stata progettata per essere combinata con diodi emettitori di luce (spettro di emissione 30-50 ns). La radiazione incoerente di tali LED entra nella fibra su tutta l'area del nucleo che trasporta la luce. Di conseguenza, un numero enorme di gruppi di modalità è eccitato nella fibra. Il segnale propagante si presta bene alla descrizione nel linguaggio della dispersione intermodale. L'efficienza dell'utilizzo di tali LED come trasmettitori nello standard Gigabit Ethernet è bassa, a causa dell'elevata frequenza di modulazione: il bit rate nella linea ottica è di 1250 Mbaud e la durata di un impulso è di 0,8 ns. La velocità massima, quando i LED sono ancora utilizzati per la trasmissione del segnale su fibra multimodale, è di 622,08 Mbps (STM-4, tenendo conto della ridondanza del codice 8B / 10B, il bit rate nella linea ottica è di 777,6 Mbaud). Pertanto, Gigabit Ethernet è diventato il primo standard a regolare l'uso di trasmettitori laser ottici in combinazione con fibra multimodale. L'area di ingresso della radiazione laser nella fibra è molto più piccola della dimensione del nucleo di una fibra multimodale. Questo fatto di per sé non porta ancora a un problema. Allo stesso tempo, nel processo tecnologico di produzione di fibre multimodali commerciali standard, sono consentiti alcuni difetti (deviazioni all'interno dell'intervallo consentito) che non sono critici per l'uso tradizionale della fibra. maggior parte concentrato vicino all'asse del nucleo della fibra. Sebbene una tale fibra multimodale sia pienamente conforme ai requisiti dello standard, la luce laser coerente introdotta al centro di tale fibra, passando attraverso regioni di disomogeneità dell'indice di rifrazione, è in grado di scindersi in un piccolo numero di modalità, che poi si propagano lungo la fibra attraverso differenti percorsi ottici ea differenti velocità. Questo fenomeno è noto come ritardo di modo differenziale DMD. Di conseguenza, si verifica uno sfasamento tra le modalità, che porta a interferenze indesiderate sul lato ricevente e ad un aumento significativo del numero di errori (Fig. 3a). Si noti che l'effetto si manifesta solo nella combinazione simultanea di una serie di circostanze: una fibra meno efficace, un trasmettitore laser meno efficace (ovviamente, conforme allo standard) e un input di radiazione meno efficace nella fibra. Dal punto di vista fisico, l'effetto DMD è associato al fatto che l'energia da una sorgente coerente è distribuita all'interno di un piccolo numero di modi, mentre una sorgente incoerente eccita uniformemente un numero enorme di modi. La ricerca mostra che l'effetto è più pronunciato quando si utilizzano laser a lunga lunghezza d'onda (finestra di trasparenza 1300 nm).

Fig. 3. Propagazione della radiazione coerente in una fibra multimodale: a) Manifestazione dell'effetto del ritardo di modo differenziale (DMD) all'accoppiamento assiale della radiazione; b) Accoppiamento fuori asse di radiazione coerente in una fibra multimodale.

Questa anomalia nel peggiore dei casi può portare a una diminuzione della lunghezza massima del segmento in base al FOC multimodale. Poiché lo standard dovrebbe fornire una garanzia di prestazione del 100%, la lunghezza massima del segmento dovrebbe essere regolata tenendo conto della possibile manifestazione dell'effetto DMD.

Interfaccia 1000Base-LX... Al fine di mantenere una distanza maggiore ed evitare l'imprevedibilità del comportamento del collegamento Gigabit Ethernet a causa di anomalie, si propone di iniettare radiazioni nella parte decentrata del nucleo in fibra multimodale. La radiazione dovuta alla divergenza dell'apertura riesce ad essere distribuita uniformemente su tutto il nucleo della fibra, indebolendo notevolmente la manifestazione dell'effetto, sebbene la lunghezza massima del segmento rimanga limitata dopo di essa (Tabella 2). I cavi ottici di transizione monomodali MCP (mode conditioning patch-cords) sono appositamente progettati, in cui uno dei connettori (ovvero quello che si prevede di accoppiare con fibra multimodale) ha un leggero offset dall'asse del nucleo della fibra. Un cavo ottico con un connettore che è Duplex SC con un nucleo sfalsato e l'altro con un normale Duplex SC può essere indicato come MCP Duplex SC - Duplex SC. Ovviamente, un tale cavo non è adatto per l'uso nelle reti tradizionali, ad esempio in Fast Ethernet, a causa della grande perdita di inserzione all'interfaccia con MCP Duplex SC. L'MCP transiente può essere una fibra monomodale e multimodale combinata e contenere internamente un elemento di polarizzazione tra le fibre. Quindi l'estremità monomodale è collegata al trasmettitore laser. Per quanto riguarda il ricevitore, è possibile collegarvi un cavo di connessione multimodale standard. L'uso di cavi MCP di transizione rende possibile alimentare la radiazione in una fibra multimodale attraverso una regione sfalsata di 10-15 micron dall'asse (Fig. 3b). Pertanto, rimane possibile utilizzare le porte dell'interfaccia 1000Base-LX con FOC monomodali, poiché la radiazione verrà iniettata rigorosamente al centro del nucleo della fibra.

Interfaccia 1000Base-SX... Poiché l'interfaccia 1000Base-SX è standardizzata solo per l'uso con fibra multimodale, l'offset dell'area di ingresso della radiazione dall'asse centrale della fibra può essere implementato all'interno del dispositivo stesso, eliminando così la necessità di utilizzare un cavo di adattamento ottico.

interfaccia 1000Base-T

1000Base-T è un'interfaccia Gigabit Ethernet standard per la trasmissione su doppino intrecciato non schermato di categoria 5 e superiore su distanze fino a 100 metri. Per la trasmissione vengono utilizzate tutte e quattro le coppie di cavi in \u200b\u200brame, la velocità di trasmissione per una coppia è di 250 Mbit / s. Si presume che lo standard fornirà la trasmissione full duplex e i dati su ciascuna coppia verranno trasmessi simultaneamente in due direzioni contemporaneamente: dual duplex. 1000Base-T. Tecnicamente, si è rivelato piuttosto difficile implementare la trasmissione duplex a 1 Gbps su doppino twistato UTP cat.5, molto più difficile rispetto allo standard 100Base-TX. Impatto del crosstalk vicino e lontano da tre adiacenti coppie intrecciate per una data coppia in un cavo a quattro coppie è necessario lo sviluppo di una speciale trasmissione codificata immune al rumore e un nodo intelligente per il riconoscimento e il ripristino del segnale alla ricezione. Diversi metodi di codifica sono stati inizialmente considerati come candidati per l'approvazione nello standard 1000Base-T, tra cui: codifica di ampiezza dell'impulso a 5 livelli PAM-5; modulazione di ampiezza in quadratura QAM-25, ecc. Di seguito sono riportate brevi idee di PAM-5, finalmente approvato come standard.

Perché la codifica a 5 livelli. Una comune codifica a 4 livelli elabora i bit in arrivo a coppie. In totale, ci sono 4 diverse combinazioni - 00, 01, 10, 11. Il trasmettitore può impostare il proprio livello di tensione del segnale trasmesso per ogni coppia di bit, che dimezza la frequenza di modulazione del segnale a quattro livelli, 125 MHz invece di 250 MHz, (Fig.4), e quindi frequenza di radiazione. È stato aggiunto un quinto livello per creare la ridondanza del codice. Di conseguenza, diventa possibile la correzione dell'errore di ricezione. Ciò fornisce un rapporto segnale / rumore aggiuntivo di 6 dB.

Fig. 4. Schema di codifica a 4 livelli PAM-4

livello MAC

Il livello MAC Gigabit Ethernet utilizza lo stesso protocollo di trasmissione CSMA / CD dei suoi antenati Ethernet e Fast Ethernet. Le principali restrizioni sulla lunghezza massima di un segmento (o dominio di collisione) sono determinate da questo protocollo.

Lo standard Ethernet IEEE 802.3 ha una dimensione di frame minima di 64 byte. È il valore della dimensione minima del frame che determina la distanza massima consentita tra le stazioni (diametro del dominio di collisione). Il tempo in cui la stazione trasmette un frame di questo tipo - tempo del canale - è 512 BT o 51,2 μs. La lunghezza massima della rete Ethernet è determinata dalla condizione di risoluzione della collisione, ovvero il tempo impiegato dal segnale per raggiungere il nodo remoto e restituire RDT non deve superare 512 BT (escluso il preambolo).

Quando si passa da Ethernet a Fast Ethernet, la velocità di trasmissione aumenta e il tempo di traduzione di un frame da 64 byte viene ridotto di conseguenza: è pari a 512 BT o 5,12 μs (in Fast Ethernet 1 BT \u003d 0,01 μs). Per poter rilevare tutte le collisioni fino alla fine della trasmissione del frame, come prima, deve essere soddisfatta una delle condizioni:

Fast Ethernet ha mantenuto le stesse dimensioni di frame minime di Ethernet. Ciò ha mantenuto la compatibilità, ma ha comportato una significativa riduzione del diametro del dominio di collisione.

Anche in questo caso, in virtù della sua continuità, lo standard Gigabit Ethernet deve supportare le stesse dimensioni di frame minime e massime accettate in Ethernet e Fast Ethernet. Ma all'aumentare della velocità di trasmissione, il tempo di trasmissione di un pacchetto della stessa lunghezza diminuisce di conseguenza. Pur mantenendo la stessa lunghezza minima del frame, ciò comporterebbe una diminuzione del diametro della rete, che non supererebbe i 20 metri, che potrebbe essere di scarsa utilità. Pertanto, durante lo sviluppo dello standard Gigabit Ethernet, si è deciso di aumentare il tempo del canale. In Gigabit Ethernet, è 4096 BT ed è 8 volte più veloce di Ethernet e Fast Ethernet. Tuttavia, per mantenere la compatibilità con gli standard Ethernet e Fast Ethernet, la dimensione minima del frame non è stata aumentata, ma è stato aggiunto un campo aggiuntivo al frame, chiamato "media extension".

estensione del vettore

I caratteri nel campo aggiuntivo di solito non portano informazioni sul servizio, ma riempiono il canale e aumentano la "finestra di collisione". Di conseguenza, la collisione verrà registrata da tutte le stazioni con un diametro del dominio di collisione maggiore.

Se la stazione desidera trasmettere un frame breve (meno di 512 byte), questo campo viene aggiunto alla trasmissione, un'estensione portante che completa il frame a 512 byte. Campo checksum calcolato solo per il frame originale e non si applica al campo di estensione. Quando viene ricevuto un frame, il campo di estensione viene scartato. Pertanto, il livello LLC non è nemmeno a conoscenza della presenza del campo di estensione. Se la dimensione del frame è uguale o superiore a 512 byte, non è presente alcun campo di estensione multimediale. La Figura 5 mostra il formato del frame Gigabit Ethernet quando si utilizza un'estensione multimediale.

Fig.5. Frame Gigabit Ethernet con campo di estensione multimediale.

packet Bursting

L'espansione del vettore è la soluzione più naturale, che ha permesso di mantenere la compatibilità con lo standard Fast Ethernet e lo stesso diametro del dominio di collisione. Ma ha sprecato larghezza di banda. È possibile sprecare fino a 448 byte (512-64) durante la trasmissione di un frame breve. Nella fase di sviluppo dello standard Gigabit Ethernet, NBase Communications ha avanzato una proposta per aggiornare lo standard. Questo aggiornamento, chiamato congestione batch, consente un utilizzo più efficiente del campo di estensione. Se la stazione / switch ha diversi piccoli frame da inviare, il primo frame viene riempito con un campo di espansione della portante fino a 512 byte e inviato. Il resto dei frame vengono inviati dopo un intervallo minimo di interframe di 96 bit, con un'importante eccezione: lo spazio tra i frame è riempito con simboli di estensione (Fig. 6a). Pertanto, il supporto non diventa silenzioso tra l'invio di brevi frame originali e nessun altro dispositivo sulla rete può interferire con la trasmissione. Tale allineamento del frame può verificarsi fino a quando il numero totale di byte trasmessi supera 1518. La congestione dei pacchetti riduce la probabilità di collisioni, poiché un frame sovraccarico può entrare in collisione solo nella fase di trasmissione del suo primo frame originale, inclusa l'espansione del supporto, il che certamente aumenta le prestazioni della rete. soprattutto con carichi pesanti (Fig. 6-b).

Fig. 6. Packet congestion: a) trasmissione di frame; b) comportamento della larghezza di banda.

Secondo i materiali della società "Telecom Transport"

Non avevo fretta di spostare la mia rete domestica da 100 Mbps a 1 Gbps, il che è piuttosto strano per me poiché sto trasferendo un gran numero di file sulla rete. Tuttavia, quando spendo soldi per aggiornare il mio computer o la mia infrastruttura, credo che dovrei immediatamente vedere un aumento delle prestazioni nelle applicazioni e nei giochi che eseguo. Molti utenti amano divertirsi con una nuova scheda video, un processore centrale e qualche tipo di gadget. Tuttavia, per qualche motivo, le apparecchiature di rete non attirano tale entusiasmo. In effetti, è difficile investire i soldi guadagnati nell'infrastruttura di rete invece di un altro regalo di compleanno tecnologico.

Tuttavia, i miei requisiti di larghezza di banda sono molto alti e ad un certo punto mi sono reso conto che l'infrastruttura per 100 Mbit / s non è più sufficiente. Tutti i miei computer di casa hanno già adattatori integrati da 1 Gbps (sulle schede madri), quindi ho deciso di prendere il listino prezzi dell'azienda di computer più vicina e vedere di cosa ho bisogno per trasferire la mia intera infrastruttura di rete a 1 Gbps.

No, una rete gigabit domestica non è affatto complicata.

Ho acquistato e installato tutto l'hardware. Ricordo che ci voleva circa un minuto e mezzo per copiare un file di grandi dimensioni su una rete a 100 Mbps. Dopo l'aggiornamento a 1 Gbps, lo stesso file è stato copiato in 40 secondi. I miglioramenti delle prestazioni sono stati buoni, ma non ho ancora ottenuto la superiorità dieci volte superiore che ci si aspetterebbe dal confronto tra la larghezza di banda di 100 Mbps e 1 Gbps delle vecchie e nuove reti.

Qual è la ragione?

Per una rete gigabit, tutte le sue parti devono supportare 1 Gbps. Ad esempio, se sono installate schede di rete gigabit e cavi corrispondenti, ma l'hub / switch supporta solo 100 Mbps, l'intera rete funzionerà a 100 Mbps.

Il primo requisito è un controller di rete. È meglio se ogni computer della rete è dotato di una scheda di rete gigabit (separata o integrata sulla scheda madre). Questo requisito è il più facile da soddisfare, poiché la maggior parte dei produttori di schede madri ha integrato controller di rete gigabit negli ultimi due anni.

Il secondo requisito è che la scheda di rete deve supportare anche 1 Gbps. C'è un malinteso comune secondo cui le reti gigabit richiedono un cavo di categoria 5e, ma in realtà anche il cavo Cat 5 più vecchio supporta 1 Gbps. Tuttavia, i cavi Cat 5e hanno prestazioni migliori, quindi saranno più ottimali per le reti gigabit, soprattutto se i cavi sono abbastanza lunghi. Tuttavia, i cavi Cat 5e sono ancora i più economici oggi perché il vecchio standard Cat 5 è obsoleto. I cavi Cat 6 più recenti e più costosi offrono prestazioni ancora migliori per le reti gigabit. Più avanti in questo articolo confronteremo le prestazioni dei cavi Cat 5e e Cat 6.

Il terzo e probabilmente il più costoso componente in una rete gigabit è un hub / switch da 1 Gbps. Ovviamente, è meglio usare uno switch (possibilmente abbinato a un router), poiché un hub o hub non è il dispositivo più intelligente, trasmette semplicemente tutti i dati di rete su tutte le porte disponibili, il che porta a un gran numero di collisioni e rallenta le prestazioni della rete. Se stai cercando prestazioni elevate, uno switch gigabit è indispensabile perché reindirizza solo i dati di rete alla porta corretta, aumentando efficacemente la velocità della tua rete rispetto a un hub. Un router di solito contiene uno switch integrato (con più porte LAN) e consente anche di connettere la rete domestica a Internet. La maggior parte degli utenti domestici comprende i vantaggi di un router, quindi un router gigabit è un'opzione interessante.

SODDISFARE

introduzione

Le reti basate su Ethernet 10/100 Mbps saranno più che sufficienti per qualsiasi attività in piccole reti. Ma per quanto riguarda il futuro? Hai pensato allo streaming di video sulla rete di casa tua? 10/100 Ethernet ce la farà?

Nel nostro primo articolo su Gigabit Ethernet, lo esamineremo più da vicino e determineremo se ne hai bisogno. Cercheremo anche di scoprire di cosa hai bisogno per creare una rete pronta per i gigabit e faremo un rapido tour delle apparecchiature gigabit per le piccole reti.

Cos'è Gigabit Ethernet?

Gigabit Ethernet è anche noto come gigabit su rame o 1000BaseT... È una normale versione Ethernet che funziona a velocità fino a 1.000 megabit al secondo, che è dieci volte più veloce di 100BaseT.

Gigabit Ethernet si basa sullo standard IEEE 802.3z approvato nel 1998. Tuttavia, nel giugno 1999, è uscito un addendum: lo standard gigabit Ethernet su doppino intrecciato in rame 1000BaseT... È stato questo standard che è stato in grado di portare Gigabit Ethernet fuori dalle sale server e dalle dorsali, garantendo il suo utilizzo nelle stesse condizioni di 10/100 Ethernet.

Prima di 1000BaseT, Gigabit Ethernet richiedeva l'uso di cavi in \u200b\u200bfibra ottica o in rame schermati, che sono difficilmente convenienti per il cablaggio di LAN convenzionali. Questi cavi (1000BaseSX, 1000BaseLX e 1000BaseCX) sono ancora utilizzati in applicazioni speciali oggi, quindi non li copriremo.

Il gruppo Gigabit Ethernet 802.3z ha svolto un ottimo lavoro nel rilasciare uno standard universale dieci volte più veloce di 100BaseT. 1000BaseT lo è anche retrocompatibile con hardware 10/100, utilizza CAT-5 cavo (o categoria superiore). A proposito, oggi una rete tipica è costruita sulla base del cavo di quinta categoria.

Ne abbiamo bisogno?

La prima letteratura su Gigabit Ethernet indicava il mercato aziendale come area di applicazione del nuovo standard e, più spesso, le comunicazioni del data warehouse. Poiché Gigabit Ethernet fornisce dieci volte la larghezza di banda del tradizionale 100BaseT, un'applicazione naturale dello standard è quella di connettere siti a larghezza di banda elevata. È la comunicazione tra server, switch e backbone. È qui che Gigabit Ethernet è necessaria, necessaria e utile.

Con il calo del prezzo delle apparecchiature gigabit, l'ambito di 1000BaseT si è espanso per includere "utenti esperti" e computer di gruppi di lavoro che utilizzano "applicazioni affamate di banda".

Poiché la maggior parte delle piccole reti ha esigenze di dati modeste, è improbabile che abbiano mai bisogno di una larghezza di banda di rete 1000BaseT. Diamo un'occhiata ad alcune tipiche applicazioni di piccola rete e valutiamo la loro necessità di Gigabit Ethernet.

Abbiamo bisogno di lui, ha continuato

• Trasferimento di file di grandi dimensioni sulla rete

  Tale applicazione è tipica, piuttosto, per i piccoli uffici, soprattutto nelle aziende che si occupano di grafica, architettura o altre attività legate all'elaborazione di file nelle decine o centinaia di megabyte. Puoi facilmente calcolare che un file da 100 MB verrà trasferito su una rete 100BaseT in soli otto secondi [(100 MB x 8 bit / byte) / 100 Mbps]. In realtà, molti fattori riducono la velocità di trasferimento, quindi il trasferimento del file richiederà un po 'più di tempo. Alcuni di questi fattori sono correlati al sistema operativo, alle applicazioni in esecuzione, alla quantità di memoria sui computer, alla velocità del processore e all'età. (L'età del sistema influisce sulla velocità dei bus sulla scheda madre.)

  Un altro fattore importante è la velocità delle apparecchiature di rete e il passaggio a apparecchiature gigabit può eliminare potenziali colli di bottiglia e accelerare il trasferimento di grandi volumi di file. Molti confermeranno che ottenere velocità superiori a 50 Mbps su una rete 100BaseT è tutt'altro che banale. Gigabit Ethernet, d'altra parte, sarà in grado di fornire una larghezza di banda superiore a 100 Mbit / s.

• Dispositivi di ridondanza di rete

  Puoi considerare questo caso come una variante dei "file di grandi dimensioni". Se la rete è configurata per eseguire il backup di tutti i computer su un singolo file server, Gigabit Ethernet accelererà il processo. Tuttavia, c'è una trappola qui: un aumento del "tubo" di trasmissione al server potrebbe non portare a un effetto positivo se il server non ha il tempo di elaborare il flusso di dati in entrata (questo vale anche per il supporto di backup).

  Per trarre vantaggio da una rete ad alta velocità, è necessario dotare il server di più memoria ed eseguire il backup su un disco rigido veloce anziché su nastro o CDROM. Come puoi vedere, dovresti prepararti a fondo per la transizione a Gigabit Ethernet.

• Applicazioni client-server

  Quest'area di applicazione è ancora più comune nelle reti di piccole imprese che nelle reti domestiche. È possibile trasferire una grande quantità di dati tra il client e il server in tali applicazioni. L'approccio è lo stesso: è necessario analizzare il volume dei dati di rete trasmessi per vedere se l'applicazione può tenere il passo con l'aumento della larghezza di banda della rete e se questi dati sono sufficienti per caricare la Gigabit Ethernet.

In verità, crediamo che la maggior parte dei "costruttori" di reti domestiche difficilmente troverà una ragione sufficiente per acquistare apparecchiature gigabit. Nelle reti di piccole imprese, il passaggio a gigabit può essere d'aiuto, ma ti consigliamo di analizzare prima la quantità di dati trasferiti. Tutto è chiaro con lo stato attuale. Ma cosa succede se si vuole considerare la possibilità di futuri aggiornamenti. Cosa devi fare oggi per essere pronto? Nella parte successiva del nostro articolo, esamineremo le modifiche che devono essere apportate alla parte più costosa, più spesso che richiede più tempo, della rete: cavo.

Cavo Gigabit Ethernet

Come accennato nell'introduzione, uno dei requisiti chiave dello standard 1000BaseT è l'uso del cavo di categoria 5 (CAT 5) o superiore. Cioè, Gigabit Ethernet può lavorare sulla struttura del cavo esistente della 5a categoria... D'accordo, questa opportunità è molto conveniente. In genere, tutte le reti moderne utilizzano cavi di categoria 5, a meno che la rete non sia stata installata nel 1996 o prima (lo standard è stato approvato nel 1995). Tuttavia, qui esistere diverse insidie.

• Sono necessarie quattro paia

  Come visto da di questo articolo 1000BaseT utilizza tutte e quattro le coppie di cavi di categoria 5 (o superiore) per creare quattro collegamenti da 250 Mbps. (Viene applicato anche un altro schema di codifica - modulazione dell'ampiezza dell'impulso a cinque livelli - per rimanere all'interno della gamma di frequenza CAT5 di 100 MHz). Di conseguenza, possiamo utilizzare la struttura di cablaggio CAT 5 esistente per Gigabit Ethernet.

  Poiché 10 / 100BaseT utilizza solo due delle quattro coppie CAT 5, alcune persone non hanno collegato coppie aggiuntive durante la posa delle loro reti. Le coppie sono state utilizzate, ad esempio, per un telefono o per Power over Ethernet (POE). Fortunatamente, le NIC e gli switch gigabit sono abbastanza intelligenti da tornare a 100BaseT se tutte e quattro le coppie non sono disponibili. Pertanto, in ogni caso, la tua rete funzionerà con switch gigabit e schede di rete, ma non otterrai alta velocità per i soldi pagati.

• Non utilizzare connettori economici

  Un altro problema per i networker amatoriali è la scarsa crimpatura e le prese a muro economiche. Portano a disallineamenti di impedenza, con conseguente perdita di ritorno e, di conseguenza, larghezza di banda ridotta. Naturalmente, puoi provare a cercare direttamente la causa, ma faresti meglio a procurarti un tester di rete in grado di rilevare la perdita di ritorno e il crosstalk. O semplicemente sopportare una bassa velocità.

• Limitazioni di lunghezza e topologia

  1000BaseT è limitato alla stessa lunghezza massima del segmento di 10 / 100BaseT. Pertanto, il diametro massimo della rete è di 200 metri (da un computer all'altro tramite uno switch). Per la topologia 1000BaseT, si applicano le stesse regole di 100BaseT, tranne per il fatto che è consentito un solo ripetitore per segmento di rete (o, più precisamente, un "dominio di collisione half-duplex"). Ma poiché Gigabit Ethernet non supporta la trasmissione half-duplex, puoi dimenticare l'ultimo requisito. In generale, se la tua rete stava andando bene sotto 100BaseT, non dovresti avere problemi ad andare a gigabit.

Cavo Gigabit Ethernet ha continuato

È meglio usare un cavo per la posa di nuove reti. CAT 5e... Sebbene CAT 5 e CAT 5e entrambi passano 100 MHz, Il cavo CAT5e viene prodotto tenendo conto parametri aggiuntiviimportante per una migliore trasmissione dei segnali ad alta frequenza.

Consulta i seguenti documenti Belden per maggiori dettagli sulle specifiche dei cavi CAT 5e (in inglese):

Sebbene un moderno cavo CAT 5 andrà benissimo con 1000BaseT, potrebbe essere meglio scegliere CAT 5e se si desidera garantire un'elevata larghezza di banda. Se esiti, valuta il costo di un cavo CAT 5 e CAT 5e e vai per la tua strada.

L'unica cosa che dovresti evitare è acquistare consigli CAT 6 cavo per gigabit Ethernet. CAT 6 era aggiunto allo standard TIA-568 nel giugno 2002 e salta le frequenze fino a 200 MHz... Molto probabilmente i venditori ti convinceranno ad acquistare la sesta categoria più costosa, ma ne avrai bisogno solo se prevedi di costruire una rete 10 Gbps Ethernet su cablaggio in rame, cosa difficilmente realistica al momento. E il cavo CAT 7? Dimenticalo!

Se hai una buona quantità, è meglio spenderla specialista di reteche possiede sufficiente esperienza nella posa di reti gigabit... Un tecnico sarà in grado di posare cavi in \u200b\u200bmodo competente o testare la rete esistente per lavorare con Gigabit Ethernet. Quando si installa un cavo CAT 6, si consiglia vivamente di cercare un aiuto professionale, poiché questo cavo prevede un raggio di curvatura e connettori speciali di alta qualità.

Apparecchiature gigabit

In qualche modo, la questione del "gigabit o no" avrebbe potuto essere oggetto di polemiche un anno o un paio di anni fa. Dal punto di vista di un acquirente SOHO, il passaggio da 10 a 10/100 Mbps è già avvenuto. I nuovi computer sono dotati di porte Ethernet 10/100, i router utilizzano già switch 10/100 incorporati anziché hub 10BaseT. Tuttavia, un tale cambiamento non è una conseguenza delle richieste e dei desideri dei networker domestici. Si accontentano delle apparecchiature esistenti.

Per questi cambiamenti, dobbiamo ringraziare gli utenti aziendali che oggi acquistano solo 10/100 apparecchiature all'ingrosso, il che ci consente di abbassare i prezzi. Una volta che i produttori di apparecchiature di consumo hanno scoperto che potevano utilizzare i chip 10BaseT rispetto alle opzioni 10/100 costosonon hanno esitato a lungo.

Pertanto, l'architettura dell'hub 10BaseT di ieri è migrata senza problemi alle moderne reti commutate 10/100. Sperimenteremo la stessa transizione da 10/100 a 10/100/1000 Mbps. E anche se mancano ancora uno o due anni prima del punto di svolta, la transizione già iniziato ei prezzi continuano a diminuire costantemente.

Tutto ciò che serve è acquistare una scheda di rete gigabit e uno switch gigabit. Diamo un'occhiata più da vicino a loro.

• Schede di rete

  Le schede di rete PCI 10/100 / 1000BaseT a 32 bit con marchio come Intel PRO1000 MT, Netgear GA302T e SMC SMC9552TX costano da $ 40 a $ 70 su Internet. I prodotti di produttori di secondo livello costano circa $ 5 in meno. E mentre le schede NIC gigabit sono circa due volte e mezzo più costose della media delle carte 10/100, è improbabile che il tuo portafoglio noti alcuna differenza a meno che non le acquisti all'ingrosso.

  Puoi trovare schede di rete che supportano non solo il bus PCI a 32 bit, ma anche quello a 64 bit, ma costano anche di più. Quello che non vedrai sono gli adattatori CardBus per i tuoi laptop. Per qualche ragione, i produttori ritengono che i notebook non necessitino affatto di reti gigabit.

• Interruttori

  Ma il prezzo degli switch 10/100/1000 fa riflettere dieci volte sulla fattibilità del passaggio a gigabit Ethernet. La buona notizia è che ora sono disponibili switch gigabit trasparenti, che sono molto più economici delle loro controparti gestite per il mercato aziendale.

  Un semplice switch Netgear GS104 10/100/1000 a quattro porte può essere acquistato per meno di $ 225. Se opti per marchi meno noti come TEG-S40TXE di TRENDnet, puoi ridurre il costo a $ 150. Poche quattro porte - per favore. La versione a otto porte del Netgear GS108 ti costerà circa $ 450 e il TRENDnet TEG-S80TXD di circa $ 280.

  Considerando che uno switch 10/100 a 5 porte oggi costa solo $ 20, i prezzi per gigabit sembreranno troppo alti per alcuni. Ma ricorda, fino a poco tempo fa, era possibile acquistare switch Gigabit gestiti solo a $ 100+ per porta. I prezzi stanno andando nella giusta direzione!

Devi cambiare computer?

Ecco un piccolo segreto dietro Gigabit Ethernet: con Win98 o 98SE, probabilmente non otterrai alcun vantaggio dalla velocità Gigabit. Sebbene tu possa provare a migliorare il throughput modificando il registro, non ottieni comunque un significativo aumento delle prestazioni rispetto al tuo attuale hardware 10/100.

Il problema risiede nello stack TCP / IP Win98, che non è stato progettato pensando alle reti ad alta velocità. Lo stack ha problemi anche nell'utilizzo 100BaseT reti, cosa possiamo dire allora della comunicazione gigabit! Torneremo su questo problema nel secondo articolo, ma per ora dovresti solo considerare Win2000 e WinXP per lavorare con gigabit Ethernet.

Con l'ultima frase non lo siamo affatto non presume che solo Windows 2000 e XP supportino le schede di rete gigabit. Semplicemente non abbiamo testato le prestazioni su altri sistemi operativi, quindi astenersi da commenti sarcastici!

Se ti stai chiedendo se dovrai buttare via il tuo buon vecchio computer e acquistarne uno nuovo per utilizzare Gigabit Ethernet, la nostra risposta è "forse". Sulla base della nostra esperienza pratica, un hertz di processori "moderni" equivale a un bit al secondo di larghezza di banda di rete... Uno dei produttori di apparecchiature di rete gigabit era d'accordo con noi: qualsiasi macchina con una velocità di clock 700 MHz o inferiore non sarà in grado di utilizzare completamente la larghezza di banda di Gigabit Ethernet. Quindi, anche con il sistema operativo corretto, i vecchi computer sono gigabit Ethernet come un impiastro morto. Piuttosto vedrai velocità 100-500 Mbps