Karta sieciowa Gigabit Ethernet PCI Express. Karta sieciowa Gigabit Ethernet PCI Express Co to jest sieć Gigabit

Współczesny świat w coraz większym stopniu staje się zależny od ilości i przepływu informacji płynących w różnych kierunkach za pomocą przewodów i bez nich. Wszystko zaczęło się dawno temu i przy użyciu bardziej prymitywnych środków niż dzisiejsze osiągnięcia cyfrowego świata. Nie zamierzamy jednak opisywać wszystkich typów i metod, za pomocą których jedna osoba przyniosła niezbędne informacje do świadomości drugiej. W tym artykule chciałbym zaproponować czytelnikowi opowieść o nie tak dawno stworzonym, a obecnie z powodzeniem rozwijającym się standardzie przesyłania informacji cyfrowych, jakim jest Ethernet.

Narodziny samego pomysłu i technologii Ethernet miały miejsce w murach Xerox PARC, wraz z innymi pierwszymi osiągnięciami w tym samym kierunku. Oficjalną datą wynalezienia Ethernetu był 22 maja 1973 r., Kiedy Robert Metcalfe napisał notatkę dla szefa PARC na temat potencjału technologii Ethernet. Jednak został opatentowany dopiero kilka lat później.

W 1979 roku Metcalfe opuścił Xerox i założył firmę 3Com, której głównym zadaniem była promocja komputerów lokalnych i lokalnych sieć komputerowa (LAN). Przy wsparciu tak renomowanych firm jak DEC, Intel i Xerox powstał standard Ethernet (DIX). Po oficjalnej publikacji 30 września 1980 roku rozpoczął rywalizację z dwiema głównymi opatentowanymi technologiami - token Ring i ARCNET, które zostały później całkowicie wyparte ze względu na ich niższą wydajność i wyższy koszt niż produkty Ethernet.

Początkowo zgodnie z proponowanymi standardami (Ethernet v1.0 i Ethernet v2.0) jako medium transmisyjnego zamierzali wykorzystać kabel koncentryczny, później jednak musieli zrezygnować z tej technologii i przejść na kable optyczne i skrętkę.

Główną zaletą we wczesnych latach technologii Ethernet była metoda kontroli dostępu. Implikuje wiele połączeń z wykrywaniem nośnej i wykrywaniem kolizji (CSMA / CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), szybkość transmisji danych wynosi 10 Mb / s, rozmiar pakietu wynosi od 72 do 1526 bajtów, opisuje również metody kodowania danych ... Wartość graniczna stacji roboczych w jednym wspólnym segmencie sieci jest ograniczona do 1024, ale inne mniejsze wartości są możliwe przy ustawianiu bardziej rygorystycznych limitów dla cienkiego segmentu współosiowego. Ale taka konstrukcja bardzo szybko stała się nieskuteczna i została zastąpiona w 1995 roku przez standard IEEE 802.3u Fast Ethernet z prędkością 100 Mbit / s, a później przyjęto standard IEEE 802.3z Gigabit Ethernet przy prędkości 1000 Mbit / s. Na ten moment 10 Gigabit Ethernet IEEE 802.3ae jest już w pełni używane, z prędkością 10 000 Mb / s. Ponadto opracowaliśmy już rozwiązania mające na celu osiągnięcie prędkości 100 000 Mbit / s 100 Gigabit Ethernet, ale najpierw najważniejsze.

Bardzo ważną pozycją leżącą u podstaw standardu Ethernet jest format ramki. Istnieje jednak kilka opcji. Tutaj jest kilka z nich:

Wariant I to pierworodny i już nieużywany.

Ethernet w wersji 2 lub ramka Ethernet II, zwana także DIX (skrót pierwszych liter twórców DEC, Intel, Xerox) jest najpopularniejsza i jest używana do dziś. Często używany bezpośrednio przez protokół internetowy.

Novell jest wewnętrzną modyfikacją IEEE 802.3 bez LLC (Logical Link Control).

Ramka IEEE 802.2 LLC.

Ramka IEEE 802.2 LLC / SNAP.

Ponadto ramka Ethernet może zawierać znacznik IEEE 802.1Q w celu identyfikacji sieci VLAN, do której jest adresowana oraz znacznik IEEE 802.1p w celu wskazania priorytetu.

Niektóre karty Ethernet firmy Hewlett-Packard wykorzystywały ramkę IEEE 802.12 zgodną ze standardem 100VG-AnyLAN.

W przypadku różnych typów ramek istnieją również różne formaty i wartości MTU.

Funkcjonalne elementy technologiisoligabit Ethernet

Należy pamiętać, że producenci kart Ethernet i innych urządzeń obejmują głównie obsługę kilku wcześniejszych standardów szybkości transmisji w swoich produktach. Domyślnie, korzystając z automatycznego wykrywania prędkości i dupleksu, sterowniki karty same określają optymalny tryb pracy dla połączenia między dwoma urządzeniami, ale zwykle istnieje również wybór ręczny. Kupując więc urządzenie z portem Ethernet 10/100/1000 otrzymujemy możliwość pracy w technologiach 10BASE-T, 100BASE-TX i 1000BASE-T.

Oto chronologia modyfikacji Ethernetdzieląc je przez szybkości transmisji.

Pierwsze rozwiązania:

Xerox Ethernet - oryginalna technologia, prędkość 3 Mbps, istniała w dwóch wersjach Wersja 1 i Wersja 2, format ramki ostatnia wersja jest nadal szeroko stosowany.

10BROAD36 - nie jest rozpowszechniony. Jeden z pierwszych standardów umożliwiający pracę na duże odległości. Wykorzystano technologię modulacji szerokopasmowej podobną do tej stosowanej w modemach kablowych. Jako medium transmisji danych zastosowano kabel koncentryczny.

1BASE5 - znana również jako StarLAN, była pierwszą technologią Ethernet wykorzystującą skrętkę. Pracował z prędkością 1 Mbit / s, ale nie znalazł zastosowania komercyjnego.

Bardziej powszechne i zoptymalizowane pod kątem modyfikacji czasu 10 Mbit / s Ethernet:

10BASE5, IEEE 802.3 (zwany także „grubym Ethernetem”) był oryginalnym rozwinięciem technologii 10 Mb / s. IEEE wykorzystuje 50-omowy kabel koncentryczny (RG-8) o maksymalnej długości segmentu 500 metrów.

10BASE2, IEEE 802.3a (zwany „Thin Ethernet”) - wykorzystuje kabel RG-58, o maksymalnej długości segmentu 200 metrów. Aby połączyć komputery ze sobą i podłączyć kabel do karty sieciowej, potrzebujesz trójnika, a kabel musi mieć złącze BNC. Terminatory są wymagane na każdym końcu. Ten standard jest od wielu lat głównym standardem technologii Ethernet.

StarLAN 10 - pierwsze rozwiązanie wykorzystujące skrętkę do transmisji danych z szybkością 10 Mb / s. Później przekształcił się w standard 10BASE-T.

Do transmisji danych stosowane są 4 skrętki 10BASE-T, IEEE 802.3i - 4 skrętki (dwie pary) kategorii 3 lub kategorii 5. Maksymalna długość segmentu wynosi 100 metrów.

FOIRL - (skrót od Fiber-optic inter-repeater link). Podstawowy standard technologii Ethernet wykorzystujący kabel optyczny do transmisji danych. Maksymalna odległość transmisji danych bez repeatera to 1 km.

10BASE-F, IEEE 802.3j - główny termin określający rodzinę standardów Eethernet 10 Mbit / s wykorzystujących kable światłowodowe w odległości do 2 kilometrów: 10BASE-FL, 10BASE-FB i 10BASE-FP. Spośród powyższych tylko 10BASE-FL jest szeroko stosowany.

10BASE-FL (Fiber Link) - Ulepszona wersja standardu FOIRL. Poprawa dotyczyła zwiększenia długości segmentu do 2 km.

10BASE-FB (Fiber Backbone) - teraz nieużywany standard przeznaczony do łączenia repeaterów w sieć szkieletową.

• 10BASE-FP (Fiber Passive) - pasywna topologia gwiazdy, która nie wymaga repeaterów - opracowana, ale nigdy nie zaimplementowana.

Najpopularniejszy i niedrogi wybór w momencie pisania Fast Ethernet (100 Mbps) ( Fast Ethernet):

100BASE-T - główny termin określający jeden z trzech standardów Ethernet 100 Mbit / s, wykorzystujący skrętkę jako nośnik transmisji danych. Długość segmentu do 100 metrów. Zawiera 100BASE-TX, 100BASE-T4 i 100BASE-T2.

100BASE-TX, IEEE 802.3u - Opracowanie technologii 10BASE-T, zastosowano topologię gwiazdy, zastosowano skrętkę kategorii 5, która faktycznie wykorzystuje 2 pary przewodów, maksymalna szybkość transmisji danych to 100 Mbit / s.

100BASE-T4 - Ethernet 100 Mb / s przez kabel kategorii 3. Używane są wszystkie 4 pary. Teraz praktycznie nie jest używany. Transmisja danych odbywa się w trybie półdupleksu.

100BASE-T2 - Nie używane. Ethernet 100 Mb / s przez kabel kategorii 3. Używane są tylko 2 pary. Obsługiwany jest tryb transmisji w trybie pełnego dupleksu, gdy sygnały propagują się w przeciwnych kierunkach na każdej parze. Szybkość transmisji w jednym kierunku wynosi 50 Mbit / s.

100BASE-FX - Ethernet 100 Mb / s przez kabel światłowodowy. Maksymalna długość segmentu to 400 metrów w trybie półdupleksu (dla gwarantowanej detekcji kolizji) lub 2 kilometry w trybie pełnego dupleksu na światłowodzie wielomodowym.

100BASE-LX - Ethernet 100 Mb / s przez kabel światłowodowy. Maksymalna długość segmentu wynosi 15 kilometrów w trybie pełnego dupleksu na parze światłowodów jednomodowych o długości fali 1310 nm.

100BASE-LX WDM - 100 Mb / s Ethernet przez kabel światłowodowy. Maksymalna długość segmentu to 15 kilometrów w trybie pełnego dupleksu na jednym światłowodzie jednomodowym przy długości fali 1310 nm i 1550 nm. Interfejsy są dwojakiego rodzaju, różnią się długością fali nadajnika i są oznaczone cyframi (długość fali) lub jedną literą łacińską A (1310) lub B (1550). W parze mogą pracować tylko sparowane interfejsy, z jednej strony nadajnik przy 1310 nm, z drugiej przy 1550 nm.

Gigabit Ethernet

1000BASE-T, IEEE 802.3ab - standard Ethernet 1 Gb / s. Używana jest skrętka kategorii 5e lub kategorii 6. Wszystkie 4 pary biorą udział w transmisji danych. Szybkość transmisji danych - 250 Mb / s na jednej parze.

1000BASE-TX, - standard Ethernet 1 Gb / s wykorzystujący tylko skrętkę kategorii 6. Pary nadawczo-odbiorcze są fizycznie oddzielone dwoma parami w każdym kierunku, co znacznie upraszcza projektowanie urządzeń nadawczo-odbiorczych. Szybkość przesyłania danych - 500 Mb / s na jedną parę. Praktycznie nie używany.

1000Base-X to ogólne określenie technologii Gigabit Ethernet z wtykowymi transceiverami GBIC lub SFP.

Technologia 1000BASE-SX, IEEE 802.3z - 1 Gbps Ethernet wykorzystuje lasery o dopuszczalnej długości promieniowania w zakresie 770-860 nm, moc promieniowania nadajnika w zakresie -10 do 0 dBm przy stosunku ON / OFF (sygnał / brak sygnału) nie mniej niż 9 dB. Czułość odbiornika 17 dBm, nasycenie odbiornika 0 dBm. Przy zastosowaniu światłowodu wielomodowego zasięg transmisji sygnału bez repeatera wynosi do 550 metrów.

Technologia 1000BASE-LX, IEEE 802.3z - 1 Gbps Ethernet wykorzystuje lasery o dopuszczalnej długości promieniowania w zakresie 1270-1355 nm, moc promieniowania nadajnika w zakresie od 13,5 do 3 dBm, ze stosunkiem ON / OFF (występuje sygnał / brak sygnału) nie mniej niż 9 dB. Czułość odbiornika 19 dBm, nasycenie odbiornika 3 dBm. Przy zastosowaniu światłowodu wielomodowego zasięg transmisji sygnału bez repeatera wynosi do 550 metrów. Zoptymalizowany pod kątem dużych odległości przy użyciu światłowodu jednomodowego (do 40 km).

1000BASE-CX - technologia Gigabit Ethernet na krótkie odległości (do 25 metrów), wykorzystuje specjalny kabel miedziany (ekranowana skrętka (STP)) o charakterystycznej impedancji 150 omów. Zastąpiony standardem 1000BASE-T i obecnie nie jest używany.

1000BASE-LH (Long Haul) - technologia Ethernet 1 Gbps, wykorzystuje jednomodowy kabel optyczny, zasięg transmisji sygnału bez repeatera do 100 kilometrów.

Standard	Rodzaj kabla	Przepustowość (nie gorsza), MHz * Km	Maks. odległość, m *
1000BASE-LX (dioda laserowa 1300nm)	Światłowód jednomodowy (9 μm)
	Światłowód wielomodowy (50 μm)
	Światłowód wielomodowy (62,5 μm)
1000BASE-SX (dioda laserowa 850nm)	Światłowód wielomodowy (50 μm)
	Światłowód wielomodowy (62,5 μm)
	Światłowód wielomodowy (62,5 μm)
	Ekranowana skrętka dwużyłowa STP (150 OM)
* Standardy 1000BASE-SX i 1000BASE-LX zakładają tryb pełnego dupleksu ** Urządzenia niektórych producentów mogą zapewniać większe odległości, segmenty optyczne bez pośrednich przekaźników / wzmacniaczy mogą osiągnąć 100 km.

Specyfikacje dla standardów 1000Base-X

10 Gigabit Ethernet

Wciąż dość drogi, ale dość popularny, nowy standard 10 Gigabit Ethernet obejmuje siedem fizycznych standardów mediów dla sieci LAN, MAN i WAN. Obecnie jest objęty poprawką IEEE 802.3a i powinien zostać uwzględniony w kolejnej wersji standardu IEEE 802.3.

10GBASE-CX4 - Technologia 10 Gigabit Ethernet na krótkie odległości (do 15 metrów) przy użyciu miedzianego kabla CX4 i złączy InfiniBand.

10GBASE-SR - Technologia 10 Gigabit Ethernet na krótkie odległości (do 26 lub 82 metrów, w zależności od typu kabla) z wykorzystaniem światłowodu wielomodowego. Obsługuje również odległości do 300 metrów przy użyciu nowego światłowodu wielomodowego (2000 MHz / km).

10GBASE-LX4 - Wykorzystuje multipleksowanie z podziałem długości fali do obsługi odległości od 240 do 300 metrów przez światłowód wielomodowy. Obsługuje również odległości do 10 kilometrów przy użyciu światłowodu jednomodowego.

10GBASE-LR i 10GBASE-ER - te standardy obsługują odległości odpowiednio do 10 i 40 kilometrów.

10GBASE-SW, 10GBASE-LW i 10GBASE-EW - te standardy wykorzystują fizyczny interfejs, który jest zgodny z szybkością i formatem danych z interfejsem OC-192 / STM-64 SONET / SDH. Są podobne do standardów 10GBASE-SR, 10GBASE-LR i 10GBASE-ER, ponieważ używają tych samych typów kabli i odległości transmisji.

10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006 - przyjęty w czerwcu 2006 po 4 latach rozwoju. Wykorzystuje ekranowaną skrętkę dwużyłową. Odległości - do 100 metrów.

I na koniec o czym wiemy 100-Gigabit Ethernet (100-GE), wciąż dość prymitywna, ale dość popularna technologia.

W kwietniu 2007 r., Po spotkaniu komitetu IEEE 802.3 w Ottawie, Higher Speed \u200b\u200bStudy Group (HSSG) wydała opinię na temat technicznych podejść do tworzenia optycznych i miedzianych kanałów 100-GE. W tym czasie grupa robocza 802.3ba została ostatecznie utworzona w celu opracowania specyfikacji 100-GE.

Podobnie jak w przypadku poprzednich opracowań, standard 100-GE będzie uwzględniał nie tylko ekonomiczną i techniczną wykonalność jego wdrożenia, ale także ich wsteczną kompatybilność z istniejącymi systemami. W tej chwili potrzeba takich prędkości została bezdyskusyjnie udowodniona przez wiodące firmy. Stale rosnące ilości spersonalizowanych treści, w tym podczas dostarczania wideo z portali, takich jak YouTube i innych zasobów, wykorzystujących technologie IPTV i HDTV. Powinniśmy również wspomnieć o wideo na żądanie. Wszystko to determinuje zapotrzebowanie na operatorów i dostawców usług 100 Gigabit Ethernet.

Jednak na tle dużego wyboru starych i obiecujących nowych podejść technologicznych w ramach grupy Ethernet, chcemy bardziej szczegółowo omówić technologię, która obecnie zyskuje pełnoprawne masowe zastosowanie ze względu na spadek kosztów jej komponentów. Gigabit Ethernet może w pełni obsługiwać aplikacje, takie jak strumieniowe przesyłanie wideo, wideokonferencje i złożoną transmisję obrazu przy zwiększonych wymaganiach dotyczących przepustowości. Korzyści płynące z wyższych prędkości transmisji w sieciach korporacyjnych i domowych stają się coraz bardziej niepodważalne wraz ze spadkiem cen sprzętu tej klasy.

Teraz standard IEEE zyskał maksymalną popularność. Przyjęty w czerwcu 1998, został zatwierdzony jako IEEE 802.3z. Ale początkowo jako medium transmisyjne był używany tylko kabel optyczny. Wraz z zatwierdzeniem w następnym roku od wprowadzenia standardu 802.3ab, medium transmisyjne stało się nieekranowaną skrętką piątej kategorii.

Gigabit Ethernet jest bezpośrednim następcą Ethernetu i Fast Ethernet, które sprawdziły się dobrze przez prawie dwadzieścia lat historii, zachowując swoją niezawodność i przyszłościowe możliwości. Wraz z przewidywaną wsteczną kompatybilnością z poprzednimi rozwiązaniami (konstrukcja kabla pozostaje niezmieniona), zapewnia to teoretyczne wydajność przy 1000 Mb / s, co odpowiada w przybliżeniu 120 Mb / s. Należy zauważyć, że takie możliwości są praktycznie równe szybkości 32-bitowej magistrali PCI 33 MHz. Dlatego adaptery gigabitowe są dostępne zarówno dla 32-bitowej magistrali PCI (33 i 66 MHz), jak i dla magistrali 64-bitowej. Wraz ze wzrostem szybkości, Gigabit Ethernet odziedziczył wszystkie poprzednie funkcje Ethernet, takie jak format ramki, technologia CSMA / CD (Transmission Sensitive Collision Detection Multiple Access), pełny dupleks itp. Chociaż duże prędkości wprowadziły własne innowacje, to właśnie w dziedzictwie starych standardów leży ogromna przewaga i popularność Gigabit Ethernet. Oczywiście proponuje się teraz inne rozwiązania, takie jak ATM i Fibre Channel, ale tutaj główna zaleta dla użytkownika końcowego jest natychmiast tracona. Przejście na inną technologię prowadzi do masowej przeróbki i ponownego wyposażenia sieci korporacyjnych, podczas gdy Gigabit Ethernet pozwoli Ci płynnie zwiększyć prędkość i nie zmieniać okablowania. Takie podejście pozwoliło technologii Ethernet zająć dominujące miejsce w dziedzinie technologii sieciowych i podbić ponad 80 procent światowego rynku transmisji informacji.

Zbuduj strukturę sieci Ethernet z płynnym przejściem do wyższych szybkości transmisji danych.

Początkowo wszystkie standardy Ethernet zostały opracowane przy użyciu tylko kabla optycznego jako medium transmisyjnego - więc Gigabit Ethernet otrzymał interfejs 1000BASE-X. Opiera się na standardzie warstwy fizycznej Fibre Channel (technologia współpracy między stacjami roboczymi, urządzeniami pamięci masowej i węzłami brzegowymi). Ponieważ ta technologia została już wcześniej zatwierdzona, pożyczki te znacznie skróciły czas opracowywania standardu Gigabit Ethernet. 1000BASE-X

My, a także zwykli ludzie, byliśmy bardziej zainteresowani 1000Base-CX ze względu na jego działanie na ekranowanej skrętce (STP „twinax”) na krótkie odległości i 1000BASE-T na nieekranowaną skrętkę kategorii 5. Główna różnica między 1000BASE-T a Fast Ethernet 100BASE- TX okazało się, że zastosowano wszystkie cztery pary (w 100BASE-TX użyto tylko dwóch). Jednocześnie każda para może przesyłać dane z prędkością 250 Mb / s. Standard zapewnia transmisję w trybie pełnego dupleksu, z przepływem na każdej parze w dwóch kierunkach jednocześnie. Ze względu na duże zakłócenia podczas takiej transmisji technicznie znacznie trudniej było zrealizować transmisję gigabitową po skrętce niż w 100BASE-TX, co wymagało opracowania specjalnej szyfrowanej transmisji odpornej na szumy, a także inteligentnego węzła do rozpoznawania i odtwarzania sygnału w odbiorze. Jako metodę kodowania w standardzie 1000BASE-T zastosowano 5-stopniowe kodowanie amplitudy impulsu PAM-5.

Zaostrzyły się również kryteria wyboru kabla. W celu zmniejszenia pobudzenia, transmisji jednokierunkowej, strat odbiciowych, opóźnienia i przesunięcia fazowego, przyjęto kategorię 5e dla nieekranowanej skrętki.

Zaciskanie kabla do 1000BASE-T odbywa się według jednego z poniższych schematów:

Kabel prosty.

Kabel z przeplotem.

Schematy zaciskania dla kabla 1000BASE-T

Innowacje wpłynęły również na poziom standardu MAC 1000BASE-T. W sieciach Ethernet maksymalna odległość między stacjami (domena kolizyjna) jest określana na podstawie minimalnego rozmiaru ramki (w standardzie Ethernet IEEE 802.3 wynosił 64 bajty). Maksymalna długość segmentu musi być taka, aby stacja nadawcza mogła wykryć kolizję przed zakończeniem transmisji ramki (sygnał musi mieć czas na przejście na drugi koniec segmentu i powrót). Odpowiednio, wraz ze wzrostem szybkości transmisji konieczne jest albo zwiększenie rozmiaru ramki, a tym samym zwiększenie minimalnego czasu transmisji ramki, albo zmniejszenie średnicy domeny kolizyjnej.

Podczas przełączania na Fast Ethernet zastosowali drugą opcję i zmniejszyli średnicę segmentu. W Gigabit Ethernet było to nie do zaakceptowania. Rzeczywiście, w tym przypadku standard, który odziedziczył takie komponenty Fast Ethernet jak minimalny rozmiar ramki, CSMA / CD i szczelina czasowa do wykrywania kolizji, będzie mógł działać w domenach kolizyjnych o średnicy nie większej niż 20 metrów. Dlatego zaproponowano wydłużenie czasu transmisji minimalnej ramki. Biorąc pod uwagę, że dla kompatybilności z poprzednią siecią Ethernet, minimalny rozmiar ramki pozostał taki sam - 64 bajty, a do ramki dodano dodatkowe pole rozszerzenia carrier, które uzupełnia ramkę do 512 bajtów, ale pole nie jest dodawane w przypadku, gdy rozmiar ramki jest większy niż 512 bajt. Tym samym uzyskany minimalny rozmiar ramki okazał się 512 bajtów, czas detekcji kolizji wzrósł, a średnica segmentu wzrosła do tych samych 200 metrów (w przypadku 1000BASE-T). Symbole w polu rozszerzenia nośnika nie mają znaczenia semantycznego, suma kontrolna nie jest dla nich obliczana. Po odebraniu ramki to pole jest odrzucane nawet w warstwie MAC, więc wyższe warstwy nadal pracują z minimalnymi ramkami 64 bajtów.

Ale i tutaj były pułapki. Podczas gdy rozszerzenie mediów pozwoliło na kompatybilność z poprzednimi standardami, marnowało przepustowość. Utrata może sięgać nawet 448 bajtów (512-64) na ramkę w przypadku krótkich ramek. Dlatego unowocześniono standard 1000BASE-T - wprowadzono koncepcję Packet Bursting. Pozwala znacznie efektywniej wykorzystać pole ekspansji. I działa to następująco: jeśli adapter lub przełącznik ma kilka małych ramek, które należy wysłać, to pierwsza z nich jest wysyłana w standardowy sposób, z dodaniem pola rozszerzenia do 512 bajtów. A wszystkie kolejne wysyłane są w oryginalnej postaci (bez pola rozszerzenia), z minimalnym odstępem 96 bitów między nimi. A co najważniejsze, ta luka między ramkami jest wypełniona symbolami rozpowszechniania mediów. Dzieje się tak, dopóki łączny rozmiar wysłanych ramek nie osiągnie limitu 1518 bajtów. W ten sposób nośnik nie cichnie podczas transmisji małych ramek, więc kolizja może wystąpić tylko na pierwszym etapie, podczas przesyłania pierwszej poprawnej małej ramki z polem rozszerzenia nośnej (512 bajtów). Mechanizm ten może znacznie zwiększyć wydajność sieci, zwłaszcza przy dużych obciążeniach, zmniejszając prawdopodobieństwo kolizji.

Ale to nie wystarczyło. Początkowo Gigabit Ethernet obsługiwał tylko standardowe rozmiary ramek Ethernet, od minimum 64 (z dopełnieniem do 512) do maksymalnie 1518 bajtów. Spośród nich 18 bajtów zajmuje standardowy nagłówek usługi, a dla danych jest to odpowiednio od 46 do 1500 bajtów. Ale nawet pakiet danych o rozmiarze 1500 bajtów jest za mały w przypadku sieci gigabitowej. Szczególnie dla serwerów przesyłających duże ilości danych. Policzmy trochę. Aby przesłać plik o rozmiarze 1 gigabajta przez niezaładowaną sieć Fast Ethernet, serwer przetwarza 8200 pakietów / si zajmuje to co najmniej 11 sekund. W takim przypadku komputer 200 MIPS będzie potrzebował około 10 procent czasu, aby obsłużyć same przerwań. W końcu centralny procesor musi przetworzyć (obliczyć sumę kontrolną, przesłać dane do pamięci) każdy przychodzący pakiet.

Prędkość	10 Mb / s		100 Mb / s		1000 Mb / s
Rozmiar ramki
Klatki / sek
Szybkość przesyłania danych, Mbps
Odstęp między klatkami, μs

Charakterystyka transmisji Ethernet.

W sieciach gigabitowych sytuacja jest jeszcze gorsza - obciążenie procesora wzrasta o około rząd wielkości ze względu na skrócenie odstępu czasu między ramkami i, odpowiednio, żądania przerwań do procesora. Z tabeli 1 wynika, że \u200b\u200bnawet w najlepszych warunkach (przy użyciu ramek o maksymalnym rozmiarze) klatki są oddalone od siebie o odstęp czasu nieprzekraczający 12 μs. W przypadku stosowania mniejszych ramek ten przedział czasowy tylko się zmniejsza. Dlatego w sieciach gigabitowych, co dziwne, wąskim gardłem był etap przetwarzania ramek przez procesor. Dlatego u zarania Gigabit Ethernet rzeczywiste szybkości przesyłania były dalekie od teoretycznego maksimum - procesory po prostu nie mogły poradzić sobie z obciążeniem.

Oczywiste wyjście z tej sytuacji jest następujące:

zwiększenie odstępu czasu między ramkami;

przeniesienie części obciążenia ramek przetwarzania z centralnego procesora do siebie samego adapter sieciowy.

Obie metody są obecnie wdrażane. W 1999 roku zaproponowano zwiększenie rozmiaru pakietu. Takie pakiety nazywały się Jumbo Frames, a ich rozmiar mógł wynosić od 1518 do 9018 bajtów (obecnie sprzęt niektórych producentów obsługuje również duże rozmiary ramek giga). Jumbo Frames pozwoliło zmniejszyć obciążenie centralnego procesora nawet 6-krotnie (proporcjonalnie do jego wielkości), a co za tym idzie, znacznie zwiększyć wydajność. Na przykład maksymalna ramka Jumbo o wielkości 9018 bajtów, oprócz 18-bajtowego nagłówka, zawiera 9000 bajtów na dane, co odpowiada sześciu standardowym maksymalnym ramkom Ethernet. Wzrost wydajności osiąga się nie dzięki pozbyciu się kilku nagłówków usług (ruch z ich transmisji nie przekracza kilku procent całkowitej przepustowości), ale dzięki skróceniu czasu przetwarzania takiej ramki. Dokładniej, czas przetwarzania ramki pozostaje taki sam, ale zamiast kilku małych ramek, z których każda wymagałaby N cykli procesora i jednego przerwania, przetwarzamy tylko jedną, większą ramkę.

Dość szybko rozwijający się świat szybkości przetwarzania informacji zapewnia szybsze i tańsze rozwiązania w zakresie stosowania specjalnego sprzętu do usuwania części obciążenia przetwarzania ruchu z centralnego procesora. Technologia buforowania służy również do przerywania pracy procesora w celu przetwarzania wielu ramek jednocześnie. W tej chwili technologia Gigabit Ethernet staje się coraz bardziej dostępna do użytku domowego, co bezpośrednio zainteresuje zwykłego użytkownika. Więcej szybki dostęp do zasobów domowych zapewni wysokiej jakości oglądanie wideo o wysokiej rozdzielczości, mniej czasu zajmie redystrybucja informacji i wreszcie pozwoli na kodowanie strumieni wideo na żywo na dyski sieciowe.

Podczas przygotowywania artykułu wykorzystano materiały źródłowehttp://www.ixbt.com/ ihttp://www.wikipedia.org/.

Artykuł przeczytano 15510 razy

Subskrybuj nasze kanały

Nie spieszyłem się z tłumaczeniem mojego sieć domowa od 100 Mbps do 1 Gbps, co jest raczej dziwne, ponieważ przesyłam dużą liczbę plików przez sieć. Jednak kiedy wydaję pieniądze na modernizację mojego komputera lub infrastruktury, uważam, że powinienem natychmiast uzyskać wzrost wydajności w aplikacjach i grach, które uruchamiam. Wielu użytkowników lubi bawić się nową kartą graficzną, centralnym procesorem i jakimś gadżetem. Jednak z jakiegoś powodu sprzęt sieciowy nie wzbudza takiego entuzjazmu. Rzeczywiście, trudno jest zainwestować zarobione pieniądze w infrastrukturę sieciową zamiast kolejnego technologicznego prezentu urodzinowego.

Jednak moje wymagania dotyczące przepustowości są bardzo wysokie iw pewnym momencie zdałem sobie sprawę, że infrastruktura 100 Mb / s już nie wystarcza. Wszystkie moje domowe komputery mają już zintegrowane adaptery 1 Gb / s (włączone płyty główneah), więc zdecydowałem się wziąć cennik najbliższej firmy komputerowej i zobaczyć, czego potrzebuję, aby przenieść całą infrastrukturę sieciową do 1 Gbps.

Nie, domowa sieć gigabitowa wcale nie jest taka skomplikowana.

Kupiłem i zainstalowałem cały sprzęt. Pamiętam, że kiedyś kopiowanie dużego pliku przez sieć 100 Mb / s zajmowało około półtorej minuty. Po aktualizacji do 1 Gb / s ten sam plik został skopiowany w 40 sekund. Wzrost wydajności był niezły, ale nadal nie uzyskałem dziesięciokrotnej przewagi, jakiej można by się spodziewać po porównaniu przepustowości 100 Mb / s w porównaniu do 1 Gb / s starej i nowej sieci.

Jaki jest powód?

W przypadku sieci gigabitowej wszystkie jej części muszą obsługiwać 1 Gb / s. Na przykład, jeśli masz gigabitowe karty sieciowe i odpowiednie kable, ale koncentrator / przełącznik obsługuje tylko 100 Mb / s, cała sieć będzie działać z prędkością 100 Mb / s.

Pierwszym wymaganiem jest kontroler sieciowy. Najlepiej, jeśli każdy komputer w sieci jest wyposażony w gigabitową kartę sieciową (osobną lub zintegrowaną z płytą główną). To wymaganie jest najłatwiejsze do spełnienia, ponieważ większość producentów płyt głównych ma parę ostatnie lata zintegrować gigabitowe kontrolery sieciowe.

Drugim wymaganiem jest to, że karta sieciowa musi również obsługiwać 1 Gb / s. Istnieje powszechne błędne przekonanie, że sieci gigabitowe wymagają kabla kategorii 5e, ale w rzeczywistości nawet starszy kabel Cat 5 obsługuje 1 Gb / s. Jednak kable Cat 5e mają lepszą wydajność, więc będzie ich więcej optymalne rozwiązanie dla sieci gigabitowych, zwłaszcza jeśli długość kabla jest przyzwoita. Jednak kable Cat 5e są dziś nadal najtańsze, ponieważ stary standard Cat 5 jest przestarzały. Nowsze i droższe kable Cat 6 oferują jeszcze lepszą wydajność w sieciach gigabitowych. W dalszej części artykułu porównamy wydajność kabli Cat 5e i Cat 6.

Trzecim i prawdopodobnie najdroższym elementem w sieci gigabitowej jest hub / przełącznik 1 Gb / s. Oczywiście lepiej jest użyć przełącznika (ewentualnie sparowanego z routerem), ponieważ koncentrator lub koncentrator nie jest najbardziej inteligentnym urządzeniem, po prostu transmituje wszystkie dane sieciowe przez wszystkie dostępne porty, co prowadzi do dużej liczby kolizji i spowalnia działanie sieci. Jeśli szukasz wysokiej wydajności, przełącznik gigabitowy jest niezbędny, ponieważ przekierowuje tylko dane sieciowe do właściwego portu, skutecznie zwiększając prędkość sieci w porównaniu z koncentratorem. Router zwykle zawiera wbudowany przełącznik (z wieloma portami LAN), a także umożliwia podłączenie sieci domowej do Internetu. Większość użytkowników domowych rozumie zalety routera, więc router gigabitowy jest atrakcyjną opcją.

Jak szybko powinny być gigabity? Jeśli słyszysz przedrostek „giga”, prawdopodobnie masz na myśli 1000 megabajtów, podczas gdy sieć gigabitowa powinna zapewniać 1000 megabajtów na sekundę. Jeśli tak myślisz, nie jesteś sam. Ale, niestety, w rzeczywistości wszystko jest inne.

Co to jest gigabit? To jest 1000 megabitów, a nie 1000 megabajtów. W jednym bajcie jest 8 bitów, więc policzmy: 1 000 000 000 bitów podzielone przez 8 bitów \u003d 125 000 000 bajtów. W megabajcie jest około miliona bajtów, więc sieć gigabitowa powinna zapewniać teoretyczną maksymalną szybkość przesyłania danych wynoszącą około 125 MB / s.

Jasne, 125 MB / s nie brzmi tak imponująco jak gigabity, ale rozważ to: sieć o tej szybkości powinna teoretycznie przesłać gigabajt danych w zaledwie osiem sekund. Archiwum o rozmiarze 10 GB powinno zostać przesłane w ciągu minuty i 20 sekund. Szybkość jest niesamowita: pamiętaj tylko, ile czasu zajęło przesłanie gigabajta danych, zanim pendrive'y USB były tak szybkie jak obecnie.

Oczekiwania były poważne, dlatego zdecydowaliśmy się przenieść plik przez sieć gigabitową i cieszyć się prędkością bliską 125 MB / s. Nie mamy żadnego wyspecjalizowanego, cudownego sprzętu: zwykłej sieci domowej ze starą, ale przyzwoitą technologią.

Kopiowanie pliku 4,3 GB z jednego komputera domowego na drugi przebiegało ze średnią prędkością 35,8 MB / s (test przeprowadziliśmy pięć razy). To tylko 30% teoretycznego pułapu dla sieci gigabitowej 125 MB / s.

Jakie są przyczyny problemu?

Wybór komponentów do instalacji sieci gigabitowej jest dość łatwy, ale doprowadzenie sieci do pracy z maksymalną prędkością jest znacznie trudniejsze. Czynników, które mogą prowadzić do spowolnienia sieci, jest wiele, ale jak ustaliliśmy, zależy to od szybkości dyski twarde zdolne do przesyłania danych do sterownika sieciowego.

Pierwszym ograniczeniem, które należy wziąć pod uwagę, jest interfejs kontrolera Gigabit LAN z systemem. Jeśli twój kontroler jest podłączony przez starą magistralę PCI, to ilość danych, które teoretycznie może przesłać, wynosi 133 MB / s. W przypadku przepustowości Gigabit Ethernet 125MB / s wydaje się to wystarczające, ale pamiętaj, że przepustowość PCI jest współdzielona w całym systemie. Każdy dodatkowa karta PCI i wiele komponentów systemu będzie używać tej samej przepustowości, co zmniejsza zasoby dostępne dla karty sieciowej. Kontrolery z nowym interfejsem PCI Express (PCIe) nie ma takiego problemu, ponieważ każda linia PCIe zapewnia co najmniej 250 MB / s przepustowości i jest wyłączna dla urządzenia.

Kolejnym ważnym czynnikiem wpływającym na szybkość sieci są kable. Wielu ekspertów zwraca uwagę, że niskie prędkości są gwarantowane, jeśli kable sieciowe są instalowane w pobliżu kabli zasilających, które są źródłem zakłóceń. Długie kable są również problematyczne, ponieważ kable miedziane Cat 5e są certyfikowane na maksymalną długość 100 metrów.

Niektórzy eksperci zalecają używanie nowego kabla Cat 6 zamiast Cat 5e. Często trudno jest uzasadnić takie zalecenia, ale spróbujemy przetestować wpływ kategorii kabli na małą gigabitową sieć domową.

Nie zapominajmy o systemie operacyjnym. Oczywiście system ten jest rzadko używany w środowisku gigabitowym, ale należy zauważyć, że Windows 98 SE (i starsze systemy operacyjne) nie będą w stanie wykorzystać Gigabit Ethernet, ponieważ stos TCP / IP tego systemu operacyjnego ledwo jest w stanie załadować połączenie 100 Mb / s. całkowicie. Windows 2000 i nowsze wersje systemu Windows wystarczy, chociaż starsze systemy operacyjne będą musiały wprowadzić pewne poprawki, aby jak najlepiej wykorzystać sieć. W naszych testach będziemy używać 32-bitowego systemu Windows Vista i chociaż reputacja Vista nie jest najlepsza do niektórych zadań, od samego początku obsługuje gigabitowe połączenia sieciowe.

Przejdźmy teraz do dysków twardych. Nawet stary interfejs IDE ATA / 133 powinien wystarczyć do obsługi teoretycznej szybkości transferu plików 133 MB / s, podczas gdy nowsza specyfikacja SATA jest zgodna z rachunkiem, ponieważ zapewnia co najmniej 1,5 Gbit / s (150 MB /z). Jednak podczas gdy kable i kontrolery mogą obsługiwać przesyłanie danych z taką prędkością, same dyski twarde nie mogą.

Weźmy na przykład typowy nowoczesny dysk twardy 500 GB, który ma zapewniać stałą przepustowość około 65 MB / s. Na początku płyt (pasy zewnętrzne) prędkość może być większa, ale wraz z przejściem na pasy wewnętrzne przepustowość maleje. Dane na ścieżkach wewnętrznych odczytywane są wolniej, z prędkością około 45 MB / s.

Wydawało nam się, że rozważaliśmy wszystkie możliwe wąskie gardła. Co zostało do zrobienia? Musieliśmy zrobić kilka testów i sprawdzić, czy uda nam się zwiększyć wydajność naszej sieci do teoretycznego limitu 125 MB / s.

Konfiguracja testowa

Systemy testowe	System serwerowy	System klienta
procesor	Intel Core 2 Duo E6750 (Conroe), 2,66 GHz, FSB-1333, 4 MB pamięci podręcznej	Intel Core 2 Quad Q6600 (Kentsfield), 2,7 GHz, FSB-1200, 8 MB pamięci podręcznej
Płyta główna	ASUS P5K, Intel P35, BIOS 0902	MSI P7N SLI Platinum, Nvidia nForce 750i, BIOS A2
Netto	Zintegrowany kontroler Abit Gigabit LAN	Zintegrowany kontroler nForce 750i Gigabit Ethernet
Pamięć	Wintec Ampo PC2-6400, 2x 2048 MB, DDR2-667, CL 5-5-5-15 przy 1,8 V	A-Data EXTREME DDR2 800+, 2x 2048 MB, DDR2-800, CL 5-5-5-18 przy 1,8 V
Karty graficzne	ASUS GeForce GTS 250 Dark Knight, 1 GB GDDR3-2200, procesor graficzny 738 MHz, jednostka cieniująca 1836 MHz	MSI GTX260 Lightning, 1792 MB GDDR3-1998, GPU 590 MHz, moduł cieniowania 1296 MHz
Dysk twardy 1	Seagate Barracuda ST3320620AS, 320 GB, 7200 obr./min, 16 MB pamięci podręcznej, SATA 300
Dysk twardy 2	2x Hitachi Deskstar 0A-38016 w macierzy RAID 1, 7200 obr./min, 16 MB pamięci podręcznej, SATA 300	Western digital Kawior WD50 00AAJS-00YFA, 500 GB, 7200 obr./min, 8 MB pamięci podręcznej, SATA 300
Zasilacz	Aerocool Zerodba 620w, 620W, ATX12V 2.02	Ultra HE1000X, ATX 2.2, 1000 W.
Przełącznik sieciowy	D-Link DGS-1008D, 8-portowy niezarządzalny gigabitowy przełącznik 10/100/1000
Oprogramowanie i sterowniki
OS	Microsoft Windows Vista Ultimate 32-bitowy 6.0.6001, SP1
Wersja DirectX	DirectX 10
Sterownik karty graficznej	Nvidia GeForce 185.85.0

Testy i ustawienia

Testy i ustawienia
Nodesoft Diskbench	Wersja: 2.5.0.5, kopiowanie plików, tworzenie, odczyt i test wsadowy
SiSoftware Sandra 2009 z dodatkiem SP3	Wersja 2009.4.15.92, test procesora \u003d arytmetyka procesora / multimedia, test pamięci \u003d test porównawczy przepustowości

Zanim przejdziemy do jakichkolwiek testów porównawczych, zdecydowaliśmy się przetestować dyski twarde bez korzystania z sieci, aby sprawdzić, jakiej przepustowości możemy się spodziewać w idealnym scenariuszu.

W naszej domowej sieci gigabitowej są dwa komputery PC. Pierwszy, który nazwiemy serwerem, jest wyposażony w dwa podsystemy dyskowe. Podstawowym dyskiem twardym jest kilkuletni Seagate Barracuda ST3320620AS 320 GB. Serwer działa jako NAS z dwoma macierzami RAID 1 TB dyski twarde Hitachi Deskstar 0A-38016, które są dublowane w celu zapewnienia nadmiarowości.

Drugi komputer w sieci nazwaliśmy klientem, ma dwa dyski twarde: oba 500 GB Western Digital Caviar 00AAJS-00YFA ma około sześciu miesięcy.

Najpierw przetestowaliśmy szybkość dysków twardych serwera i systemu klienckiego, aby zobaczyć, jakiej wydajności możemy się po nich spodziewać. Użyliśmy testu dysku twardego w programie SiSoftware Sandra 2009.

Nasze marzenia o osiągnięciu gigabitowych prędkości przesyłania plików zostały natychmiast rozwiane. Oba pojedyncze dyski twarde osiągnęły maksymalną prędkość odczytu około 75 MB / sw idealnych warunkach. Ponieważ ten test jest przeprowadzany w rzeczywistych warunkach, a dyski są zapełnione w 60%, możemy spodziewać się prędkości odczytu zbliżonych do indeksu 65 MB / s, który otrzymaliśmy z obu dysków twardych.

Ale spójrzmy na wydajność RAID 1 - najlepszą rzeczą w tej macierzy jest to, że sprzętowy kontroler RAID może zwiększyć wydajność odczytu poprzez jednoczesne pobieranie danych z obu dysków twardych, podobnie jak w przypadku RAID 0; ale efekt ten uzyskuje się (o ile wiemy) tylko w przypadku sprzętowych kontrolerów RAID, a nie w programowych rozwiązaniach RAID. W naszych testach macierz RAID zapewniała znacznie lepszą wydajność odczytu niż pojedynczy dysk twardy, więc są duże szanse, że uzyskamy szybki transfer plików przez sieć z macierzy RAID 1. Macierz RAID zapewniła imponującą przepustowość szczytową 108 MB / s, ale w w rzeczywistości wydajność powinna być zbliżona do wskaźnika 88 MB / s, ponieważ tablica jest zapełniona w 55%.

Więc powinniśmy uzyskać około 88 MB / s przez sieć gigabitową, prawda? To nie jest tak blisko pułapu 125 MB / s Gigabit, ale znacznie szybsze sieci 100 MB / s, które mają pułap 12,5 MB / s, więc 88 MB / s byłoby fajne w praktyce.

Ale to nie jest takie proste. To, że prędkość odczytu z dysków twardych jest dość duża, nie oznacza, że \u200b\u200bbędą one szybko zapisywać informacje w rzeczywistych warunkach. Przeprowadźmy kilka testów zapisu na dyski przed użyciem sieci. Zaczniemy od naszego serwera i skopiujemy obraz 4,3 GB z szybkiej macierzy RAID na systemowy dysk twardy o pojemności 320 GB i odwrotnie. Następnie kopiujemy plik z dysku D: klienta na jego dysk C :.

Jak widać, kopiowanie z szybkiej macierzy RAID na dysk C: przyniosło średnią prędkość zaledwie 41 MB / s. Kopiowanie z dysku C: do macierzy RAID 1 spowodowało spadek do zaledwie 25 MB / s. Co się dzieje?

Tak właśnie dzieje się w rzeczywistości: dysk twardy C: został wydany nieco ponad rok temu, ale jest zapełniony w 60%, prawdopodobnie trochę pofragmentowany, więc nie bije rekordów. Istnieją również inne czynniki, a mianowicie szybkość działania systemu i ogólnie pamięci. Macierz RAID 1 składa się ze stosunkowo nowego sprzętu, ale ze względu na nadmiarowość informacje muszą być zapisywane jednocześnie na dwóch dyskach twardych, co zmniejsza wydajność. Chociaż macierz RAID 1 może zapewnić wysoką wydajność odczytu, wydajność zapisu musi zostać poświęcona. Oczywiście mogliśmy użyć rozłożonej macierzy RAID 0, która zapewnia wysoką prędkość odczytu i zapisu, ale jeśli jeden dysk twardy umrze, wszystkie informacje zostaną uszkodzone. Ogólnie rzecz biorąc, RAID 1 to lepsza opcja, jeśli cenisz dane przechowywane na serwerze NAS.

Jednak nie wszystko jest stracone. Nowy dysk Digital Caviar o pojemności 500 GB jest w stanie nagrywać nasz plik z prędkością 70,3 MB / s (średnio z pięciu testów), a także zapewnia maksymalną prędkość 73,2 MB / s.

Biorąc to wszystko pod uwagę, spodziewaliśmy się maksymalnej szybkości transferu Gigabit wynoszącej 73 MB / sw warunkach rzeczywistych z macierzy NAS RAID 1 na dysk C: klienta. Przetestujemy również transfery plików z klienta C: dysk na serwer C: dysk, aby sprawdzić, czy możemy realistycznie oczekiwać 40 MB / s w tym kierunku.

Zacznijmy od pierwszego testu, w którym wysłaliśmy plik z dysku C: klienta na dysk C: serwera.

Jak widać, wyniki są zgodne z naszymi oczekiwaniami. Sieć gigabitowa, która teoretycznie ma przepustowość 125 MB / s, wysyła dane z dysku C: klienta z największą możliwą prędkością, prawdopodobnie około 65 MB / s. Ale, jak pokazaliśmy powyżej, serwer C: dysk może pisać tylko z prędkością około 40 MB / s.

Teraz skopiujmy plik z szybkiej macierzy RAID serwera na dysk C: komputer kliencki.

Wszystko potoczyło się zgodnie z naszymi oczekiwaniami. Z naszych testów wiemy, że dysk C: komputera klienta jest w stanie zapisywać dane z prędkością około 70 MB / s, a wydajność sieci gigabitowej jest bardzo zbliżona do tej prędkości.

Niestety, nasze wyniki nawet nie zbliżają się do teoretycznej maksymalnej przepustowości 125 MB / s. Czy możemy przetestować maksymalną prędkość sieci? Oczywiście, ale nie w realistycznym scenariuszu. Postaramy się przesłać informacje przez sieć z pamięci do pamięci, aby ominąć wszelkie ograniczenia przepustowości dysków twardych.

Aby to zrobić, utworzymy dysk RAM 1 GB na serwerze i komputerach klienckich, a następnie prześlemy plik 1 GB między tymi dyskami przez sieć. Ponieważ nawet wolna pamięć DDR2 może przesyłać dane z prędkością ponad 3000 MB / s, czynnikiem ograniczającym będzie przepustowość sieci.

Osiągnęliśmy maksymalną prędkość naszej gigabitowej sieci 111,4 MB / s, co jest bardzo zbliżone do teoretycznego limitu 125 MB / s. Znakomity wynik, nie ma co narzekać, gdyż rzeczywista przepustowość nadal nie osiągnie teoretycznego maksimum ze względu na transmisję dodatkowe informacje, błędy, retransmisje itp.

Wniosek będzie następujący: dziś wydajność przesyłania informacji przez sieć gigabitową spoczywa na dyskach twardych, to znaczy szybkość transferu będzie ograniczona przez najwolniejszy dysk twardy uczestniczący w procesie. Po udzieleniu odpowiedzi na najważniejsze pytanie, możemy przejść do testów szybkości w zależności od konfiguracji kabla, aby nasz artykuł był kompletny. Czy optymalizacja okablowania może jeszcze bardziej zbliżyć prędkości sieci do teoretycznych ograniczeń?

Ponieważ wydajność w naszych testach była bliska zamierzonej, jest mało prawdopodobne, abyśmy zauważyli poprawę przy zmianie konfiguracji kabla. Ale nadal chcieliśmy przeprowadzić testy, aby zbliżyć się do teoretycznego ograniczenia prędkości.

Przeprowadziliśmy cztery testy.

Test 1: domyślny.

W tym teście użyliśmy dwóch kabli o długości około 8 metrów, każdy podłączony do komputera na jednym końcu i do gigabitowego przełącznika na drugim. Zostawiliśmy kable tam, gdzie zostały ułożone, czyli obok kabli zasilających i gniazdek.

Tym razem użyliśmy tych samych 8-metrowych kabli co w pierwszym teście, ale odsunęliśmy kabel sieciowy jak najdalej od kabli zasilających i przedłużaczy.

W tym teście usunęliśmy jeden z 8 kabli i zastąpiliśmy go 1-metrowym kablem Cat 5e.

W ostatnim teście zamieniliśmy 8 m kabli Cat 5e na 8 m kabli Cat 6.

Ogólnie rzecz biorąc, nasze testy różne konfiguracje kable nie wykazały poważnej różnicy, ale można wyciągnąć wnioski.

Test 2: Redukcja szumów z kabli zasilających.

W mniejszych sieciach, takich jak nasza sieć domowa, testy pokazują, że nie musisz się martwić o prowadzenie kabli LAN w pobliżu kabli elektrycznych, gniazdek i przedłużaczy. Oczywiście odbiór będzie wyższy, ale nie będzie to miało poważnego wpływu na prędkość sieci. Mając to na uwadze, najlepiej unikać układania w pobliżu kabli zasilających i pamiętaj, że w Twojej sieci może być inaczej.

Test 3: zmniejszanie długości kabli.

To nie jest całkowicie poprawny test, ale próbowaliśmy dostrzec różnicę. Należy pamiętać, że zamiana ośmiometrowego kabla na metrowy może mieć wpływ na wynik po prostu innych kabli niż różnice odległości. W każdym razie w większości testów nie widzimy żadnej znaczącej różnicy poza nieprawidłowym wzrostem przepustowości podczas kopiowania z dysku C: klienta na dysk C: serwera.

Test 4: wymiana kabli Cat 5e na Cat 6.

Ponownie nie znaleźliśmy żadnej znaczącej różnicy. Ponieważ kable mają około 8 metrów długości, dłuższe kable mogą mieć duże znaczenie. Ale jeśli twoja długość nie jest maksymalna, kable Cat 5e będą działać całkiem dobrze w domowej sieci gigabitowej z odległością 16 metrów między dwoma komputerami.

Warto zauważyć, że manipulacja kablami nie miała wpływu na przesyłanie danych między dyskami RAM komputerów. Jest całkiem oczywiste, że jakiś inny komponent w sieci ograniczał wydajność do magicznej liczby 111 MB / s. Jednak taki wynik jest nadal do zaakceptowania.

Czy sieci gigabitowe zapewniają gigabitową prędkość? Jak się okazuje, prawie to dają.

Jednak w rzeczywistości dyski twarde znacznie ograniczają prędkość sieci. W scenariuszu z syntetyczną pamięcią do pamięci, nasza sieć gigabitowa dawała wydajność bardzo zbliżoną do teoretycznego limitu 125 MB / s. Regularne prędkości sieciowe, biorąc pod uwagę wydajność dysków twardych, będą ograniczone do poziomu od 20 do 85 MB / s, w zależności od użytych dysków twardych.

Przetestowaliśmy również wpływ przewodów zasilających, długości kabli i migracji z kategorii 5e do kat 6. W naszej małej sieci domowej żaden z tych czynników nie wpłynął znacząco na wydajność, chociaż chcielibyśmy zwrócić uwagę, że w większej, bardziej złożonej sieci o dłuższych długościach czynniki te mogą wpływać znacznie silniej.

Ogólnie rzecz biorąc, jeśli przesyłasz dużą liczbę plików w sieci domowej, zalecamy skonfigurowanie sieci gigabitowej. Przejście z sieci 100 Mb / s zapewni niezły wzrost wydajności, co najmniej dwukrotnie szybszy transfer plików.

Gigabit Ethernet w sieci domowej może zapewnić większy wzrost wydajności, jeśli odczytujesz pliki z szybkiej pamięci masowej NAS, która wykorzystuje sprzętową macierz RAID. W naszej sieci testowej przesłaliśmy plik 4,3 GB w zaledwie minutę. W przypadku połączenia o szybkości 100 Mb / s ten sam plik był kopiowany przez około sześć minut.

Sieci gigabitowe stają się coraz bardziej przystępne cenowo. Teraz pozostaje tylko czekać, aż prędkość dysków twardych wzrośnie do tego samego poziomu. Na razie zalecamy tworzenie tablic, które mogą ominąć ograniczenia. nowoczesne technologie HDD. Wtedy możesz wycisnąć więcej wydajności z sieci gigabitowej.

Gigabit Ethernet

Teraz dużo się mówi o czasie masowego przestawiania się na gigabitowe prędkości przy podłączaniu końcowych użytkowników sieci lokalnych i znowu pojawia się pytanie o zasadność i progresywność rozwiązań „światłowód do miejsca pracy”, „światłowód do domu” itp. W związku z tym ten artykuł, opisujący standardy nie tylko dla miedzi, ale głównie dla światłowodowych interfejsów GigE, będzie całkiem odpowiedni i aktualny.

architektura Gigabit Ethernet

Rysunek 1 przedstawia strukturę warstw Gigabit Ethernet. Podobnie jak Fast Ethernet, Gigabit Ethernet nie istnieje schemat uniwersalny kodowanie sygnału, które byłoby idealne dla wszystkich interfejsów fizycznych - tak więc z jednej strony standardy 1000Base-LX / SX / CX wykorzystują kodowanie 8B / 10B, az drugiej strony standard 1000Base-T wykorzystuje specjalny rozszerzony TX / T2. Funkcja kodowania jest wykonywana przez podwarstwę kodującą PCS umieszczoną poniżej niezależnego interfejsu GMII.

Postać: 1. Struktura warstw standardu Gigabit Ethernet, interfejs GII i transceiver Gigabit Ethernet

Interfejs GMII. Interfejs Gigabit Media Independent Interface (GMII) zapewnia współdziałanie między warstwą MAC a warstwą fizyczną. Interfejs GMII jest rozszerzeniem interfejsu MII i może obsługiwać prędkości 10, 100 i 1000 Mb / s. Posiada oddzielny 8-bitowy odbiornik i nadajnik i może obsługiwać tryby półdupleksu i pełnego dupleksu. Dodatkowo interfejs GMII przenosi jeden sygnał zegarowy, a dwa sygnały stanu linii - pierwszy (w stanie ON) wskazuje na obecność nośnej, a drugi (w stanie ON) wskazuje na brak kolizji - i kilka innych kanałów sygnałowych. i jedzenie. Moduł nadawczo-odbiorczy, obejmujący warstwę fizyczną i zapewniający jeden z interfejsów zależnych od mediów fizycznych, może łączyć się na przykład z przełącznikiem Gigabit Ethernet za pośrednictwem interfejsu GMII.

Fizyczna podwarstwa kodująca PCS. Podłączając interfejsy 1000Base-X, podwarstwa PCS wykorzystuje nadmiarowe kodowanie blokowe 8B10B, zapożyczone ze standardu Fibre Channel ANSI X3T11. Podobnie jak w rozważanym standardzie FDDI, tylko na podstawie bardziej złożonej tablicy kodów każde 8 bitów wejściowych przeznaczonych do transmisji do węzła zdalnego jest konwertowane na 10-bitowe symbole (grupy kodów). Ponadto w wyjściowym strumieniu szeregowym znajdują się specjalne 10-bitowe znaki sterujące. Przykładem znaków sterujących są znaki używane do rozszerzania mediów (dopełnianie ramki Gigabit Ethernet do jej minimalnego rozmiaru 512 bajtów). Po podłączeniu interfejsu 1000Base-T podwarstwa PCS implementuje specjalne kodowanie odporne na zakłócenia, aby zapewnić transmisję przez skrętkę UTP kat. 5 na odległość do 100 metrów - kod linii TX / T2 opracowany przez Level One Communications.

Na tym poziomie podrzędnym generowane są dwa sygnały stanu linii - obecna nośna i brak sygnałów kolizji.

Podpoziomy PMA i PMD. Fizyczna warstwa Gigabit Ethernet wykorzystuje wiele interfejsów, w tym tradycyjną skrętkę kategorii 5, a także światłowód wielomodowy i jednomodowy. Podwarstwa PMA konwertuje równoległy strumień znaków z PCS na strumień szeregowy, a także konwertuje (równolegle) przychodzący strumień szeregowy z PMD. Podwarstwa PMD definiuje optyczne / elektryczne właściwości sygnałów fizycznych dla różnych środowisk. Łącznie 4 inny rodzaj fizyczny interfejs medium, co znajduje odzwierciedlenie w specyfikacji standardów 802.3z (1000Base-X) i 802.3ab (1000Base-T), (rys. 2).

Postać: 2. Fizyczne interfejsy standardu Gigabit Ethernet

interfejs 1000Base-X

Interfejs 1000Base-X jest oparty na standardzie warstwy fizycznej Fibre Channel. Fibre Channel to technologia, która łączy stacje robocze, superkomputery, urządzenia pamięci masowej i węzły brzegowe. Fibre Channel ma architekturę 4-warstwową. Dwie niższe warstwy FC-0 (interfejsy i media) i FC-1 (kodowanie / dekodowanie) zostały przeniesione do Gigabit Ethernet. Ponieważ Fibre Channel jest zatwierdzoną technologią, posunięcie to znacznie skróciło czas opracowywania oryginalnego standardu Gigabit Ethernet.

Kod blokowy 8B / 10B jest podobny do kodu 4B / 5B używanego w standardzie FDDI. Jednak kod 4B / 5B został odrzucony w Fibre Channel, ponieważ kod nie zapewnia równowagi DC. Nierównowaga może potencjalnie prowadzić do zależnego od danych nagrzewania się diod laserowych, ponieważ nadajnik może transmitować więcej „1” (promieniowania) bitów niż „0” (brak promieniowania), co może powodować dodatkowe błędy przy dużych szybkościach transmisji.

1000Base-X jest podzielony na trzy interfejsy fizyczne, których główne cechy przedstawiono poniżej:

Interfejs 1000Base-SX wykrywa lasery o dopuszczalnej długości promieniowania w zakresie 770-860 nm, mocy promieniowania nadajnika w zakresie od -10 do 0 dBm, ze stosunkiem ON / OFF (sygnał / brak sygnału) nie mniejszym niż 9 dB. Czułość odbiornika -17 dBm, nasycenie odbiornika 0 dBm;

Interfejs 1000Base-LX wykrywa lasery o dopuszczalnej długości promieniowania w zakresie 1270-1355 nm, mocy promieniowania nadajnika w zakresie od -13,5 do -3 dBm, ze stosunkiem ON / OFF (sygnał / brak sygnału) minimum 9 dB. Czułość odbiornika -19 dBm, nasycenie odbiornika -3 dBm;

Ekranowana skrętka 1000Base-CX (STP „twinax”) na krótkie odległości.

Dla porównania, Tabela 1 przedstawia główne cechy optycznych modułów nadawczo-odbiorczych produkowanych przez firmę Hewlett Packard dla standardowych interfejsów 1000Base-SX (model HFBR-5305, \u003d 850 nm) i 1000Base-LX (model HFCT-5305, \u003d 1300 nm).

Tabela 1. Specyfikacje optycznych transceiverów Gigabit Ethernet

Obsługiwane odległości dla standardów 1000Base-X przedstawiono w Tabeli 2.

Tabela 2. Specyfikacje optycznych transceiverów Gigabit Ethernet

Podczas kodowania 8B / 10B, szybkość transmisji w linia optyczna wynosi 1250 punktów bazowych. Oznacza to, że szerokość pasma dozwolonej długości kabla musi przekraczać 625 MHz. Ze stołu. 2 pokazuje, że to kryterium dla wierszy 2-6 jest spełnione. Ze względu na dużą prędkość transmisji Gigabit Ethernet należy zachować ostrożność podczas konstruowania długich segmentów. Zdecydowanie preferowany jest światłowód jednomodowy. W takim przypadku charakterystyka transceiverów optycznych może być znacznie wyższa. Na przykład NBase produkuje przełączniki z portami Gigabit Ethernet, które zapewniają odległości do 40 km na światłowodzie jednomodowym bez retransmisji (stosowane są lasery DFB o wąskim spektrum działające przy 1550 nm).

cechy wykorzystania światłowodu wielomodowego

Istnieje ogromna liczba plików sieci korporacyjne oparty na światłowodzie wielomodowym z włóknami 62,5 / 125 i 50/125. Dlatego naturalne jest, że już na etapie tworzenia standardu Gigabit Ethernet pojawił się problem dostosowania tej technologii do zastosowania w istniejących wielomodowych systemach kablowych. W trakcie badań nad opracowaniem specyfikacji 1000Base-SX i 1000Base-LX ujawniono jedną bardzo interesującą anomalię związaną ze stosowaniem nadajników laserowych w połączeniu ze światłowodem wielomodowym.

Światłowód wielomodowy został zaprojektowany do współpracy z diodami elektroluminescencyjnymi (widmo emisyjne 30-50 ns). Niespójne promieniowanie z takich diod LED dociera do światłowodu na całym obszarze rdzenia przenoszącego światło. W rezultacie ogromna liczba grup modów jest wzbudzonych we włóknie. Rozchodzący się sygnał dobrze nadaje się do opisu w języku dyspersji międzymodowej. Skuteczność zastosowania takich diod LED jako nadajników w standardzie Gigabit Ethernet jest niska, ze względu na bardzo wysoką częstotliwość modulacji - przepływność w linii optycznej wynosi 1250 Mbaud, a czas trwania jednego impulsu 0,8 ns. Maksymalna prędkość, gdy diody nadal są wykorzystywane do transmisji sygnału po światłowodzie wielomodowym, wynosi 622,08 Mb / s (STM-4, biorąc pod uwagę redundancję kodu 8B / 10B, przepływność w linii optycznej wynosi 777,6 Mbaud). Dlatego Gigabit Ethernet stał się pierwszym standardem, który regulował użycie optycznych nadajników laserowych w połączeniu ze światłowodem wielomodowym. Obszar wejściowy promieniowania laserowego do światłowodu jest znacznie mniejszy niż rozmiar rdzenia światłowodu wielomodowego. Fakt ten sam w sobie nie prowadzi jeszcze do problemu. Jednocześnie w procesie technologicznym wytwarzania standardowych światłowodów wielomodowych na rynku dopuszcza się występowanie pewnych wad (odchyleń w dopuszczalnym zakresie), które nie są krytyczne dla tradycyjnego zastosowania włókien, większość skoncentrowane w pobliżu osi rdzenia włókna. Chociaż taki światłowód wielomodowy w pełni spełnia wymagania normy, spójne światło z lasera wprowadzane do środka takiego włókna, przechodzące przez obszary o niejednorodności współczynnika załamania światła, jest w stanie rozszczepić się na niewielką liczbę modów, które następnie rozchodzą się wzdłuż światłowodu różnymi drogami optycznymi iz różnymi prędkościami. Zjawisko to jest znane jako DMD z opóźnieniem różnicowym. W rezultacie pojawia się przesunięcie fazowe między modami, prowadzące do niepożądanych zakłóceń po stronie odbiorczej i do znacznego wzrostu liczby błędów (rys. 3a). Należy zauważyć, że efekt objawia się tylko przy jednoczesnej kombinacji wielu okoliczności: mniej udanego włókna, mniej skutecznego nadajnika laserowego (oczywiście spełniającego normę) i mniej skutecznego promieniowania wprowadzanego do światłowodu. Od strony fizycznej efekt DMD jest związany z faktem, że energia ze spójnego źródła jest rozprowadzana w niewielkiej liczbie modów, podczas gdy niespójne źródło jednorodnie wzbudza ogromną liczbę modów. Badania pokazują, że efekt jest wyraźniejszy w przypadku korzystania z laserów o dużej długości fali (okno przezroczystości 1300 nm).

Ryc.3. Propagacja promieniowania koherentnego w światłowodzie wielomodowym: a) Manifestacja efektu opóźnienia modów różnicowych (DMD) przy osiowym sprzężeniu promieniowania; b) Pozaosiowe sprzężenie koherentnego promieniowania w światłowodzie wielomodowym.

Ta anomalia w najgorszym przypadku może prowadzić do zmniejszenia maksymalnej długości segmentu w oparciu o wielomodowy FOC. Ponieważ norma ma zapewniać 100% gwarancję działania, maksymalna długość segmentu powinna być regulowana z uwzględnieniem możliwego przejawiania się efektu DMD.

Interfejs 1000Base-LX... Aby zachować większą odległość i uniknąć nieprzewidywalności zachowania łącza Gigabit Ethernet z powodu anomalii, proponuje się wstrzyknięcie promieniowania do niecentralnej części rdzenia światłowodu wielomodowego. Promieniowanie z powodu rozbieżności apertury jest równomiernie rozłożone na całym rdzeniu światłowodu, znacznie osłabiając manifestację tego efektu, chociaż maksymalna długość segmentu pozostaje po tym ograniczona (tabela 2). Specjalnie zaprojektowane są przejściowe kable światłowodowe MCP (mode Conditioning patch -cordy) jednomodowe, w których jedno ze złączy (czyli to, które ma być łączone ze światłowodem wielomodowym) ma niewielkie przesunięcie względem osi rdzenia światłowodu. Przewód optyczny z jednym złączem będącym Duplex SC z przesuniętym rdzeniem, a drugim ze zwykłym Duplex SC można nazwać MCP Duplex SC - Duplex SC. Oczywiście taki kabel nie nadaje się do stosowania w tradycyjnych sieciach, na przykład Fast Ethernet, ze względu na duże straty wtrąceniowe na interfejsie z MCP Duplex SC. Przejściowy MCP może być połączonym światłowodem jednomodowym i wielomodowym i zawierać wewnętrznie element polaryzacji między włóknami. Następnie koniec jednomodowy jest podłączany do nadajnika laserowego. Jeśli chodzi o odbiornik, można do niego podłączyć standardowy patchcord wielomodowy. Zastosowanie przejściowych przewodów MCP umożliwia doprowadzenie promieniowania do światłowodu wielomodowego przez obszar przesunięty o 10-15 mikronów od osi (rys. 3b). W ten sposób pozostaje możliwe użycie portów interfejsu 1000Base-LX z jednomodowymi FOC, ponieważ tam promieniowanie będzie wstrzykiwane dokładnie w środek rdzenia światłowodu.

Interfejs 1000Base-SX... Ponieważ interfejs 1000Base-SX jest znormalizowany tylko do użytku ze światłowodem wielomodowym, przesunięcie obszaru wejściowego promieniowania od centralnej osi światłowodu może być realizowane wewnątrz samego urządzenia, eliminując w ten sposób potrzebę stosowania optycznego przewodu dopasowującego.

interfejs 1000Base-T

1000Base-T to standardowy interfejs Gigabit Ethernet do transmisji za pośrednictwem nieekranowanej skrętki kategorii 5 i wyższej na odległości do 100 metrów. Do transmisji wykorzystywane są wszystkie cztery pary kabli miedzianych, prędkość transmisji jednej pary wynosi 250 Mbit / s. Zakłada się, że standard zapewni transmisję w trybie pełnego dupleksu, a dane na każdej parze będą przesyłane jednocześnie w dwóch kierunkach naraz - dual duplex. 1000Base-T. Technicznie okazało się, że wdrożenie transmisji dupleksowej 1 Gbps po skrętce UTP kat. 5 jest dość trudne, znacznie trudniejsze niż w standardzie 100Base-TX. Efekt przesłuchu bliskiego i dalekiego z trzech sąsiadujących skręcone pary dla danej pary w czteroparowym kablu wymaga opracowania specjalnej szyfrowanej transmisji odpornej na zakłócenia oraz inteligentnego węzła do rozpoznawania i odtwarzania sygnału w momencie odbioru. Początkowo rozważano kilka metod kodowania jako kandydatów do zatwierdzenia w standardzie 1000Base-T, w tym: 5-poziomowe kodowanie amplitudy impulsu PAM-5; kwadraturowa modulacja amplitudy QAM-25, itp. Poniżej znajdują się krótkie pomysły na PAM-5, ostatecznie zatwierdzony jako standard.

Dlaczego kodowanie 5-poziomowe. Typowe czteropoziomowe kodowanie przetwarza przychodzące bity parami. W sumie są 4 różne kombinacje - 00, 01, 10, 11. Nadajnik może ustawić własny poziom napięcia nadawanego sygnału dla każdej pary bitów, co zmniejsza o połowę częstotliwość modulacji czteropoziomowego sygnału, 125 MHz zamiast 250 MHz (rys. 4), a zatem częstotliwość promieniowania. Dodano piąty poziom, aby stworzyć nadmiarowość kodu. W rezultacie możliwa staje się korekcja błędów odbioru. Daje to dodatkowe 6 dB stosunek sygnału do szumu.

Ryc.4. 4-poziomowy schemat kodowania PAM-4

poziom MAC

Warstwa Gigabit Ethernet MAC wykorzystuje ten sam protokół przesyłania CSMA / CD, co jej przodkowie Ethernet i Fast Ethernet. Protokół określa główne ograniczenia dotyczące maksymalnej długości segmentu (lub domeny kolizyjnej).

Standard Ethernet IEEE 802.3 ma minimalny rozmiar ramki 64 bajty. Jest to wartość minimalnego rozmiaru ramki, która określa maksymalną dopuszczalną odległość między stacjami (średnica domeny kolizyjnej). Czas, w którym stacja transmituje taką ramkę - czas kanału - to 512 BT lub 51,2 μs. Maksymalna długość sieci Ethernet jest określana na podstawie warunku rozwiązania kolizji, a mianowicie czas potrzebny na dotarcie sygnału do zdalnego węzła i powrót RDT z powrotem nie powinien przekraczać 512 BT (z wyłączeniem preambuły).

Przy przełączaniu z Ethernetu na Fast Ethernet zwiększa się prędkość transmisji i odpowiednio skraca się czas translacji 64-bajtowej ramki - wynosi 512 BT lub 5,12 μs (w Fast Ethernet 1 BT \u003d 0,01 μs). Aby móc wykryć wszystkie kolizje przed końcem transmisji ramki, tak jak poprzednio, musi być spełniony jeden z warunków:

Fast Ethernet utrzymywał ten sam minimalny rozmiar ramki co Ethernet. To zachowało kompatybilność, ale spowodowało znaczne zmniejszenie średnicy domeny kolizyjnej.

Ponownie, ze względu na swoją ciągłość, standard Gigabit Ethernet musi obsługiwać te same minimalne i maksymalne rozmiary ramek, które są akceptowane w przypadku sieci Ethernet i Fast Ethernet. Jednak wraz ze wzrostem szybkości transmisji czas transmisji pakietu o tej samej długości odpowiednio się zmniejsza. Przy zachowaniu tej samej minimalnej długości ramy doprowadziłoby to do zmniejszenia średnicy sieci, która nie przekroczyłaby 20 metrów, co byłoby mało przydatne. Dlatego przy opracowywaniu standardu Gigabit Ethernet zdecydowano się na wydłużenie czasu kanału. W Gigabit Ethernet jest to 4096 BT i jest 8 razy szybszy niż Ethernet i Fast Ethernet. Jednak aby zachować zgodność ze standardami Ethernet i Fast Ethernet, minimalny rozmiar ramki nie został zwiększony, ale dodano do ramki dodatkowe pole, zwane „rozszerzeniem mediów”.

przedłużenie przewoźnika

Znaki w dodatkowym polu zwykle nie przenoszą informacji serwisowych, ale wypełniają kanał i zwiększają „okno kolizji”. W rezultacie kolizja zostanie zarejestrowana przez wszystkie stacje o większej średnicy domeny kolizyjnej.

Jeśli stacja chce przesłać krótką (mniej niż 512 bajtów) ramkę, to pole jest dodawane przed transmisją - rozszerzenie nośnej, które uzupełnia ramkę do 512 bajtów. Pole suma kontrolna obliczany tylko dla oryginalnej ramki i nie dotyczy pola rozszerzenia. Po odebraniu ramki pole rozszerzenia jest odrzucane. Dlatego warstwa LLC nawet nie wie o obecności pola rozszerzenia. Jeśli rozmiar ramki jest równy lub większy niż 512 bajtów, nie ma pola rozszerzenia multimediów. Rysunek 5 przedstawia format ramki Gigabit Ethernet w przypadku korzystania z rozszerzenia multimedialnego.

Ryc.5. Ramka Gigabit Ethernet z polem rozszerzenia mediów.

pękanie pakietów

Rozszerzanie mediów jest najbardziej naturalnym rozwiązaniem zapewniającym zgodność z Fast Ethernet i taką samą średnicą domeny kolizyjnej. Ale to marnuje przepustowość. Podczas przesyłania krótkiej ramki można zmarnować do 448 bajtów (512-64). Na etapie opracowywania standardu Gigabit Ethernet firma NBase Communications przedstawiła propozycję aktualizacji standardu. To uaktualnienie, zwane przeciążeniem wsadowym, pozwala na bardziej wydajne wykorzystanie pola rozszerzenia. Jeżeli stacja / przełącznik ma kilka małych ramek do wysłania, to pierwsza ramka jest dopełniana polem rozszerzenia nośnej do 512 bajtów i wysyłana. Reszta ramek jest wysyłana po minimalnym odstępie między ramkami wynoszącym 96 bitów, z jednym ważnym wyjątkiem - lukę międzyramkową wypełniają symbole rozszerzenia (rys. 6a). Dzięki temu medium nie milknie pomiędzy wysyłaniem krótkich, oryginalnych ramek, a żadne inne urządzenie w sieci nie może zakłócać transmisji. Takie wyrównanie ramek może wystąpić, dopóki całkowita liczba przesłanych bajtów nie przekroczy 1518. Przeciążenie pakietów zmniejsza prawdopodobieństwo kolizji, ponieważ przeciążona ramka może kolidować tylko na etapie transmisji jej pierwszej oryginalnej ramki, w tym rozszerzania mediów, co z pewnością zwiększa wydajność sieci. szczególnie przy dużych obciążeniach (rys. 6-b).

Ryc.6. Przeciążenie pakietów: a) transmisja ramek; b) zachowanie przepustowości.

Według materiałów firmy "Telecom Transport"

Nie spieszyłem się, aby przenieść moją sieć domową ze 100 Mb / s na 1 Gb / s, co jest dla mnie dość dziwne, ponieważ przesyłam wiele plików przez sieć. Jednak kiedy wydaję pieniądze na modernizację mojego komputera lub infrastruktury, uważam, że powinienem natychmiast uzyskać wzrost wydajności w aplikacjach i grach, które uruchamiam. Wielu użytkowników lubi bawić się nową kartą graficzną, centralnym procesorem i jakimś gadżetem. Jednak z jakiegoś powodu sprzęt sieciowy nie wzbudza takiego entuzjazmu. Rzeczywiście, trudno jest zainwestować zarobione pieniądze w infrastrukturę sieciową zamiast kolejnego technologicznego prezentu urodzinowego.

Jednak moje wymagania dotyczące przepustowości są bardzo wysokie iw pewnym momencie zdałem sobie sprawę, że infrastruktura 100 Mb / s już nie wystarcza. Wszystkie moje domowe komputery mają już zintegrowane adaptery 1 Gbps (na płytach głównych), więc zdecydowałem się wziąć cennik najbliższej firmy komputerowej i zobaczyć, czego potrzebuję, aby przenieść całą moją infrastrukturę sieciową do 1 Gbps.

Nie, domowa sieć gigabitowa wcale nie jest taka skomplikowana.

Kupiłem i zainstalowałem cały sprzęt. Pamiętam, że kiedyś kopiowanie dużego pliku przez sieć 100 Mb / s zajmowało około półtorej minuty. Po aktualizacji do 1 Gb / s ten sam plik został skopiowany w 40 sekund. Wzrost wydajności był niezły, ale nadal nie uzyskałem dziesięciokrotnej przewagi, jakiej można by się spodziewać po porównaniu przepustowości 100 Mb / s w porównaniu do 1 Gb / s starej i nowej sieci.

Jaki jest powód?

W przypadku sieci gigabitowej wszystkie jej części muszą obsługiwać 1 Gb / s. Na przykład, jeśli masz gigabitowe karty sieciowe i odpowiednie kable, ale koncentrator / przełącznik obsługuje tylko 100 Mb / s, cała sieć będzie działać z prędkością 100 Mb / s.

Pierwszym wymaganiem jest kontroler sieciowy. Najlepiej, jeśli każdy komputer w sieci jest wyposażony w gigabitową kartę sieciową (osobną lub zintegrowaną z płytą główną). To wymaganie jest najłatwiejsze do spełnienia, ponieważ większość producentów płyt głównych integruje kontrolery sieci gigabitowych w ciągu ostatnich kilku lat.

Drugim wymaganiem jest to, że karta sieciowa musi również obsługiwać 1 Gb / s. Istnieje powszechne błędne przekonanie, że sieci gigabitowe wymagają kabla kategorii 5e, ale w rzeczywistości nawet starszy kabel Cat 5 obsługuje 1 Gb / s. Jednak kable Cat 5e mają lepszą wydajność, więc będą lepszym rozwiązaniem dla sieci gigabitowych, zwłaszcza jeśli kable są wystarczająco długie. Jednak kable Cat 5e są dziś nadal najtańsze, ponieważ stary standard Cat 5 jest przestarzały. Nowsze i droższe kable Cat 6 oferują jeszcze lepszą wydajność w sieciach gigabitowych. W dalszej części artykułu porównamy wydajność kabli Cat 5e i Cat 6.

Trzecim i prawdopodobnie najdroższym elementem w sieci gigabitowej jest hub / przełącznik 1 Gb / s. Oczywiście lepiej jest użyć przełącznika (ewentualnie sparowanego z routerem), ponieważ koncentrator lub koncentrator nie jest najbardziej inteligentnym urządzeniem, po prostu transmituje wszystkie dane sieciowe przez wszystkie dostępne porty, co prowadzi do dużej liczby kolizji i spowalnia działanie sieci. Jeśli szukasz wysokiej wydajności, przełącznik gigabitowy jest niezbędny, ponieważ przekierowuje tylko dane sieciowe do właściwego portu, skutecznie zwiększając prędkość sieci w porównaniu z koncentratorem. Router zwykle zawiera wbudowany przełącznik (z wieloma portami LAN), a także umożliwia podłączenie sieci domowej do Internetu. Większość użytkowników domowych rozumie zalety routera, więc router gigabitowy jest atrakcyjną opcją.

ZADOWOLONY

Wprowadzenie

Sieci oparte na sieci Ethernet 10/100 Mb / s w zupełności wystarczą do dowolnego zadania w małych sieciach. A co z przyszłością? Czy myślałeś o strumieniowym przesyłaniu wideo przez sieć domową? Czy Ethernet 10/100 sobie z nimi poradzi?

W naszym pierwszym artykule na temat Gigabit Ethernet przyjrzymy się temu bliżej i określimy, czy jest potrzebny. Spróbujemy również dowiedzieć się, czego potrzebujesz, aby utworzyć sieć obsługującą gigabitowe połączenia, i obejrzymy szybką prezentację sprzętu gigabitowego dla małych sieci.

Co to jest Gigabit Ethernet?

Gigabit Ethernet jest również znany jako gigabit over copper lub 1000BaseT... Jest to zwykła wersja Ethernet działająca z prędkością do 1000 megabitów na sekundę, czyli dziesięć razy szybciej niż 100BaseT.

Gigabit Ethernet jest oparty na standardzie IEEE 802.3z który został zatwierdzony w 1998 roku. Jednak w czerwcu 1999 r. Wyszedł dodatek - standardowy gigabitowy Ethernet przez miedzianą skrętkę 1000BaseT... To właśnie ten standard był w stanie wyprowadzić Gigabit Ethernet z serwerowni i sieci szkieletowych, zapewniając jego użycie w takich samych warunkach jak 10/100 Ethernet.

Przed 1000BaseT, Gigabit Ethernet wymagał użycia światłowodów lub ekranowanych kabli miedzianych, które są trudne do okablowania konwencjonalnych sieci LAN. Te kable (1000BaseSX, 1000BaseLX i 1000BaseCX) są nadal używane w specjalnych aplikacjach, więc nie będziemy ich omawiać.

Grupa 802.3z Gigabit Ethernet wykonała doskonałą robotę, udostępniając uniwersalny standard dziesięć razy szybciej niż 100BaseT. 1000BaseT jest również kompatybilny wstecz ze sprzętem 10/100 używa CAT-5 kabel (lub wyższa kategoria). Nawiasem mówiąc, dziś typowa sieć jest budowana na podstawie kabla piątej kategorii.

Czy tego potrzebujemy?

Pierwsza literatura na temat Gigabit Ethernet wskazywała na rynek przedsiębiorstw jako obszar zastosowań nowego standardu, a najczęściej komunikacji hurtowni danych. Ponieważ Gigabit Ethernet zapewnia dziesięciokrotnie większą przepustowość niż tradycyjny 100BaseT, naturalnym zastosowaniem standardu jest łączenie miejsc o dużej przepustowości. Jest to komunikacja między serwerami, przełącznikami i sieciami szkieletowymi. Tutaj jest potrzebny, potrzebny i przydatny Gigabit Ethernet.

Wraz ze spadkiem ceny sprzętu gigabitowego, zakres technologii 1000BaseT rozszerzył się o „zaawansowanych użytkowników” i komputery grup roboczych korzystające z „aplikacji wymagających dużej przepustowości”.

Ponieważ większość małych sieci ma niewielkie zapotrzebowanie na dane, jest mało prawdopodobne, aby kiedykolwiek potrzebowały przepustowości 1000BaseT. Przyjrzyjmy się typowym małym aplikacjom sieciowym i oceńmy ich zapotrzebowanie na Gigabit Ethernet.

Czy go potrzebujemy, kontynuacja

• Przesyłanie dużych plików przez sieć

  Taka aplikacja jest raczej typowa dla małych biur, szczególnie w firmach zajmujących się projektowaniem graficznym, architekturą lub inną działalnością związaną z przetwarzaniem plików o wielkości od kilkudziesięciu do kilkuset megabajtów. Możesz łatwo obliczyć, że plik 100 MB zostanie przesłany przez sieć 100BaseT w zaledwie osiem sekund [(100 MB x 8 bitów / bajt) / 100 Mb / s]. W rzeczywistości wiele czynników obniża prędkość transferu, więc przesyłanie pliku zajmie trochę więcej czasu. Niektóre z tych czynników są związane z systemem operacyjnym, uruchomionymi aplikacjami, ilością pamięci na komputerach, szybkością procesora i wiekiem. (Wiek systemu wpływa na prędkość autobusów na płycie głównej).

  Innym ważnym czynnikiem jest szybkość sprzętu sieciowego, a przejście na sprzęt gigabitowy może wyeliminować potencjalne wąskie gardła i przyspieszyć przesyłanie dużych ilości plików. Wiele osób potwierdzi, że uzyskanie prędkości powyżej 50 Mb / s w sieci 100BaseT nie jest trywialne. Z drugiej strony Gigabit Ethernet będzie w stanie zapewnić przepustowość powyżej 100 Mbit / s.

• Sieciowe urządzenia nadmiarowe

  Ten przypadek można potraktować jako wariant „dużych plików”. Jeśli w sieci skonfigurowano tworzenie kopii zapasowych wszystkich komputerów na jednym serwerze plików, wówczas Gigabit Ethernet przyspieszy ten proces. Istnieje jednak pułapka - zwiększenie „potoku” transmisji do serwera może nie przynieść pozytywnego efektu, jeśli serwer nie będzie miał czasu na przetworzenie przychodzącego strumienia danych (dotyczy to również nośnika zapasowego).

  Aby skorzystać z szybkiej sieci, należy wyposażyć serwer w więcej pamięci i tworzyć kopie zapasowe na szybkim dysku twardym zamiast na taśmie lub płycie CDROM. Jak widać, należy dokładnie przygotować się do przejścia na Gigabit Ethernet.

• Aplikacje klient-serwer

  Ten obszar zastosowań jest ponownie bardziej powszechny w sieciach małych firm niż w sieciach domowych. W takich aplikacjach między klientem a serwerem mogą być przesyłane duże ilości danych. Podejście jest takie samo: musisz przeanalizować ilość przesyłanych danych sieciowych, aby sprawdzić, czy aplikacja może nadążyć za wzrostem przepustowości sieci i czy te dane są wystarczające, aby załadować Gigabit Ethernet.

Prawdę mówiąc, uważamy, że większość producentów sieci domowych raczej nie znajdzie wystarczającego powodu, aby kupić sprzęt gigabitowy. W małych firmach przejście na gigabitowe może pomóc, ale zalecamy, aby najpierw przeanalizować ilość przesłanych danych. Z obecnym stanem wszystko jest jasne. Ale co, jeśli chcesz rozważyć możliwość przyszłych aktualizacji. Co musisz zrobić dzisiaj, aby być na to przygotowanym? W następnej części naszego artykułu przyjrzymy się zmianom, jakie należy wprowadzić w najdroższej, najczęściej i najbardziej czasochłonnej części sieci - kabel.

Kabel Gigabit Ethernet

Jak wspomnieliśmy na wstępie, jednym z kluczowych wymagań standardu 1000BaseT jest użycie kabla kategorii 5 (CAT 5) lub wyższej. To znaczy Gigabit Ethernet może pracować na istniejącej konstrukcji kablowej piątej kategorii... Zgadzam się, ta okazja jest bardzo wygodna. Zazwyczaj wszystkie nowoczesne sieci używają kabli kategorii 5, chyba że sieć została zainstalowana w 1996 roku lub wcześniej (standard został zatwierdzony w 1995 roku). Jednak tutaj istnieć kilka pułapek.

• Wymagane cztery pary

  Jak widać z tego artykułu 1000BaseT wykorzystuje wszystkie cztery pary kabli kategorii 5 (lub wyższej) do utworzenia czterech łączy 250 Mb / s. (Stosowany jest również inny schemat kodowania - pięciostopniowa modulacja amplitudy impulsu - aby pozostać w zakresie częstotliwości 100 MHz CAT5). W rezultacie możemy wykorzystać istniejącą strukturę okablowania CAT 5 dla Gigabit Ethernet.

  Ponieważ 10 / 100BaseT wykorzystuje tylko dwie z czterech par CAT 5, niektórzy ludzie nie podłączali dodatkowych par podczas układania sieci. Pary były używane np. Do telefonu lub do Power over Ethernet (POE). Na szczęście gigabitowe karty sieciowe i przełączniki są wystarczająco inteligentne, aby powrócić do 100BaseT, jeśli wszystkie cztery pary są niedostępne. Dlatego w każdym przypadku twoja sieć będzie działać z przełącznikami gigabitowymi i kartami sieciowymi, ale nie uzyskasz dużej prędkości za zapłacone pieniądze.

• Nie używaj tanich złączy

  Innym problemem dla amatorów sieci jest słabe zaciskanie i tanie gniazdka ścienne. Prowadzą do niedopasowania impedancji, co skutkuje utratą sygnału zwrotnego, aw rezultacie zmniejszeniem przepustowości. Oczywiście możesz spróbować wyszukać przyczynę z wyprzedzeniem, ale lepiej zaopatrz się w tester sieci, który może wykryć utratę sygnału zwrotnego i przesłuch. Lub po prostu znosić niską prędkość.

• Ograniczenia długości i topologii

  1000BaseT jest ograniczone do takiej samej maksymalnej długości segmentu jak 10 / 100BaseT. Zatem maksymalna średnica sieci wynosi 200 metrów (od jednego komputera do drugiego przez jeden przełącznik). W przypadku topologii 1000BaseT obowiązują te same zasady, co w przypadku 100BaseT, z wyjątkiem tego, że dozwolony jest tylko jeden przemiennik na segment sieci (lub dokładniej jedna „domena kolizyjna w trybie półdupleksu”). Ale ponieważ Gigabit Ethernet nie obsługuje transmisji w trybie półdupleksu, możesz zapomnieć o ostatnim wymaganiu. Ogólnie rzecz biorąc, jeśli twoja sieć działała dobrze pod 100BaseT, nie powinieneś mieć problemu z przejściem na gigabit.

Kontynuowano kabel Gigabit Ethernet

Do układania nowych sieci najlepiej jest używać kabla. KAT. 5e... Chociaż CAT 5 i CAT 5e oba przechodzą 100 MHz, Kabel CAT5e jest produkowany z uwzględnieniem dodatkowe parametryważne dla lepszej transmisji sygnałów o wysokiej częstotliwości.

Zapoznaj się z następującymi dokumentami firmy Belden, aby uzyskać więcej informacji na temat specyfikacji kabli CAT 5e (w języku angielskim):

Chociaż nowoczesny kabel CAT 5 poradzi sobie dobrze z 1000BaseT, lepiej wybrać CAT 5e, jeśli chcesz zagwarantować dużą przepustowość. Jeśli się wahasz, oszacuj koszt kabla CAT 5 i CAT 5e i idź swoją drogą.

Jedyne, czego powinieneś unikać, to porady dotyczące zakupów KAT.6 kabel do gigabitowego Ethernetu. CAT 6 był dodany do standardu TIA-568 w czerwcu 2002 roku i pomija częstotliwości do 200 MHz... Sprzedawcy najprawdopodobniej przekonają Cię do zakupu droższej szóstej kategorii, ale będziesz jej potrzebować tylko wtedy, gdy planujesz zbudować sieć 10 Gb / s Ethernet przez okablowanie miedziane, co w tej chwili nie jest realistyczne. A co z kablem CAT 7? Zapomnij o tym!

Jeśli masz dobrą kwotę, lepiej ją wydać specjalista ds. sieciktóry posiada wystarczające doświadczenie w układaniu sieci gigabitowych... Technik będzie w stanie kompetentnie ułożyć kable lub przetestować istniejącą sieć pod kątem pracy z Gigabit Ethernet. Podczas instalacji kabla CAT 6 zdecydowanie zalecamy skorzystanie z profesjonalnej pomocy, ponieważ ten kabel wymaga promienia zgięcia i specjalnych wysokiej jakości złączy.

Sprzęt gigabitowy

W pewnym sensie kwestia „gigabit czy nie” mogła być przedmiotem kontrowersji rok lub kilka lat temu. Z punktu widzenia kupującego SOHO przejście z 10 na 10/100 Mbps już nastąpiło. Nowe komputery są wyposażone w porty Ethernet 10/100, routery używają już wbudowanych przełączników 10/100 zamiast koncentratorów 10BaseT. Jednak ta zmiana nie jest konsekwencją wymagań i życzeń użytkowników sieci domowych. Są zadowoleni z istniejącego sprzętu.

Za te zmiany powinniśmy podziękować użytkownikom korporacyjnym, którzy kupują dziś hurtowo tylko sprzęt 10/100, co pozwala nam obniżyć jego cenę. Gdy producenci sprzętu konsumenckiego odkryli, że mogą używać chipów 10BaseT zamiast opcji 10/100 kosztowny, długo się nie wahali.

Tak więc wczorajsza architektura koncentratora 10BaseT została płynnie przeniesiona do dzisiejszych przełączanych sieci 10/100. Doświadczymy tego samego przejścia z 10/100 na 10/100/1000 Mb / s. I chociaż do punktu krytycznego został jeszcze rok lub dwa, przejście już zacząłem a ceny stale spadają.

Wystarczy kupić gigabitową kartę sieciową i gigabitowy przełącznik. Przyjrzyjmy się im bliżej.

• Karty sieciowe

  Markowe 32-bitowe karty sieciowe PCI 10/100 / 1000BaseT, takie jak Intel PRO1000 MT, Netgear GA302T i SMC SMC9552TX, kosztują w Internecie od 40 do 70 USD. Produkty z drugiej kategorii są tańsze o około 5 USD. I chociaż gigabitowe karty sieciowe są około dwa i pół razy droższe niż przeciętne karty 10/100, Twój portfel raczej nie zauważy żadnej różnicy, chyba że kupisz je hurtowo.

  Możesz znaleźć karty sieciowe, które obsługują nie tylko 32-bitową magistralę PCI, ale także 64-bitową, ale też kosztują więcej. To, czego nie zobaczysz, to adaptery CardBus do laptopów. Z jakiegoś powodu producenci uważają, że notebooki w ogóle nie potrzebują sieci gigabitowych.

• Przełączniki

  Ale cena przełączników 10/100/1000 sprawia, że \u200b\u200bdziesięciokrotnie zastanawiasz się nad wykonalnością przejścia na gigabitowy Ethernet. Dobra wiadomość jest taka, że \u200b\u200bdostępne są teraz przezroczyste przełączniki gigabitowe, które są znacznie tańsze niż ich zarządzane odpowiedniki na rynku korporacyjnym.

  Prosty czteroportowy przełącznik 10/100/1000 Netgear GS104 można kupić za mniej niż 225 USD. Jeśli zdecydujesz się na mniej znane marki, takie jak TRENDnet TEG-S40TXE, możesz obniżyć koszt do 150 USD. Kilka czterech portów - proszę. Ośmioportowa wersja Netgear GS108 kosztuje około 450 USD, a TRENDnet TEG-S80TXD około 280 USD.

  Biorąc pod uwagę, że 5-portowy przełącznik 10/100 kosztuje dziś tylko 20 USD, ceny gigabitów dla niektórych wydają się zbyt wysokie. Pamiętaj jednak, że do niedawna można było kupić tylko zarządzane przełączniki gigabitowe po 100 USD + za port. Ceny idą w dobrym kierunku!

Czy musisz zmieniać komputery?

Oto mały sekret gigabitowego Ethernetu: pod Win98 lub 98SE prawdopodobnie nie odniesiesz żadnych korzyści z prędkości gigabitowej. Chociaż możesz spróbować poprawić przepustowość, edytując rejestr, nadal nie uzyskasz znaczącego wzrostu wydajności w porównaniu z obecnym sprzętem 10/100.

Problem tkwi w stosie TCP / IP Win98, który nie został zaprojektowany z myślą o szybkich sieciach. Stos ma problemy z używaniem 100BaseT sieci, co w takim razie możemy powiedzieć o komunikacji gigabitowej! Wrócimy do tego zagadnienia w drugim artykule, ale na razie należy się tylko zastanowić Win2000 i WinXP do pracy z Gigabit Ethernet.

W ostatnim zdaniu wcale nie jesteśmy nie zakłada, że \u200b\u200btylko Windows 2000 i XP obsługują gigabitowe karty sieciowe. Po prostu nie testowaliśmy wydajności w innych systemach operacyjnych, więc powstrzymaj się od sarkastycznych komentarzy!

Jeśli zastanawiasz się, czy będziesz musiał wyrzucić swój stary dobry komputer i kupić nowy, aby korzystać z Gigabit Ethernet, to nasza odpowiedź brzmi „może”. Bazując na naszym praktycznym doświadczeniu, jeden herc „nowoczesnych” procesorów odpowiada jednemu bitowi na sekundę przepustowości sieci... Jeden z producentów gigabitowego sprzętu sieciowego zgodził się z nami: dowolna maszyna z taktowaniem 700 MHz lub niższa nie będzie w stanie w pełni wykorzystać przepustowości Gigabit Ethernet. Więc nawet z odpowiednim systemem operacyjnym stare komputery są gigabitowe Ethernet jak martwy okład. Raczej zobaczysz prędkości 100-500 Mb / s