Овај чланак је добар. Пратите везу за више информација.

Оптички етернет

Из Википедије, слободне енциклопедије
Иди на навигацију Иди на претрагу
10-гигабитни рутер са етернет оптичким интерфејсима, жути каблови су за пренос сигнала на велике удаљености (мономодно оптичко влакно)

Оптички етернет (енгл. Ethernet over optical fiber) је појам који се односи на технологије етернет протокола локалних рачунарских мрежа, које свој рад заснивају на преносу података оптичким путем. Као и код стандардног етернета, рад и спецификације описани су великим бројем IEEE стандарда. Оптичке етернет мреже у топологији од тачке до тачке (енгл. point-to-point), звезде или стабла. Као медијум користи се оптички кабл. Оптички етернет испрва је имао функцију окоснице међу мрежама и дистрибуције података на већим удаљеностима, да би падом цена компоненти почео да се користи и у дељењу заједничких ресурса у локалној мрежи, као и у приступу интернету.

Оптички етернет до детаља представља технологију која се користи за пренос сигнала, потом начин како станице приступају датој мрежи, начин сигнализације и кодирања информација и величину и формат пакета информације који се користи при комуникацији.

Оптичке локалне мреже[уреди]

Постоји неколико решења за оптичке локалне мреже, која су стандардизовале различите организације. Основна идеја примене оптичких каблова као медијума била је повећање брзине преноса података. Различите индустријске групације предложиле су две нове врсте прстенастих локалних мрежа, заснованих на оптичким кабловима. Једна је названа интерфејс за податке дистрибуиране оптичким влакном FDDI (енгл. Fiber Distributed Data Interface), а друга једноставно оптички канал (енгл. Fibre Channel). Рад са станицама (рачунарима) код оба система је био доста сложен, тако да се ови системи нису пробили до нивоа локалних мрежа, већ су се користили само као окосница мреже. Прве етернет оптичке технологије развијене су управо као окосница мреже, односно за повезивање локалних мрежа у различитим зградама или за повезивање удаљених разводника унутар исте зграде. Док је данашњи оптички етернет нашао своју примену, како у раду са рачунарима и унутар локалне мреже, тако и MAN и WAN мрежама, а достигао је FDDI и Fibre Channel у погледу брзине [1].

FOIRL[уреди]

Први стандард оптичког етернета је FOIRL (енгл. Fiber Optic inter-Repeater Link). Оригинални DIX Етернет стандард дефинисао је део мреже од тачке до тачке који се могао користити за повезивање репетитора на већим удаљеностима. Овај стандард није дефинисао никакве спецификације у вези са медијумом. Касније, организација IEEE је унапредила овај стандард и објавила своју верзију 1989. године. Стандард је управо дефинисао овај систем као окосницу, предвиђен је да повеже удаљене делове етернета на растојањима до 1 km, а с обзиром да је пренос сигнала оптичким влакном имун на електромагнетне сметње (на пример грмљавину) систем је био идеалан за повезивање репетитора на крајевима сегмената мрежа у различитим зградама[2].

Разведен оптички етернет[уреди]

Док се чекало на нови сет спецификација произвођачи су направили нове уређаје који су се могли повезати влакном, омогућавајући персоналним рачунарима приступ мрежи преко FOIRL сегмента. Ове измене су прихваћене и додате у нови стандард IEEE 802.3ј 1993. године, 10Base-F систем.

Систем 10Base-F[уреди]

Изглед ST оптичких конектора

Систем 10Base-F је систем технологија етернета путем оптичког кабла, за рад на брзинама од 10Mb/s. Заменио је оригиналну FOIRL спецификацију, задржавајући компатибилност са направљеном опремом. Кад се помене систем 10Base-F, помисли се на једну од његових варијанти 10Base-FL. Максимална дужина сегмента у овом систему је 2000 m (ово растојање се притом односи на растојање од чвора до разводника). Ако би се применила FOIRL опрема та дужина би била 1000 m[3].

Овај стандард захтева за сваки линк фибер-оптички кабл 62.5/125 µm (језгро/омотач дијаметар), максимална брзина рада у основном опсегу учестаности је 10 Mb/s. Постоје три типа овог система: 10Base-FB (енгл. Fiber backbone), 10Base-FP (енгл. Fiber passive) и 10Base-FL (енгл. Fiber link).

У следећој табели су дате спецификације 10Base-FL система[4].

Спецификације система 10Base-FL
10Base-FL '
Брзина емитовањаB = 10 Mb/s
Пренос се врши у основном опсегу учестаности
Максимална дужина каблаlmax = 2000 m
Мултимодно влакно 62,5/125μm слабљењаα ≤ 3,5 dB/km
Извор ласер (850 nm) снагеpt = - 20 dBm до -12 dBm
Детектори су pin фотодиодеpr = -32,5 dBm до -12 dBm
ST конектори слабљењаFc = 0,75 dB
Манчестер кодирање преузето из 10Base-T

Комутиран оптички етернет[уреди]

Систем 100Base-T (брзи етернет) је тип комутираног етернета на неоклопљеним упреденим парицама, док је то код оптичког етернета систем 100Base-FX базиран на оптичком влакну као медијуму за пренос и двосмерно комуницирање. Наиме, код овог система једно вишережимско влакно се користи за одлазни, док се друго користи за долазни саобраћај - потпун дуплекс. Код система базираних на оптичким влакнима, па и 100Base-FX система, станице се повезују сегментима од тачке до тачке. Како је потпуним дуплексом омогућена симултана комуникација између станица (станица — станица, комутатор — станица ...) код ових система не долази до сукобљавања. Потпун дуплекс као вид комуникације омогућава обема повезаним станицама да истовремено и шаљу и примају податке, што дуплира капацитет линка и на тај начин 100Base-FX систем постиже брзине 100Mb/s у оба смера.

Друга, а у случају оптичког етернета битнија предност двосмерног вида комуникације је та да максимална дужина сегмента више није ограничена временским ограничењима полудуплексног етернета са дељеним каналом. CSMA/CD алгоритам није подржан, 100Base-FX систем не дозвољава разводнике. Код потпуног дуплекса једина ограничења су одређена особинама медијума као носиоца сигнала. Упредене парице су ограничене карактеристикама бакра као носиоца сигнала што у том случају и не представља видно побољшање, док код оптичког влакна као медијума сегмент може бити драматично дужи. На пример, 100Base-FX користи обично вишережимско влакно које је ограничено на дужину од 412 m при полудуплексном виду комуникације, док је користећи исти медијум могуће постићи удаљености до 2 km при потпуном дуплексном виду комуникације. Функционисање потпуног дуплекса дефинисано је марта 1997. године стандардом 802.3x, који такође наводи механизме за контролу тока преко канала са двосмерном комуникацијом (MAC контрола и PAUSE механизам).

Гигабитни оптички етернет, да би обезбедио компатибилност са претходним верзијама има подржан режим рада у полудуплексу, док је подразумевани режим потпун дуплекс. Претпоставка је да се у овом случају користи разводник за повезивање. Како је брзина слања оквира 100 пута бржа него код система 10Base-F максимална удаљеност би требало да буде 100 пута мања (уместо 2.500 m, 25 m). Комитет за мреже је унео две допуне у стандард 802.3z да би се избегао овај случај. Прва се односи на проширење носиоца података (енгл. carrier extension) која налаже хардверу да својим ресурсима допуни нормалан оквир до 512 бајтова и друга, бујица оквира (енгл. frame bursting) која омогућава пошиљаоцу да у једном преносу пошаље уланчану секвенцу више оквира. Уведене особине проширују радијус мреже на 200 m [1].

Гигабитни оптички етернет[уреди]

Изглед GBIC гигабитног примопредајног модула

Етернети од 10/100 Mbps су углавном засновани на бакарном медијуму, коаксијалном каблу или упреденим бакарним парицама (енгл. Unshielded twisted pair - UTP). Пренос сигнала на широко распрострањеној Категорији 5 UTP-a брзином од 1000 Mbps, представљао је велики изазов за дизајнере силицијумских чипова, јер то захтева огромно процесирање сигнала да би се умањили негативни ефекти у бакарним парицама (као што су ИСИ интер-симболска интерференција која се јавља услед ограничене ширине пропусног опсега канала, као и преслушавања сигнала између парова бакарних парица). Иако је сада гигабитни етернет углавном заснован на UTP каблу, рани гигабитни етернет је био заснован на оптичком интерфејсу. Фибер има предност што га одликују мало слабљење сигнала и велики пропусни опсег. Погодан је за преносе дуж окоснице мреже, што је и била главна намена раног гигабитног етернета. Гигабитни етернет је прво стандардизован на оптичком фиберу 1998. године. IEEE стандард 802.3z је ратификовао два дизајна за пренос сигнала гигабитног етернета: системе 1000Base-SX и 1000Base-LX[5].

Систем 1000Base-SX[уреди]

Систем 1000Base-SX (енгл. short wavelength) користи ласере мале таласне дужине 850 nm на мултимодним оптичким влакнима (770-860 nm дозвољено по спецификацијама). Да би очувала ниску цену гигабитног етернета, IEEE 802.3z организација је веома концизно дефинисала максималну преносну раздаљину 1000BASE-SX-а на 550m.

Спецификације система 1000Base-SX
' ' ' ' ' '
1000Base-SX
Брзина емитовањаB = 1 Gb/s
Пренос се врши у основном опсегу учестаности
Извор ласер, опсега таласних дужина (nm)λ = 770 до 860
Снага извора (dBm)pt = - 9,5 до 0
Фотодетектор осетљивости (dBm)pr = - 17 до 0
Мултимодно влакно димензија (μm)62,562,55050
Модални пропусни опсег (MHz/km)100200400500
Максимална дужина кабла (m)lmax=220275500550
Мултимодно влакно 62,5/125 μm слабљењаα ≤ 3,5 dB/km
Мултимодно влакно 50/125 μm слабљењаα ≤ 3,5 dB/km
SC конектори слабљењаFc = 0,75 dB
Кодирање 8B10B

Систем 1000Base-LX[уреди]

Систем 1000Base-LX (енгл. long wavelength) користи ласер велике таласне дужине 1.310 nm на стандардном мономодном или мултимодном фиберу (таласне дужине 1.270-1.355 nm су дозвољене), при чему ради на растојањима до 5 km. Према стандардима, минимална дужина кабла између станица за све типове каблова је 2 m.

Спецификације система 1000Base-LX
' ' ' ' '
1000Base-LX
Брзина емитовањаB = 1 Gb/s
Пренос се врши у основном опсегу учестаности
Извор ласер, опсега таласних дужина (nm)λ = 1270 до 1355
Снага извора (dBm)pt = - 11,5 до -3
Фотодетектор осетљивости (dBm)pr = - 19 до -3
Мултимодно влакно димензија (μm)62,55050
Модални пропусни опсег (MHz/km)500400500
Максимална дужина кабла (m)lmax=550550550
Мултимодно влакно 62.5/125 μm слабљењаα ≤ 1,5 dB/km
Мултимодно влакно 50/125 μm слабљењаα ≤ 1,5 dB/km
Мономодно влакно димензија (μm)9/10
Максимална дужина кабла (km)lmax= 10
Мономодно влакно 9/125 μm слабљењаα ≤ 0,4 dB/km
SC конектори слабљења Fc = 0,75 dB
Кодирање 8B10B

Систем 1000Base-ZX[уреди]

Систем 1000Base-ZX није стандардизован IEEE стандардима, односи се на индустријски развијен гигабитни етернет, који за пренос сигнала користи ласере таласних дужина 1550 nm, притом постижући пренос сигнала на удаљеностима преко 70 km. За пренос се користе мономодна оптичка влакна. Детектор је лавинска фотодиода.

Спецификације система 1000Base-ZX
1000Base-ZX '
Брзина емитовањаB = 1 Gb/s
Извор ласер (1550 nm) снаге (dBm)pt = 0 до 5
Фотодетектор осетљивости (dBm)pr = -23 до -3
Мономодно влакно димензија (μm)9/10
Максимална дужина кабла (km)lmax = 70 до 100
Мономодно влакно 9/125 μm слабљењаα ≤ 0,3 dB/km
SC конектори слабљењаFc = 0,75 dB
8B10B шема кодирања

10-гигабитни оптички етернет[уреди]

Технологија 10 гигабитног етернета представљала је далеко већи изазов од гигабитног етернета. Када је стандардизован, пренос података брзином од 10 Gb/s представљао је најновији и најмодернији степен технологије. Било је предложено много различитих шема за реализацију. Као што се и очекивало, 10 гигабитни етернет је прво стандардизован на оптичком фиберу као преносном медијуму. При преносу података брзином од 10 Gb/s, 8B10B PCS кодирање са 25% неискоришћености води до вишесимболске брзине преноса 12,5 Gbaud/s, која је доста већа од традиционалног OC192/STM64 преноса података.[6]. Да би одржао брзину преноса симбола, као и да би се смањили трошкови и технички изазови постављени пред примопредајнике, 10-гигабитни етернет користи нови PCS начин кодирања (64B66B) са само 3% додатног саобраћаја.

Као и код гигабитног етернета, конфигурације физичких слојева 10-гигабитног етернета засноване су на предајницима (ласерима) са опсезима емитовања из сва три оптичка прозора. Према томе имамо следеће конфигурације:

  • 10GBASE-S (енгл. short wavelength) опсег (840-860) nm
  • 10GBASE-L (енгл. long wavelength) опсег (1260-1355) nm
  • 10GBASE-E (енгл. extra long wavelength) опсег (1530-1565) nm
  • 10GBASE-C (енгл. Copper) бакарни кабл, упредене парице категорије 6а.

У зависности примене у LAN (10GBASE-R) или WAN (10GBASE-W) мрежама, даље су дефинисани следећи стандарди:

  • 10GBASE-SR и 10GBASE-SW
  • 10GBASE-LR, 10GBASE-LX4 и 10GBASE-LW
  • 10GBASE-ER и 10GBASE-EW
  • 10GBASE-CX4

Топологије за функционисање на 10 Gb/s су поредиве са топологијом код 1000BASE-X потпуног дуплексног система, а исто тако су еквивалентне топологијама код WAN апликација. 10-гигабитни етернет је дефинисан само за оперисање у потпуном дуплексном моду.

Неке особине 10-гигабитног етернета:

  • Подржава потпун дуплексни MAC
  • Постиже 10 Gb/s пренос информација на XGMII.
  • Подржава LAN PMD на 10 Gb/s као и WAN PMD који ради на SONET STS-192c/SDH VC-4-64c брзинама преноса.
  • Подржава каблирања оптичким фиберима дефинисано са ISO/IEC 11801: 1995.
  • Дозвољава продужење мреже до растојања од 40 km.
  • Дозвољена битска грешка BER 10−12.
Упоредни преглед карактеристика 10 гигабитних етернет система
PHY стандард Таласна дужина (nm) Дужина линка Тип оптичког влакна
10GBASE-SR/W850300/33 mМултимодно влакно 50/62,5 μm
10GBASE-LRM1310220 mМултимодно влакно 50/62,5 μm
10GBASE-LX41310300 m (WDM)Мултимодно влакно 50/62,5 μm
-||--||-10 kmМономодно влакно 9/10μm
10GBASE-LR/W131010 kmМономодно влакно 9/10μm
10GBASE-ER/W155040 kmМономодно влакно 9/10μm

Примена оптичког етернета[уреди]

Поред основне примене оптичког етернета у локалним мрежама и дистрибуције података на веће удаљености у последње време разматра као решење за пасивне оптичке мреже (енгл. Passive optical networks — PON). Стандардизовано је неколико алтернативних архитектура за приступне мреже од стране неколико различитих тела, а један од главних раздвајајућих фактора био је носећи протокол. Отуда и пасивне мреже које етернет користе као носилац имају назив EPON (Етернет ПОН). Међу PON спецификацијама, EPON је само архитектура приступне мреже. PON не води порекло од мрежа за јавне комуникације, већ од мрежа за пренос података у приватним предузећима. EPON је стандардизовала радна група IEEE 802.3 — групе која влада у свету локалних мрежа, али не и много изван тога. Етернет пројекат “У првој миљи” био је први такав покушај извиђачка мисија на још неистраженој територији. EPON је захватио индустрију “преко ноћи” и кроз пет година постао је стандард у индустрији. Остаје питање да ли ће имати истих успеха у приступним мрежама као његови претходници у корпорацијским LAN мрежама.[7]

Друга примена оптичког етернета је као “етернет транспортни механизам велике брзине за градске мреже” (енгл. Carrier ethernet). Изрази “керијер етернет” и “етернет градска мрежа” често се поистовећују. Керијер етернет дефинише коришћење етернет фрејмова као транспортног средства, чиме омогућује фрејмовима да преносе IP пакете или чак ATM (енгл. asynchronous transfer mode) ћелије. Ова технологија такође може представљати изазов за традиционалну SONET телефонску инфраструктуру. Предност етернета у цени и спајање гласовних, информационих и видео сервиса на пакетно-оријентисаној мрежној инфраструктури допринело је да етернет сервиси постану сервиси са најбржим развојем у телекомуникационој индустрији. Уместо захтева за традиционалним изнајмљеним линијским сервисима заснованим на TDM-у, све више и више корисника захтева изнајмљене етернет линије, које не само да су јефтиније, него и имају већи пропусни опсег[8].

Види још[уреди]

Извори[уреди]

  1. 1,0 1,1 Ендру Таненбаум: Рачунарске мреже, превод четвртог издања, Микро књига 2005.
  2. ^ Charles E. Spurgeon: Ethernet - Definitive Guide, O'Reilly (2000)
  3. ^ Gilbert Held: Ethernet networks - design, implementation, operation and management, 4th edition, John Wiley & Sons Ltd (2003)
  4. ^ IEEE Std 802.3™ - 2005: IEEE Computer Society, section 3, New York, 9 December 2005
  5. ^ Optical Fiber Telecommunications - Volume VB, Systems and Networks, Academic Press 2008.}-
    section 9 - Cedric F. Lam and Winston I. Way: Optical Ethernet: Protocols, management, and 1–100G technologies
  6. ^ Optical Fiber Telecommunications - Volume VB, Systems and Networks, Academic Press 2008.
    -{section 9 - Cedric F. Lam and Winston I. Way: Optical Ethernet: Protocols, management, and 1–100G technologies
  7. ^ Cedric F. Lam: Passive Optical Networks - Principles and Practice, Academic Press, Oct. 2007
  8. ^ Gilbert Held: Carrier Ethernet, Auerbach Publications (2008)

Спољашње везе[уреди]