Κυριακή 27 Ιανουαρίου 2008
ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ:
1)Ποιος ο όρος του Gigabit-Ethernet?
2)ποια τα βασικά χαρακτηριστικά της τεχνολογίας σε κάθε επίπεδο?
3)Ποια τα βασικά πλεονεκτήματα Gigabit-Ethernet?
4)Τεχνολογίες και λειτουργίες μεταξύ ενός ΑΤΜ και του Gigabit-Ethernet?
ΣΤΑ ΣΧΟΛΙΑ ΜΠΟΡΕΙΤΕ ΝΑ ΚΑΤΑΧΩΡΗΣΕΤΕ ΤΙΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΣΑΣ(οι απαντήσεις όσο το δυνατόν πιο σύντομες)
2)ποια τα βασικά χαρακτηριστικά της τεχνολογίας σε κάθε επίπεδο?
3)Ποια τα βασικά πλεονεκτήματα Gigabit-Ethernet?
4)Τεχνολογίες και λειτουργίες μεταξύ ενός ΑΤΜ και του Gigabit-Ethernet?
ΣΤΑ ΣΧΟΛΙΑ ΜΠΟΡΕΙΤΕ ΝΑ ΚΑΤΑΧΩΡΗΣΕΤΕ ΤΙΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΣΑΣ(οι απαντήσεις όσο το δυνατόν πιο σύντομες)
Gigabit-Ethernet
Το παρόν ιστολόγιο αναφέρεται στο Gigabit-Ethernet .
Γίνετε αναφορά στην ιστορία του Gigabit-Ethernet, στην απόδοση Gigabit-Ethernet, την τεχνολογία Gigabit-Ethernet, κάποια βασικά πλεονεκτήματα όπως και μια σύγκριση ενός δικτύου ΑΤΜ με το Gigabit-Ethernet.
1. ΙΣΤΟΡΙΑ
Ως αποτέλεσμα της έρευνας που γίνεται στην εταιρία Xerox στις αρχές της δεκαετίας του '70,το Ethernet σήμερα έχει εξελιχθεί στο ευρύτατα εφαρμοσμένο φυσικό πρωτόκολλο στρώματος και συνδέσεων. Το γρήγορο Ethernet αύξησε την ταχύτητα από 10 έως 100 megabit ανά δευτερόλεπτο (MBIT/S). Το Gigabit Ethernet ήταν η επόμενη επανάληψη, που αυξάνει την ταχύτητα σε 1000 MBIT/S . Τα αρχικά πρότυπα για το Gigabit Ethernet τυποποιήθηκαν από IEEE τον Ιούνιο του 1998 όπως το IEEE 802.3z. 802.3z αναφέρεται συνήθως ως 1000BASE-X, όπου το - X αναφέρεται είτε - CX, - SX, - LX, ή (στο μεταβλητό) - ZX.
Το ΙΕΕΕ 802.3ab, που επικυρώνεται το 1999, καθορίζει τη μετάδοση Gigabit Ethernet αθωράκιστου σύστροφου ζεύγους (UTP) κατηγορίας 5, 5e, ή των 6 και η καλωδίωση έγινε γνωστή ως 1000BASE-T. Με την επικύρωση 802.3ab, Gigabit Ethernet έγινε μια τεχνολογία υπολογιστών γραφείου δεδομένου ότι οι οργανώσεις μπόρεσαν να χρησιμοποιήσουν τον υπάρχοντα χαλκό τους τηλεγραφώντας την υποδομή.
Αρχικά, το Gigabit Ethernet επεκτάθηκε στις μεγάλης χωρητικότητας συνδέσεις δικτύων σπονδυλικών στηλών (παραδείγματος χάριν, σε ένα μεγάλης χωρητικότητας δίκτυο πανεπιστημιουπόλεων). Το 2000, η Apple's Power Mac G4 και PowerBook G4 ήταν οι πρώτοι σε μάζα παραχθέντες προσωπικοί υπολογιστές που χαρακτηρίζουν τη σύνδεση 1000BASE-T .Αυτό έγινε γρήγορα ένα ενσωματωμένο χαρακτηριστικό γνώρισμα σε πολλούς άλλους υπολογιστές.
Από τότε, τα γρηγορότερα 10 πρότυπα Gigabit Ethernet έχουν διατεθεί δεδομένου ότι το IEEE επικύρωσε οπτική ίνα βασισμένη στα πρότυπα του 2002, και συνεστραμμένα ζεύγη προτύπου 2006.
1.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Υπάρχουν τέσσερα διαφορετικά φυσικά πρότυπα στρώματος για το gigabit Ethernet που χρησιμοποιούνται η οπτική ίνα, το καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους, το ομοαξονικό καλώδιο, ή το ισορροπημένο χάλκινο καλώδιο.
Τα IEEE 802.3z πρότυπα περιλαμβάνουν 1000BASE- SX για τη μετάδοση πέρα από την πολυτροπική οπτική ίνα(multi-mode fiber) ,ενώ 1000BASE- LX για τη μετάδοση πέρα από την μονοτροπική οπτική ίνα (single-mode fiber), και το σχεδόν ξεπερασμένο 1000BASE-CX για τη μετάδοση πέρα από την ισορροπημένη χάλκινη καλωδίωση. Αυτά τα πρότυπα χρησιμοποιούν την κωδικοποίηση 8B/10B, που διογκώνει το ποσοστό γραμμών κατά 25%, από 1000 MBIT/S σε 1250 MBIT/S για να εξασφαλίσει ένα ισορροπημένο συνεχές ρεύμα σήμα. Τα σύμβολα στέλνονται έπειτα χρησιμοποιώντας NRZ.
Το IEEE 802.3ab, που καθορίζει τον ευρέως χρησιμοποιημένο τύπο διεπαφών 1000BASE-τ, χρησιμοποιεί ένα διαφορετικό σχέδιο κωδικοποίησης προκειμένου να κρατηθεί το ποσοστό συμβόλων όσο το δυνατόν χαμηλότερο, επιτρέποντας τη μετάδοση πέρα από το συνεστραμμένου ζεύγους. Το ETHERNET FIRST MILE πρόσθεσε αργότερα 1000BASE-LX10 και - BX10.
1.1.1. 1000BASE-SX
To 1000 BASE-SX προορίζεται για χαμηλού κόστους, και μικρής σχετικά εμβέλειας δίκτυα κορμού, ή οριζόντια καλωδίωση. Χρησιμοποιεί πολυτροπική οπτική ίνα (MMF) και χαμηλού κόστους οπτικά στοιχεία (LEDs) που λειτουργούν στα 850nm. Οι αποστάσεις που υποστηρίζει κυμαίνονται μεταξύ 220 – 550 μέτρων, ανάλογα με την ποιότητα της οπτικής ίνας που θα χρησιμοποιηθεί.
1.1.2. 1000BASE-LX
Το 1000BASE-LX προορίζεται για μεγάλης εμβέλειας δίκτυα κορμού ή οριζόντια καλωδίωση. Μπορεί να χρησιμοποιήσει είτε μονοτροπική (SMF) είτε πολυτροπική (MMF) οπτική ίνα και απαιτεί ακριβά οπτικά στοιχεία υψηλής ακρίβειας (LASERS) που λειτουργούν στα 1300 nm και επιτυγχάνουν πολύ μεγαλύτερη συγκέντρωση της δέσμης φωτός. Επί πλέον, στο συγκεκριμένο μήκος κύματος (1300 nm) το φως υφίσταται μικρότερες απώλειες (εξασθένηση) καθώς διαδίδεται δια μέσου της οπτικής ίνας. Οι αποστάσεις που υποστηρίζονται φτάνουν τα 5000 μέτρα αν χρησιμοποιηθεί SMF οπτική ίνα, ή τα 550 μέτρα αν χρησιμοποιηθεί MMF. Η βασική διαφορά ανάμεσα στις SMF και MMF οπτικές ίνες βρίσκεται στη διάμετρό τους, με τις MMF να κατασκευάζονται στα 62.5 και 50 μικρόμετρα, και τις SMF στα 9 μικρόμετρα. Στις MMF οπτικές ίνες υπάρχουν πολλοί τρόποι να μεταδοθεί μια ακτίνα φωτός, ανάλογα με τη γωνία ανάκλασης, και έτσι διαφέρει και η συνολική απόσταση που διανύεται. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το σήμα να υφίσταται παραμορφώσεις στις μεγάλες αποστάσεις.
1.1.3. 1000BASE-CX
Το τρίτο φυσικό επίπεδο που βασίζεται στο Fiber Channel σχεδιάστηκε για τη συνδεσμολόγηση hubs, switches και routers που βρίσκονται σε πολύ μικρές αποστάσεις, π.χ. στο ίδιο wiring closet. Χρησιμοποιεί χάλκινο θωρακισμένο twinax καλώδιο, παρόμοιο από αυτό που χρησιμοποιήθηκε στα token rings της IBM, και δεν μπορεί να υπερβαίνει τα 25 μέτρα. Η αξία του είναι ότι διευκολύνει τις συνδέσεις, εφ’ όσον ο χαλκός είναι πιο εύκολος στο χειρισμό από την οπτική ίνα.
1.1.4. 1000BASE-T
Το 1000BASE-T έκανε εφικτή τη χρήση του Gigabit Ethernet πάνω από UTP καλώδιο τεσσάρων ζευγών, κατηγορίας 5 το οποίο διαθέτει 4 ζεύγη καλωδίων. Αυτό ήταν μεγάλη επιτυχία, αφού το UTP καλώδιο είναι η πρώτη επιλογή σε μικρής εμβέλειας και οικιακά LAN λόγω της χαμηλής τιμής του και της πολύ εύκολης εγκατάστασής του εφ’ όσον είναι λεπτό και εύκαμπτο. Ακόμα, αποφεύγονται εξ’ ολοκλήρου οι –σχετικά– ακριβές και πολύπλοκες οπτικές διατάξεις. Το μόνο σίγουρο όμως είναι ότι με την τεχνολογία 1000BASE-T το UTP καλώδιο κατηγορίας 5 πραγματικά φτάνει στα όριά του και μας προσφέρει πολύ περισσότερο bandwidth απ’ όσο μπορούσε κάποιος να φανταστεί πριν από μερικά χρόνια. Σε αντάλλαγμα όμως πληρώνουμε συνήθως σε μικρά περιθώρια θορύβου, που σε ορισμένες ασθενικές υλοποιήσεις του υλικού (για λόγους κόστους) μπορεί να κυμαίνονται μόλις στα 2 db (περίπου τρεις φορές χειρότερο από το 100BASE-TX). Για το λόγο αυτό, υπάρχουσες καλωδιώσεις που έχουν χαρακτηριστεί σαν κατηγορίας 5 χωρίς να πληρούν τα κριτήρια ποιότητας, ή καλωδιώσεις που βρίσκονται πολύ κοντά στο όριο των 100 μέτρων ενδεχομένως να παρουσιάσουν πρόβλημα. Γι’ αυτό προτείνεται στις νέες εγκαταστάσεις να χρησιμοποιείται UTP cat 5e, ή ακόμα UTP cat 6 που αυξάνουν τα περιθώρια θορύβου και την στιβαρότητα του συστήματος τουλάχιστον κατά 65%.
1.1.5. 1000BASE-X
Χρησιμοποιείται στην βιομηχανία για να αναφερθεί στη μετάδοση GIGABIT ETHERNET πέρα από την οπτική ίνα, όπου οι επιλογές περιλαμβάνουν 1000BASE-SX, -LX, -BX10 ή μεταβλητές εφαρμογές –LX/-ZX.
1.1.6. 1000BASE-BX10
Αυτή είναι η πιο πρόσφατη προσθήκη στα πρότυπα, περιλαμβάνει επίσης τη 1000-BASE- BX10 μετάδοση πέρα από ένα ενιαίο σκέλος της οπτικής ίνας (που είναι ο ίδιος single-mode fiber), με ένα διαφορετικό μήκος κύματος που πηγαίνει σε κάθε κατεύθυνση. Τα τερματικά σε κάθε πλευρά της ίνας δεν είναι ίσα, δεδομένου ότι αυτή που διαβιβάζει "προς τα κάτω" (από το κέντρο του δικτύου στο εξωτερικό) χρησιμοποιεί το μήκος κύματος 1490 NM, και αυτού που διαβιβάζει τις "προς τα πάνω" χρήσεις το μήκος κύματος 1310 NM.
1.1.7. 1000BASE-ZX /1000BASE-LH
Το 1000BASE- ZX και το 1000BASE-LH είναι οι μεταβλητοί αλλά αποδεκτοί στη βιομηχανία όροι και αναφέρονται στη μετάδοση Ethernet gigabit που χρησιμοποιεί το μήκος κύματος 1550 NM για να επιτύχει τις αποστάσεις τουλάχιστον 70 χλμ πέρα από την single-mode fiber.
2. Απόδοση Gigabit Ethernet
Το δίκτυο Gigabit Ethernet επεκτείνει την απόδοση του Ethernet των 10/100 Mbps στα 1000 Mbps. Στη συνέχεια θα εξετάσουμε την απόδοση του δικτύου 1 Gigabit Ethernet κάτω από διάφορες καταστάσεις. Δηλαδή:
α. Μελέτη της απόδοσης του δικτύου Gigabit Ethernet σε σχέση µε το µέγεθος των πακέτων
β.Μελέτη της απόδοσης του δικτύου Gigabit Ethernet σε σχέση µε το προσφερόµενο φορτίο και
γ. Μελέτη της απόδοσης ενός Multiport Swίtch τυπικού δικτύου 1 Gigabit Ethernet.
2.1. Απόδοση σε σχέση µε το µέγεθος του πακέτου.
Μια θεωρητική προσομοίωση έδειξε ότι το το Μέγεθος του πακέτου παίζει σημαντικό ρόλο στην απόδοση του δικτύου 1 Gigabit Ethernet. Όταν το πακέτο είναι μικρό, τότε το δίκτυο Gigabit Ethernet δυσκολεύεται να φθάσει στο μέγιστο της απόδοσης. Όταν τα πακέτα είναι σχετικά μικρά ο ρυθμός δεδομένων στο δίκτυο είναι επίσης σχετικά μικρός, ενώ αντίθετα, όταν το πλαίσιο ξεπεράσει τα 512 bytes, τότε το δίκτυο GigaEthernet µπορεί να φθάσει γρήγορα στο μέγιστο της απόδοσής του. Γενικά το δίκτυο Gigabit Ethernet λειτουργεί καλύτερα µε μεγάλα πακέτα. Στο σχήμα το δίκτυο 1 Gbps διαθέτει και τον μηχανισμό Carrier Extension.
Το μέγεθος των πακέτων δεν επηρεάζει την απόδοση του δικτύου Fast Ethernet. Όπως παρατηρούμε και στο παραπάνω διάγραμμα το δίκτυο Fast Ethernet, μπορεί να χειρίζεται µε ευκολία και τα μικρά πακέτα και να φθάνει στον κορεσμό της απόδοσής του πολύ γρήγορα, ακόμη και µε πολύ μικρά πλαίσια.
2.2. Απόδοση σε σχέση µε το προσφερόµενο φορτίο σε Half-Duplex και σε Full-Duplex λειτουργία
Από πειράματα που εκτελέστηκαν (Φορέας AMD) σε δίκτυο Ethernet, αποδεικνύεται ότι σε μια λειτουργία δικτύου Half-Duplex µε πολλές συγκρούσεις, το Throughput φθάνει στα 720 Mbps, για προσφερόµενο φορτίο 100%. Όταν έχουμε δίκτυο Gigabit Ethernet µε λειτουργία Full-Duplex, τότε δεν έχουμε συγκρούσεις και σε αυτήν την περίπτωση πρέπει να αναμένουμε ότι θα φθάσουμε εύκολα σε εξυπηρέτηση του προσφερομένου φορτίου και το τελικό Throughpout είναι πολύ υψηλότερο.
2.3. Απόδοση ενός multi-port switch, ανάλογα µε το µέγεθος του πακέτου δεδοµένων.
Στη συνέχεια έχουμε πειραματικά αποτελέσματα για την απόδοση ενός port, ενός Gigabit Ethernet multi-port switch. Το switch ήταν non-blocking και η συνολική απόδοση διαιρείται στα 8 ports, ώστε να βρεθεί αντίστοιχα η απόδοση για κάθε port. Το πείραμα έγινε µε χρήση διαφόρων μεγεθών πακέτων όπως: 64 bytes, 128 bytes, ... ,1518 bytes. Από όλο το πείραμα εμείς λαμβάνουμε τις μετρήσεις από δύο ακραίες περιπτώσεις, ανάλογα µε το μέγεθος του πακέτου, δηλαδή µε χρήση των 64 bytes και 1518 bytes. Η απόδοση κυμάνθηκε αντίστοιχα σε 81.274 pps(packet per second) και 1.488 εκατομμύρια pps . Από αυτές τις τιμές συνάγεται ότι η αποδοτικότητα του switch σε κάθε Port, φτάνει περίπου στο 100%.
Απόδειξη:
Για την περίπτωση µε χρήση πακέτων των 64 bytes, (δηλ το ελάχιστο µέγεθος πακέτων) η απόδοση είναι άνω των 1.488 εκατομμυρίων πακέτων το δευτερόλεπτο. Για την περίπτωση ΧΡ11σης πακέτων των 1518 bytes, (δηλ το μέγιστο μέγεθος πακέτων) η απόδοση έφθασε στα 81.274 pps. Και για τις δύο περιπτώσεις αν θεωρήσουμε ως interframe gap 12 bytes και την εισαγωγή (preamble) πλαισίου 8 bytes και µε αυτά τα δεδομένα υπολογίσουμε το ρυθμό δεδομένων σε bits per sec, έχουμε:
ü Για πακέτα 64 bytes: 1.488.095 (packets/sec) * [64 + 12 + 8 ] (bytes/packet) * 8 (bits/byte) 1 δισ. bps =1 (Gigabit /sec). (Δηλ απόδοση 100%).
ü Για πακέτα 1518 bytes: 81.274 (packets/sec) * [1518 + 12 + 8](bytes/packet) * 8 bits/byte=0,999 δισ. bps.= 0,999 (Gigabit /sec). (Δηλ. απόδοση 99,9%).
Από το πείραμα αυτό συνάγεται ότι τα multi-port switches, τα οποία εξυπηρετούν σε δίκτυο Gigabit Ethernet, δεν έχουν ιδιαίτερο πρόβλημα, φθάνουν δε σχετικά εύκολα στον κορεσμό της απόδοσης σε κάθε port, δηλαδή στο 100%. Το μέγεθος ενός πακέτου απειροελάχιστα επηρεάζει τη συνολική απόδοση ενός multiport switch.
3. ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΟΥ GIGABIT ETHERNET
3.1.1. Χρονοδιάγραμμα
Τον Ιούλιο του 1996 η ΙΕΕΕ 802.3 working group δημιούργησε την 802.3z Gigabit Ethernet task force. Σκοπός της 802.3z ήταν η ανάπτυξη του προτύπου Gigabit Ethernet με τους εξής στόχους:
α. half-duplex και full-duplex λειτουργία σε ταχύτητες της τάξης των 1000Mpbs
β.χρήση του ήδη υπάρχοντος 802.3 προτύπου για πλαίσια Ethernet
γ. χρήση της μεθόδου CSMA/CD με υποστήριξη ενός repeater ανά πεδίο σύγκρουσης (collision domain)
δ. προς τα πίσω συμβατότητα με τα πρότυπα 10BASE-T (Ethernet) και 100BASE-T (Fast Ethernet)
Ως προς την τεχνολογία των συνδέσεων, τέθηκε ως στόχος η λειτουργία του προτύπου πάνω σε:
α. πολύτροπη οπτική ίνα μέγιστου μήκους 550 μέτρων (1000BASE-SX)
β.μονότροπη οπτική ίνα μέγιστου μήκους 3 χιλιομέτρων που αργότερα επεκτάθηκε στα 5 (1000BASE-LX)
γ. χάλκινο (short-haul copper) καλώδιο μέγιστου μήκους 25 μέτρων (1000BASE-CX)
Επίσης δημιουργήθηκε η υποεπιτροπή IEEE 802.3ab με σκοπό την ανάπτυξη του 1000BASE-T προτύπου που θα υποστηρίζει Gigabit Ethernet πάνω σε αθωράκιστο συνεστραμμένο ζεύγος καλωδίων κατηγορίας 5 (UTP 5) και μέγιστο μήκος 100 μέτρα.
Το χρονοδιάγραμμα προέβλεπε την έγκριση των προτύπων 1000BASE-LX, SX και CX μέσα στο 1998 ενώ για το 1000BASE-T μέσα στο 1999.
Η διαδικασία για το 802.3z τελικά ολοκληρώθηκε τον Ιούνιο του 1998 ενώ για το 802.3ab βρίσκεται ακόμα σε εξέλιξη.
3.1.2. Αρχιτεκτονική
Για την επίτευξη ταχυτήτων τάξης 1Gbps χρειάζεται να γίνουν πολλές αλλαγές στο επίπεδο του φυσικού μέσου. Αποφασίστηκε επίσης ότι από το επίπεδο σύνδεσης και πάνω το Gigabit Ethernet πρέπει να ταυτίζεται σε συμπεριφορά με το Ethernet. Έτσι για την υλοποίηση επιλέχθηκε ο συνδυασμός δύο τεχνολογιών (προτύπων): της IEEE 802.3 Ethernet και της ANSI X3T11 FibreChannel.
Αυτό σημαίνει ότι το πρότυπο μπορεί να εκμεταλλευτεί την ήδη υπάρχουσα, υψηλής ταχύτητας πρόσβαση στο φυσικό μέσο, τεχνολογία του FibreChannel, ενώ διατηρείται ταυτόχρονα το πρότυπο πλαισίου του Ethernet και η προς τα πίσω συμβατότητα με την εγκατεστημένη βάση συστημάτων.
3.2. Τεχνολογία στο 1ο επίπεδο
Το Gigabit Ethernet υποστηρίζει full-duplex λειτουργία για συνδέσεις switch-to-switch και switch-to-end-station, και half-duplex λειτουργία για διαμοιραζόμενες συνδέσεις με τη χρήση repeater και της μεθόδου CSMA/CD. Αρχικά θα λειτουργεί πάνω σε οπτική ίνα με σχέδιο να εκμεταλλευτεί στο μέλλον και συνδέσεις τύπου Category 5 UTP. Στην εικόνα 2.2-1 παρουσιάζονται τα λειτουργικά στοιχεία του Gigabit Ethernet.
3.2.1. 802.3z
3.2.1.1. Long-Wave και Short-Wave lasers πάνω σε οπτική ίνα
Δύο laser πρότυπα υποστηρίζονται πάνω σε οπτική ίνα: το 1000Base-SX (short-wave laser) και το 1000Base-LX (long-wave laser), και τα δύο πάνω σε πολύτροπη οπτική ίνα διαμέτρου 62.5 και 50 micron. Με μονότροπη οπτική ίνα θα χρησιμοποιηθεί long-wave laser που είναι βελτιστοποιημένο για χρήση σε αυτό το είδος ίνας. Αξίζει να σημειωθεί ότι ορισμένοι κατασκευαστές προωθούν ένα ακόμη πρότυπο, ανεξάρτητο με τα πρότυπα της IEEE, το 1000Base-LH το οποίο υποστηρίζει μετάδοση πάνω σε μονότροπη οπτική ίνα και καλύπτει αποστάσεις μέχρι και 100 χιλιόμετρα.
Οι διαφορές μεταξύ των τεχνολογιών long και short-wave laser είναι το κόστος και η απόσταση μετάδοσης που υποστηρίζουν. Η μετάδοση με laser πάνω σε οπτική ίνα εξαρτάται άμεσα από το βαθμό της εξασθένησης (attenuation) του σήματος στο καλώδιο. Η εξασθένηση αυξάνει ανάλογα με τη συχνότητα του σήματος , έτσι επιβάλλεται να χρησιμοποιούνται οι μικρότερες δυνατόν συχνότητες που μπορούν να υποστηρίξουν το επιθυμητό ρυθμό δεδομένων. Το long-wave laser παρουσιάζει ελαττωμένη εξασθένηση για μεγαλύτερα μήκη κύματος από το short-wave και έτσι επιτυγχάνει μεγαλύτερες αποστάσεις κατά τη μετάδοση, όμως ως μεταγενέστερη τεχνολογία είναι και ακριβότερη (τα short-wave lasers χρησιμοποιούνται ήδη στην τεχνολογία του CD).
Η μονότροπη οπτική ίνα παραδοσιακά χρησιμοποιούνταν για μετάδοση σε μεγάλες αποστάσεις (στο Ethernet για παράδειγμα μπορεί να φτάσει μέχρι και 10 χιλιόμετρα). Με τη σημερινή τεχνολογία μπορούμε να έχουμε οπτικές ίνες με διάμετρο πυρήνα 9micron και 1300nanometer laser.
Το Gigabit Ethernet θα υποστηριχθεί πάνω σε δύο τύπους οπτικής ίνας: διαμέτρου 62.5 και 50 micron. Η 62.5micron ίνα είναι πιο συνηθισμένη και έχει χρησιμοποιηθεί από το Ethernet, το Fast Ethernet και το FDDI για το δίκτυο κορμού (backbone). Στα μειονεκτήματά της είναι το χαμηλό modal bandwidth (δηλαδή η ικανότητα να μεταδίδει το φως) ειδικά για short-wave lasers. Η 50micron ίνα έχει σημαντικά μεγαλύτερο modal bandwidth και υποστηρίζει καλύτερα short-wave laser.
Η πολύτροπη οπτική ίνα είχε σχεδιαστεί αρχικά για χρήση με LED σε μικρές αποστάσεις και όχι για laser. Οι εκτεταμένοι έλεγχοι, που έγιναν από την IEEE 802.3z πάνω στο laser και τη συμπεριφορά του σε πολύτροπες οπτικές ίνες, ανακάλυψαν προβλήματα στο σήμα, που προκαλούνταν από ένα φαινόμενο, γνωστό ως differential mode delay (DMD). Καθώς μία ακτίνα φωτός διαπερνά την ίνα και δέχεται παραμόρφωση, το DMD μπορεί να προκαλέσει τη διαίρεσή της σε δύο ή περισσότερες ακτίνες και φυσικά να οδηγήσει σε απώλεια δεδομένων. Το φαινόμενο δεν είχε παρατηρηθεί στη ήδη χρησιμοποιούμενη και δοκιμασμένη τεχνολογία του FibreChannel εξαιτίας των μικρών αποστάσεων που αυτή προβλέπει.
Το πρόβλημα διορθώνεται αν το φως που διαπερνά τον πυρήνα σε ευθεία γραμμή εκτραπεί κατά κάποια μικρή γωνία. Η μέθοδος αυτή ονομάστηκε “conditioned launch” και για την επίτευξη της απαιτείται η εγκατάσταση στο καλώδιο της σύνδεσης μιας ειδικής προέκτασης.
3.2.1.2. 150-Ohm θωρακισμένο χάλκινο καλώδιο (1000Βase-CX)
Για συνδέσεις μικρότερες των 25 μέτρων, το Gigabit Ethernet επιτρέπει μετάδοση πάνω σε ένα, ειδικού τύπου, 150-Οhm χάλκινο καλώδιο. Ο συγκεκριμένος τύπος δεν είναι UTP 5 ή ΙΒΜ Type I ή ΙΙ αλλά ένα νέο είδος θωρακισμένου καλωδίου. Για να μεγιστοποιηθεί η ασφάλεια και η προστασία από παρεμβολές, που προκαλούνται από διαφορές στην τάση, ο δέκτης και ο πομπός μοιράζονται κοινή γείωση. Η απώλεια επιστροφής (return loss, το μέγεθος που χαρακτηρίζει την ενέργεια που ανακλάται εξαιτίας των διαφορών στην αντίσταση της σύνδεσης) για κάθε connector περιορίστηκε στα 20dB. Ο connector για το 1000Base-CX επιλέχθηκε να είναι τύπου DB-9, ενώ η AMP κατασκευάζει έναν ακόμη τύπο τον HSSDC.
Οι εφαρμογές που θα υποστηρίζει η συγκεκριμένη καλωδίωση περιλαμβάνουν short-haul data-center interconnections και inter-or-intra-rack connections. Εξαιτίας του περιορισμού των 25 μέτρων δεν υποστηρίζονται συνδέσεις data-centers to riser closets.
Πλεονεκτήματα του 1000Base-CX είναι η φθηνή υλοποίηση και η εύκολη εγκατάσταση.
3.2.1.3. PMA - PMD
Το υποεπίπεδο πρόσδεσης φυσικού μέσου (physical media attachment sublayer - PMA) στο Gigabit Ethernet είναι όμοιο με το PMA του FibreChannel. Η υποστήριξη πολλαπλών σχημάτων κωδικοποίησης και η παρουσίασή τους στα ανώτερα επίπεδα είναι ευθύνη του serializer/deserializer. Τα δεδομένα που μεταφέρει το φυσικό μέσο, τα οποία εισάγονται μέσω του υποεπιπέδου εξάρτησης από το φυσικό μέσο (physical media dependent sublayer - PMD), χρειάζεται να υποστηρίζουν κατάλληλο, για το μέσο, σχήμα κωδικοποίησης. Στην περίπτωση του FibreChannel αυτό το σχήμα είναι το 8B/10B που έχει σχεδιαστεί ειδικά για μετάδοση με οπτική ίνα. Το Gigabit Εthernet χρησιμοποιεί παρόμοια κωδικοποίηση. Η διαφορά του με το FibreChannel είναι στην ταχύτητα της σήμανσης: το FibreChannel χρησιμοποιεί σήμανση στα 1.062gigabaud ενώ το Gigabit Ethernet σήμανση στα 1.25gigabaud.
Για μετάδοση με καλωδίωση UTP 5(1000Base-T) πρέπει να χρησιμοποιηθεί διαφορετικό σχήμα κωδικοποίησης.
3.2.1.4. PCS - 8B/10B encoding
Το επίπεδο FC-1 του FibreChannel περιγράφει το συγχρονισμό και το σχήμα κωδικοποίησης 8B/10B. Το FC-1 ορίζει το πρωτόκολλο μετάδοσης, συμπεριλαμβανομένου της σειριακής κωδικοποίησης και αποκωδικοποίησης από και προς το φυσικό μέσο, τους ειδικούς χαρακτήρες και τον έλεγχο λαθών. Το Gigabit Ethernet χρησιμοποιεί το ίδιο σχήμα (δηλαδή το 8B/10B) που χρησιμοποιείται και στο FC-1.
Το 8Β/10Β είναι παρόμοιο με το παλαιότερο 4Β/5Β που χρησιμοποιεί το FDDI. Το 4Β/5Β όμως κρίθηκε ακατάλληλο για το FibreChannel εξαιτίας της έλλειψης DC balance. H έλλειψη DC balance μπορεί να προκαλέσει θέρμανση των laser ανάλογα με τα δεδομένα που μεταδίδονται (συγκεκριμένα αν μεταδίδονται περισσότερα 1 από 0) και να οδηγήσει σε αυξημένα επίπεδα λαθών.
Η κωδικοποίηση των δεδομένων προς μετάδοση προσφέρει τα παρακάτω πλεονεκτήματα:
α. Επηρεάζει τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της μετάδοσης, όπως π.χ. βελτιστοποιεί την αναλογία των 1 με τα 0
β.Διευκολύνει το δέκτη να ανακτήσει το συγχρονισμό του με τον πομπό
γ. Αυξάνει την πιθανότητα ο δέκτης να ανιχνεύσει και να διορθώσει πιθανά λάθη κατά τη μετάδοση
δ. Βοηθάει στο διαχωρισμό bits δεδομένων από bits ελέγχου
Η 8Β/10Β κωδικοποίηση στο Gigabit Ethernet εφαρμόζεται ως εξής:
Το υποεπίπεδο προσαρμογής (reconciliation sublayer) στέλνει δεδομένα σε ομάδες των 8 bits στο υποεπίπεδο PCS, το οποίο αναλαμβάνει την κωδικοποίηση τους σε ομάδες των 10 bits με πρόσθεση bits ελέγχου και σύμφωνα με τις προδιαγραφές της 8B/10B κωδικοποίησης. Οι ομάδες των 10 bits στέλνονται στο PMA το οποίο τις κάνει serialize και προωθεί τα δεδομένα στο PMD.
Αντίστροφα, όταν λαμβάνονται δεδομένα το PMD τα μεταφέρει στο PMA που τα ευθυγραμμίζει και κάνει deserialize σε ομάδες των 10 bits. Οι ομάδες στέλνονται στο PCS που τις αποκωδικοποιεί και με τη σειρά του μεταφέρει τα δεδομένα στα ανώτερα επίπεδα.
3.2.1.5. Gigabit Media Independent Interface (GMII)
Το GMII είναι μια σειρά προδιαγραφών που καθορίζουν τη σύνδεση του MAC με το φυσικό επίπεδο. Σκοπός των προδιαγραφών αυτών είναι η ανεξάρτητη, από το είδος του φυσικού μέσου, λειτουργία από το υποεπίπεδο MAC και πάνω. Για παράδειγμα με το GMII γίνεται δυνατή η χρήση των υπάρχοντων Fibre Channel PHY chips από το Gigabit Ethernet ενώ μελλοντικά μπορούν να υιοθετηθούν καινούριες τεχνολογίες στο φυσικό μέσο χωρίς μεγάλες αλλαγές στον εξοπλισμό. Η χρήση του GMII δεν ορίζεται ως υποχρεωτική από το πρότυπο.
3.2.2. 802.3ab
Το αθωράκιστο συνεστραμμένο ζεύγος (UTP) είναι το πλέον διαδεδομένο είδος καλωδίωσης παγκοσμίως. Ειδικά στα δίκτυα υψηλών ταχυτήτων κυριαρχεί το 4-pair, 100 ohm, UTP Category 5. Η υποστήριξη του UTP 5 από το Gigabit Ethernet κρίθηκε επιβεβλημένη.
Οι δυσκολίες που παρουσίαζε η συγκεκριμένη μετάβαση αλλά και η ιδιαίτερη σημασία της οδήγησαν στη αποσύνδεση του σχεδίου από την 802.3z και τη δημιουργία ξεχωριστής επιτροπής, της 802.3ab που ανέλαβε το σχεδιασμό του 1000Βase-T.
3.2.2.1. Θέματα καλωδίωσης
Το 1000Base-Τ θα υποστηρίζει λειτουργία πάνω σε 4-pair, 100 ohm, UTP 5 που συμβαδίζει με το πρότυπο ANSI/TIA/EIA-568-A ή κατασκευάζεται από υλικό σύμφωνο με το ISO/IEC 11801:1995 και διαθέτει τις επιδόσεις που ορίζονται στο ANSI/TIA/EIA-568-A ANNEX E.
Η μετάδοση σε ρυθμούς 1000Mb/s πάνω στο UTP 5 παρουσιάζει τις εξής δυσκολίες:
α. ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές
β.εξασθένηση του σήματος (attenuation, βλ. Long-Wave και Short-Wave lasers πάνω σε οπτική ίνα)
γ. απώλεια επιστροφής (return loss, βλ. 150-Ohm θωρακισμένο χάλκινο καλώδιο - 1000Base-CX)
δ. ηχώ (echo), η ηχώ είναι αποτέλεσμα της λειτουργίας σε full-duplex και παράγεται όταν το παραμένoν σήμα μετάδοσης (residual transmit signal), εξαιτίας της trans-hybrid απώλειας, και η απώλεια επιστροφής του καλωδίου συνδυάζονται
ε. crosstalk, είναι ανεπιθύμητα σήματα που παράγονται από την αλληλεπίδραση των σημάτων μεταξύ δύο ζευγών. Εφόσον το 1000Base-T χρησιμοποιεί και τα 4 ζεύγη του UTP 5, κάθε ζεύγος μπορεί να επηρεαστεί από καθένα από τα αλλά 3 ζεύγη. Το crosstalk σε σχέση με τον πομπό χαρακτηρίζεται ως:
Near-end crosstalk (NEXT), που δημιουργείται στην έξοδο του ζεύγους των καλωδίων, στην απόληξη του πομπού
Far-end crosstalk (FEXT), που δημιουργείται στην έξοδο του ζεύγους των καλωδίων, στην απομακρυσμένη απόληξη του καλωδίου που ξεκινά από τον πομπό
Equal level far-end crosstalk (ELFEXT), όμοια με το FEXT από το οποίο όμως αφαιρείται το μέγεθος της εξασθένησης του σήματος (attenuation)
Επιπλέον προδιαγραφές που καλύπτουν τα FEXT, ELFEXT και return loss θα προστεθούν στο ANSI/TIA/EIA-568-A ενώ ο υπάρχων εξοπλισμός πρέπει να εξεταστεί για συμβατότητα με τις απαιτήσεις του 1000Base-T.
Γενικότερα, οποιοδήποτε σύστημα μετάδοσης λειτουργεί πάνω σε αθωράκιστο καλώδιο πρέπει να αντιμετωπίζει την ακτινοβολούμενη ενέργεια από άλλες πηγές και να μεγιστοποιεί την αντοχή του στον περιβάλλοντα θόρυβο.
3.2.2.2. Σχεδιαστική προσέγγιση
Οι εξέλιξη της έρευνας στην ψηφιακή επικοινωνία τα τελευταία χρόνια, επέτρεψε την ανάπτυξη διαφόρων τεχνικών, οι οποίες συνέβαλλαν να ξεπεραστούν τα προβλήματα που παρουσίαζε η μετάδοση σε υψηλούς ρυθμούς δεδομένων πάνω σε UTP 5.
Για τη λειτουργία του 1000Base-T:
α. χρησιμοποιείται καλωδίωση που συμβαδίζει με το πρότυπο ANSI/TIA/EIA-568-A (1995) για Category 5 UTP
β.γίνεται dual duplex χρήση και των 4 ζευγαριών καλωδίων για να επιτυγχάνεται ρυθμός συμβόλων 125Mbaud ( )
γ. γίνεται χρήση της κωδικοποίησης PAM-5 που επιτρέπει την αποστολή περισσότερης πληροφορίας με κάθε σύμβολο
δ. γίνεται χρήση της 4D 8-state Trellis Forward Error Correction κωδικοποίησης για να αντισταθμιστεί η επίδραση του θορύβου και του crosstalk
ε. χρησιμοποιούνται τεχνικές διαμόρφωσης παλμού που προετοιμάζουν το προς μετάδοση φάσμα
στ. χρησιμοποιούνται υψηλής τεχνολογίας DSP τεχνικές εξισορρόπησης (equalize) του σήματος για την αντιμετώπιση του θορύβου, της ηχούς και του crosstalk καθώς και για την επίτευξη bit error rate 10-10
ζ. χρησιμοποιείται scrambling
Dual duplex μετάδοση αποτελεί η αποστολή και παραλαβή δεδομένων ταυτόχρονα σε κάθε διεύθυνση (full duplex) σε καθένα από τα 4 ζεύξη καλωδίων. Έτσι μειώνεται ο ρυθμός μετάδοσης συμβόλων (και το bandwidth που δεσμεύεται) στο μισό σε σχέση με τη μονόδρομη αποστολή/παραλαβή. Χρησιμοποιούνται υβριδικά κυκλώματα, που επιτρέπουν αμφίδρομη μετάδοση πάνω σε κάθε ζεύγος, τα οποία λειτουργούν φιλτράροντας το μεταδιδόμενο σήμα στο δέκτη.
Τα υβριδικά κυκλώματα ελαχιστοποιούν αλλά δεν μπορούν ακόμα να εκμηδενίσουν τις επιδράσεις του παραμένοντος σήματος μετάδοσης, και της απώλειας επιστροφής για αυτό σε κάθε ζεύγος χρησιμοποιούνται κυκλώματα ακυρωτές (cancellors) που αναλαμβάνουν να απομακρύνουν την ηχώ.
Η κωδικοποίηση 5-level PAM προσφέρει καλύτερη χρησιμοποίηση του bandwidth από την απλή δυαδική σήμανση, όπου κάθε σύμβολο παριστάνει τη τιμή ενός μόνο bit. Πιο συγκεκριμένα κάθε σύμβολο αναπαριστά και ένα από πέντε διαφορετικά επίπεδα (-1, -1, 0, +1, +2), τέσσερα από τα επίπεδα χρησιμοποιούνται για την αναπαράσταση 2 bits ενώ το πέμπτο χρησιμοποιείται για την Forward Error Correction κωδικοποίηση. Με αυτόν τον τρόπο το signal bandwidth μειώνεται στο μισό. Φυσικά για την υλοποίηση απαιτούνται καλύτερη απόκριση σήματος/θορύβου και η χρήση multi-bit D/A και A/D μετατροπέων.
Η Forward Error Correction κωδικοποίηση λειτουργεί ως ένα δεύτερο επίπεδο κωδικοποίησης που βοηθά στην ανάκτηση των συμβόλων που αλλοιώνονται σε περιβάλλον υψηλού θορύβου και/ή εξαιτίας του crosstalk. Το συγκεκριμένο σχήμα κωδικοποίησης που χρησιμοποιείται στο 1000Base-T είναι το 4-Dimensional 8-State Trellis Forward Error Correction, το οποίο λειτουργεί βελτιώνοντας την απόκριση σήματος/θορύβου στο σημείο απόφασης του A/D μετατροπέα του δέκτη.
Η διαμόρφωση παλμού επηρεάζει τα χαρακτηριστικά του φάσματος του μεταδιδόμενου σήματος ώστε αυτά να βελτιστοποιούνται για το συγκεκριμένο κανάλι μετάδοσης που χρησιμοποιείται. Συγκεκριμένα ελαχιστοποιείται η ενέργεια του σήματος σε συχνότητες που παρουσιάζουν μειωμένη αντοχή στο θόρυβο και τις παρεμβολές, μειώνονται οι συνιστώσες του σήματος τόσο στις υψηλές όσο και στις χαμηλές συχνότητες και απορρίπτονται οι υψηλής συχνότητας συνιστώσες που οφείλονται στο θόρυβο. Η διαμόρφωση παλμού υλοποιείται με συνδυασμό ψηφιακών και αναλογικών φίλτρων και χρησιμοποιείται τόσο στον πομπό όσο και στο δέκτη. Το φάσμα του σήματος στο 1000Base-T τελικά θα είναι σχεδόν όμοιο με αυτό του 100Base-TX.
Η εξισορρόπηση σήματος αντισταθμίζει την εισαγωγή παραμόρφωσης στο σήμα από το κανάλι επικοινωνίας. Ο απλούστερος τρόπος εξισορρόπησης γίνεται με τη χρήση κάποιου FIR φίλτρου (Linear Digital Equalization, Γραμμική Ψηφιακή Εξισορρόπηση). Η LDE όμως μεγαλώνει και το θόρυβο στον δέκτη, πρόβλημα που γίνεται σημαντικότερο στις υψηλές συχνότητες. Σε αυτές τις περιπτώσεις γίνεται χρήση DFE (decision-feedback equalizer). Ο DFE δεν επηρεάζει το θόρυβο όμως είναι ευαίσθητος σε λάθη στο σήμα (ένα απλό λάθος μπορεί να προκαλέσει λανθασμένη εξισορρόπηση, δηλαδή και άλλα λάθη). Πολλαπλοί DFE μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να αντιμετωπιστεί αυτή η κατάσταση.
Τέλος, scrambling είναι η τυχαία ανακατανομή της σειράς που μεταδίδονται τα σύμβολα. Αυτό γίνεται με σκοπό την αποφυγή μακρών φασματικών γραμμών στο σήμα.
Πολλές από τις τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη του 1000Base-T είχαν ήδη εμφανιστεί σε παλαιότερα πρότυπα του Fast Ethernet. Το γεγονός ότι προϋπήρχαν βοήθησε στην ταχύτερη ανάπτυξη του προτύπου και πρόσθεσε αξιοπιστία αφού πρόκειται για δοκιμασμένες λύσεις.
Συγκεκριμένα:
α. το 100Base-TX χρησιμοποιεί σήμανση στα 125Mbaud πάνω σε καλωδίωση UTP 5
β.το 100Base-T4 χρησιμοποιεί πολυεπίπεδη σήμανση πάνω σε καλωδίωση 4-pair UTP
γ. το 100Base-T2 χρησιμοποιεί κωδικοποίηση 5 επιπέδων και DSP τεχνικές για την αντιμετώπιση του crosstalk
3.3. Αλλαγές στο 2ο επίπεδο
To υποεπίδεδο MAC του Gigabit Ethernet είναι σχεδόν πανομοιότυπο με το αντίστοιχο MAC των Ethernet και Fast Ethernet. Συγκεκριμένα:
α. Χρησιμοποιεί τη μορφή πλαισίων που ορίζει το πρότυπο 802.3
β.Έχει τη δυνατότητα να λειτουργήσει είτε σε half-duplex (με τη χρήση της μεθόδου CSMA/CD) είτε σε full-duplex
Η 802.3z αντιμετώπισε αρκετές αντιρρήσεις για τη διατήρηση του half-duplex τρόπου λειτουργίας στο Gigabit Ethernet. Τελικά όμως περιλήφθηκε στο πρότυπο για δύο κυρίως λόγους: ο επανασχεδιασμός των υπάρχοντων MAC chips ώστε να λειτουργούν σε 10-πλάσια ταχύτητα ήταν πολύ ευκολότερη διαδικασία από τον πλήρη επανασχεδιασμό τους και επίσης κάποια μέλη της επιτροπής ήθελαν απλώς να διατηρήσουν την 25-χρονη παράδοση του CSMA/CD.
3.3.1. Carrier extension
Ο σχεδιασμός του αρχικού Ethernet (που λειτουργούσε μόνο σε half-duplex) όριζε ως μέγιστη απόσταση μεταξύ σταθμών τα 2 χιλιόμετρα. Ο περιορισμός αυτός είχε σχέση με τη μέθοδο CSMA/CD και το ελάχιστο μέγεθος πλαισίου (το οποίο στην περίπτωση του Ethernet είναι 64bytes). Όταν συμβεί μια σύγκρουση πρέπει οι σταθμοί που εμπλέκονται να το μάθουν πριν ολοκληρώσουν τη μετάδοση. Περιορίζοντας το μέγεθος του collision domain, επιτρέπουμε στο σήμα εμπλοκής (jam signal) που στέλνει το MAC να φθάσει έγκαιρα στους ενδιαφερόμενους σταθμούς, ώστε αυτοί να επαναμεταδώσουν το πλαίσιο. Το Fast Ethernet χρησιμοποιεί και αυτό την ίδια μορφή πλαισίων του Ethernet. Εφόσον όμως λειτουργεί σε 10-πλάσια ταχύτητα (100Μbit έναντι 10Mbit), τα πλαίσια απαιτούν 10 φορές λιγότερο χρόνο για να μεταδοθούν, οπότε για την ομαλή λειτουργία της μεθόδου CSMA/CD, το collision domain έπρεπε να μειωθεί ανάλογα από τα 2 χιλιόμετρα στα 200 μέτρα.
Στην περίπτωση του Gigabit Εthernet, εφόσον και εδώ διατηρούνταν το ελάχιστο μέγεθος πλαισίου, η διάμετρος του δικτύου έπρεπε να μειωθεί πάλι κατά 10, δηλαδή στα 20 μέτρα! Φυσικά αυτό καθιστούσε το πρότυπο πρακτικώς άχρηστο. Στην προσπάθεια να διατηρηθεί η μέγιστη απόσταση μεταξύ των σταθμών στα 200 μέτρα έγινε μια τροποποίηση στο MAC που ονομάστηκε carrier extension. Το carrier extension δουλεύει ως εξής: Όταν ένα πλαίσιο είναι μικρότερο των 512bytes τότε το MAC στέλνει ένα ειδικό σήμα που διαρκεί τόσο ώστε το πλαίσιο να φαίνεται στους άλλους σταθμούς ως πλαίσιο των 512bytes, οπότε παρέχεται ο απαιτούμενος χρόνος για να ανιχνευθεί τυχόν σύγκρουση. Αυτή η τεχνική δεν επηρεάζει το ελάχιστο μήκος πλαισίου που παραμένει στα 64bytes αλλά απλώς μεταχειρίζεται διαφορετικά τα πλαίσια που είναι μικρότερα των 512bytes.
Λογικά το carrier extension έπρεπε να δημιουργεί εικονικά πλαίσια των 640bytes και όχι των 512. Η 802.3z έκρινε ότι 640bytes ήταν μάλλον μεγάλη ποσότητα και προτίμησε τα 512bytes. Για να επιτευχθεί αυτό μειώθηκε ο αριθμός των repeaters που επιτρέπονται ανά collision domain από 2, που ίσχυε στο Fast Ethernet, σε 1. Επίσης στα παλαιότερα πρότυπα του Ethernet υπήρχε και ένα περιθώριο ασφαλείας το οποίο, για αυτό το σκοπό, ελαχιστοποιήθηκε στο Gigabit Ethernet.
3.3.2. Frame bursting
Η μέθοδος του carrier extension έχει ένα βασικό μειονέκτημα: η προέκταση δεν χρησιμοποιείται για δεδομένα ενώ καταναλώνει bandwidth. Στην περίπτωση που η κυκλοφορία αποτελείται αποκλειστικά από πλαίσια των 64bytes τότε ο πραγματικός ρυθμός μετάδοσης πέφτει στα 120Mbps, δηλαδή απόδοση 12%! Φυσικά μια τέτοια περίπτωση είναι μάλλον ακραία, όμως στα περισσότερα δίκτυα Ethernet τα πλαίσια έχουν μέγεθος 200-500bytes οπότε η απόδοση αναμένεται να κινείται αρκετά χαμηλότερα από το 1Gbps.
Για την αντιμετώπιση του προβλήματος έγινε μια ακόμα αλλαγή στο MAC που ονομάστηκε frame bursting. Το frame bursting είναι η μετάδοση πολλών μικρών (<512bytes) name="bm_2_3_3">3.3.3. 802.3x full-duplex/flow control
Ο έλεγχος ροής (flow control) είναι απαραίτητος σε ένα δίκτυο, ειδικά όταν αναμιγνύονται τεχνολογίες που λειτουργούν σε διαφορετικές ταχύτητες. Ένας γρήγορος server μπορεί εύκολα να υπερφορτώσει έναν αργό client. Η μέθοδος CSMA/CD προσφέρει έναν εγγενή τρόπο αντιμετώπισης παρόμοιων καταστάσεων αφού οι συγκρούσεις που δημιουργούνται εμποδίζουν την υπερφόρτωση. Ακόμη ένας σταθμός ο οποίος για οποιονδήποτε λόγο δεν μπορεί να ανταποκριθεί σε αιτήσεις από το υπόλοιπο δίκτυο μπορεί να δημιουργεί τεχνητές συγκρούσεις μέχρι να επανέλθει σε κανονική λειτουργία.
Σε full-duplex η CSMA/CD απενεργοποιείται οπότε πρέπει να χρησιμοποιηθεί κάποια άλλη μέθοδος ελέγχου ροής. Στο Gigabit Ethernet αυτή η μέθοδος ορίζεται από το πρότυπο 802.3x full-duplex/flow control. Το 802.3x αναπτύχθηκε ξεχωριστά από το Gigabit Ethernet αλλά η χρήση του ορίζεται ως υποχρεωτική, σε full-duplex συνδέσεις, από το 802.3z.
Ο μηχανισμός του 802.3x είναι απλός: Όταν στη μία άκρη της σύνδεσης ο δέκτης δεν μπορεί να ανταποκριθεί στην κίνηση στέλνει ένα ειδικό PAUSE πλαίσιο που ειδοποιεί τον πομπό να σταματήσει προσωρινά τη μετάδοση για κάποιο χρονικό διάστημα. Όταν ο πομπός σταματήσει να δέχεται PAUSE πλαίσια συνεχίζει τη μετάδοση από το σημείο που είχε σταματήσει. Τα PAUSE πλαίσια χρησιμοποιούν συγκεκριμένη διεύθυνση ώστε να μην προωθούνται από τις γέφυρες και τα switches. Έτσι αποφεύγεται η παρεμβολή τους με τα μηνύματα ελέγχου ροής σε άλλο σημείο του δικτύου.
3.3.4. 802.1p, 802.1Q, 802.3ad
Μια σειρά από πρότυπα της IEEE τα οποία αναπτύχθηκαν ανεξάρτητα από το 802.3z συμπληρώνουν τις δυνατότητες του Gigabit Ethernet. Ακολουθεί μια σύντομη περιγραφή:
802.1p - ορίζει μια μέθοδο που επιτρέπει στους σταθμούς να ζητούν προτεραιότητα και επιτρέπει στα switches να μεταφέρουν τις αιτήσεις αυτές στον προορισμό τους
802.1Q - ορίζει μια τυποποίηση για εικονικά δίκτυα (Virtual LANs - VLANs)
802.3ad - ορίζει μια τυποποίηση για link aggregation (η δυνατότητα ύπαρξης πολλαπλών παράλληλων point-to-point switch/switch ή switch/server συνδέσεων)
3.3.5. Full-Duplex repeater
Κάποιοι από τους κατασκευαστές του Gigabit Ethernet ανέπτυξαν μια καινούρια συσκευή τον full-duplex repeater (ο οποίος αναφέρεται επίσης και ως buffered distributor, nonfiltering switch ή CSMA/CD in a box).
O full-duplex repeater, όπως υπονοεί και η ονομασία του, εκτελεί τις λειτουργίες ενός repeater, προσφέρει όμως ταυτόχρονα και μερικά από τα πλεονεκτήματα των switches.
Τα κύρια χαρακτηριστικά του είναι:
α. οι σταθμοί εξυπηρετούνται βάσει του αλγορίθμου εξυπηρέτησης εκ περιτροπής (round robin)
β.τα πακέτα που παραλαμβάνονται προωθούνται σε όλα τα ports εκτός από το port της παραλαβής
γ. λειτουργεί σε full-duplex (οι απλοί repeaters δουλεύουν σε half-duplex)
δ. τα ports λειτουργούν όλα στην ίδια ταχύτητα (στην περίπτωση μας στο 1Gbps)
ε. κάθε port περιλαμβάνει ένα στοιχειώδες MAC που μπορεί να ελέγξει την εγκυρότητα του πλαισίου που παρελήφθη
στ. ο εσωτερικός buffer έχει χωρητικότητα για λίγα μόνο πλαίσια
ζ. χρησιμοποιείται το πρότυπο 802.3x full-duplex/flow control, όλοι οι σταθμοί που συνδέονται στον full-duplex repeater πρέπει να συμβαδίζουν με το πρότυπο .
Το μεγάλο πλεονέκτημα των full-duplex repeaters είναι ότι προσφέρουν απόδοση και λειτουργικότητα που πλησιάζει τα switches, ενώ το κόστος τους κυμαίνεται στα επίπεδα των απλών repeaters.
3.4. Λειτουργία στο 3ο επίπεδο
Το Gigabit Ethernet, όπως και οι προκάτοχοι του (με μερική εξαίρεση το 100VG-AnyLAN) δεν παρέχει μηχανισμούς Quality of Service (QoS), μπορεί όμως να παράσχει Class of Service (CoS - ή αλλιώς best-effort QoS), δηλαδή δέχεται αιτήσεις QoS χωρίς όμως να εγγυάται 100% ικανοποίηση τους.
Η υποστήριξη CoS παρέχεται στο Gigabit Ethernet μέσω προτύπων όπως τα 802.1p, 802.1Q και κυρίως μέσω του Resource reSerVation Protocol (RSVP).
3.4.1. RSVP
Το RSVP είναι ένα πρωτόκολλο που επιτρέπει στις εφαρμογές να ζητούν υπηρεσίες QoS για τα data flows τους. Η επιτροπή Internet Engineering Task Force (IETF) έχει αναλάβει τη μετατροπή του σε πρότυπο.
Στο RSVP ως data flow ορίζεται μια σειρά μηνυμάτων (πακέτων) που μοιράζονται κοινό αποστολέα, παραλήπτη και QoS. Το πρωτόκολλο μπορεί να ζητήσει για κάποιο data flow έναν από τους παρακάτω τρόπους διαχείρισης:
α. Best-effort, που πρόκειται για τον κλασσικό τρόπο μετάδοσης που ορίζει το πρωτόκολλο IP, όπου ουσιαστικά οι υπηρεσίες του RSVP απενεργοποιούνται
β. Rate-sensitive, που χρησιμοποιείται για εφαρμογές που απαιτούν κάποιο σταθερό bandwidth, αυτές οι εφαρμογές συνήθως έχουν μεταφερθεί από δίκτυα μεταγωγής κυκλώματος (π.χ. ISDN), με τη rate-sensitive διαχείριση (που αναφέρεται και ως guaranteed bit-rate service) γίνεται εφικτό να λειτουργήσουν και σε δίκτυα μεταγωγής πακέτου όπως είναι το IP
γ. Delay-sensitive, που αναφέρεται σε εφαρμογές που θέτουν κάποιο άνω όριο στη καθυστέρηση που υπάρχει ανάμεσα στη λήψη των πακέτων και που μπορεί να αλλάζει τιμές ανάλογα με τις επιθυμίες της εφαρμογής
To RSVP υποστηρίζει unicast μετάδοση καθώς και multicast με τη χρήση του Internet Group Membership Protocol (IGMP). Ο server στέλνει RSVP path μηνύματα στην IP διεύθυνση του client ή, στην περίπτωση multicast μετάδοσης, στην IP διεύθυνση του multicast group. O client λαμβάνει το path μήνυμα και απαντάει στέλνοντας reservation request μηνύματα. Όταν ο server λάβει το reservation request μήνυμα αρχίζει τη μετάδοση των δεδομένων.
To RSVP path μήνυμα κατά τη διαδρομή server-to-client αποθηκεύει πληροφορίες για κάθε κόμβο που διασχίζει, πληροφορίες που θα χρησιμοποιηθούν για τη δρομολόγηση των reservation request μηνυμάτων προς την αντίθετη κατεύθυνση (client-to-server).
To reservation request μήνυμα ενημερώνει τον server για το είδος της διαχείρισης του data flow που επιθυμεί ο client. Ως γνωστόν το IP δεν εγγυάται ότι τα μηνύματα που ξεκινούν από ένα κόμβο για να φτάσουν σε κάποιον άλλο θα ακολουθήσουν την ίδια διαδρομή και ως συνέπεια θα φθάσουν με τη σειρά που στάλθηκαν. Οι πληροφορίες για τους ενδιάμεσους κόμβους της διαδρομής server-client που μεταφέρει το path μήνυμα χρησιμοποιούνται για να αντιμετωπιστεί αυτή η κατάσταση.
Η ανταλλαγή RSVP path και reservation request μηνυμάτων μεταξύ client και server είναι συνεχής ώστε να ανιχνεύονται πιθανές αλλαγές στην τοπολογία του δικτύου ή στη δρομολόγηση των πακέτων. Αυτό έχει το πλεονέκτημα ότι πιθανές αποτυχίες σε ενδιάμεσους κόμβους δεν επηρεάζουν τη μετάδοση αφού οι συγκεκριμένοι κόμβοι θα παρακαμφθούν από τον αλγόριθμο δρομολόγησης. Το μειονέκτημα είναι ότι δεν υπάρχει εγγύηση ότι κάποιο data flow θα συνεχίσει να ικανοποιείται όταν αλλάξει η δρομολόγηση των πακέτων. Αυτό το χαρακτηριστικό του RSVP ονομάζεται soft-state και είναι άμεση συνέπεια της χωρίς σύνδεση λειτουργίας του IP.
Στην περίπτωση που κάποιοι από τους ενδιάμεσους κόμβους δεν υποστηρίζουν το RSVP το path μήνυμα δεν μπορεί τους καταγράψει οπότε κρατούνται οι πληροφορίες μόνο για τον τελευταίο κόμβο που το υποστήριζε. Η καταγραφή συνεχίζεται κανονικά μόλις το μήνυμα φθάσει ξανά σε κόμβο που υποστηρίζει το πρωτόκολλο. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται tunneling. Είναι προφανές ότι όταν παρεμβάλλονται δίκτυα που δεν υποστηρίζουν το RSVP η κίνηση των πακέτων δεν μπορεί να ελεγχθεί πλήρως.
4. Βασικά Πλεονεκτήματα του Gigabit Ethernet
Οι ολοένα αυξανόμενες απαιτήσεις του φορτίου των τοπικών δικτύων εξωθεί τους ιδιοκτήτες σε αναζήτηση δικτύων υψηλότερης ταχύτητας. Έτσι σταδιακά υπάρχει μετανάστευση από το κλασικό δίκτυο των lOMbps, στο Fast Ethernet, στα Αστικά δίκτυα (όπως FDDI κλπ.). Η ανηλεής απαίτηση για Bandwidth σήμερα έχει στη διάθεσή της εναλλακτικές προτάσεις και τεχνολογίες υψηλότερης ταχύτητας όπως το Gigabit Ethernet. Τα βασικά πλεονεκτήματα που έχει το τοπικό δίκτυο 1 Gigabit Ethernet είναι:
· Εύκολη και άμεση μετανάστευση από δίκτυα χαμηλότερου ρυθμού απόδοσης σε αυτό, χωρίς διάσπαση του δικτύου.
· Χαμηλό κόστος αγοράς εξαρτημάτων, εγκατάστασης και υποστήριξης.
· Μπορεί να υποστηρίξει εφαρμογές µε ειδικές απαιτήσεις όπως οι πολυμεσικές εφαρμογές.
· Ευέλικτος σχεδιασμός δικτύου.
4.1. Εύκολη μετάβαση από δίκτυα χαμηλότερου ρυθμού απόδοσης.
Το δίκτυο Gigabit Ethernet έχει κάποια ομοιότητα στη λειτουργία του, µε τη λειτουργία των προκατόχων του (10 Mbps και 100 Mbps Ethernet). Έτσι είναι εφικτή µια άμεση και σταδιακή μετάβαση από χαμηλότερα δίκτυα στο δίκτυο Gigabit Ethernet, ενώ διατηρεί παράλληλα την απλότητα του Ethernet. Ένα από τα πιο σημαντικά θέματα που αντιμετωπίζουν οι διαχειριστές δικτύων, είναι το πως να αποκτήσουν υψηλότερο bandwidth, χωρίς να διασπάσουν το υπάρχον δίκτυο. Τα τρία βασικά πρότυπα δίκτυα του Ethernet χρησιμοποιούν το ίδιο ΙΕΕΕ 802.3 σχήμα πλαισίου. Το Gigabit Ethernet έχει full-duplex λειτουργία και παρόμοια μέθοδο ελέγχου ροής. Σε half-duplex mode, το Gigabit Ethernet χρησιμοποιεί τη θεμελιώδη μέθοδο πρόσβασης CSMNCD για να επιλύσει τον ανταγωνισμό στο κοινό µέσο. Ακόμη, το Gigabit Ethernet χρησιμοποιεί τα ίδια εργαλεία διαχείρισης που ορίζονται από την ομάδα ΙΕΕΕ 802.3. Σε τελική ανάλυση, το δίκτυο 1 Gigabit Ethernet είναι δίκτυο Ethernet, µόνο που είναι πιο γρήγορο από το κανονικό, επιτυγχάνοντας μια δεκαπλάσια αύξηση της απόδοσης σε σύγκριση µε την πιο δημοφιλή διασύνδεση, το Fast Ethernet.
4.2. Βασικό χαρακτηριστικό του πλαισίου Ethernet
Χρησιμοποιώντας Switches ή Routers, μπορούµε να διασυνδέουμε υπάρχουσες συσκευές Ethernet χαμηλότερης ταχύτητας σε ένα δίκτυο Ethernet, ώστε και προσαρμόσουµε μια ταχύτητα φυσικής γραµµής µε µια άλλη. Το Gigabit Ethernet χρησιμοποιεί το ίδιο σχήμα πλαισίου μεταβλητού μήκους της ΙΕΕΕ 802.3 (πακέτα από 64 ως 1514 bytes) που χρησιμοποιούν το κλασικό δίκτυο Ethernet και το δίκτυο Fast Ethernet. Επειδή το σχήμα πλαισίου και το μέγεθος είναι τα ίδια για όλες τις τεχνολογίες Ethernet, δεν είναι αναγκαίες περισσότερες δικτυακές αλλαγές. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί στο δίκτυο 1 Gigabit Ethernet να «ενσωµατωθούν» τα υπάρχοντα δίκτυα Ethernet και Fast Ethernet. Αντίθετα, άλλες τεχνολογίες υψηλής ταχύτητας χρησιμοποιούν διαφορετικά σχήματα πλαισίου. Για παράδειγμα το ΑΤΜ υψηλών ταχυτήτων υλοποιεί ένα cell καθορισμένου μήκους 53 bytes. Όταν συνδέεται το δίκτυο ΑΤΜ µε τα δίκτυα κλασικού Ethernet και Fast Ethernet, το switch ή ο router πρέπει να μεταφράσουν κάθε ΑΤΜ cells σε πλαίσιο Ethernet και αντιστρόφως.
4.3. Δυνατότητα λειτουργίας σε καταστάσεις Full- και Half-Duplex
Η τυποποίηση της μεθόδου ΙΕΕΕ 802.3χ, επιτρέπει σε δύο κόμβους που συνδέονται µέσω ενός full-duplex switch να στέλνουν και να λαμβάνουν ταυτόχρονα πακέτα. Το Gigabit Ethernet ακολουθεί αυτό το πρότυπο για να επικοινωνήσει όταν βρίσκεται σε full-duplex mode. Αυτό σήμερα είναι σχεδόν κανόνας και όλα τα προϊόντα του Gigabit Ethernet που κυκλοφορούν στην αγορά είναι full-duplex. Και όπως έχουμε προαναφέρει το Gigabit Ethernet χρησιμοποιεί επίσης το πρότυπο του Ethernet για έλεγχο ροής, ώστε να αποφύγει τη συμφόρηση και το overloading. Όταν το Gigabit Ethernet λειτουργεί σε half-duplex mode, τότε υιοθετεί την κλασική CSMNCD μέθοδο, η οποία µας επιτρέπει να αποφύγουμε τις συγκρούσεις στο κοινό μέσο.
4.4. Διαχείριση Δικτύου
Κατά τη μετάβαση από το κλασικό Ethernet στο Fast Ethernet, και στη συνεχεία στο Gigabit Ethernet, διατηρήθηκε ο ίδιος τρόπος διαχείρισης του δικτύου. Σαν βασική μέθοδος χρησιμοποιήθηκε το SNMP. Το SNMP ορίζει µια πρότυπη μέθοδο ώστε να συλλέξουμε device-level πληροφορίες Ethernet. Το SNMP χρησιμοποιεί δομές ΜΙΒ (Management Information Base) για να καταγράφει βασικά στοιχεία όπως ο αριθμός συγκρούσεων, πακέτα που στάλθηκαν 11 ελήφθησαν, Error Rates και άλλες deνice-leνel πληροφορίες. Επιπλέον πληροφορίες συλλέγονται από RMONs (Remote MONitoring agents) που συλλέγουν στοιχεία για παρουσίαση. Επειδή το Gigabit Ethernet και όλα τα προηγούµενα δίκτυα Ethernet χρησιμοποιούν τα ίδια πλαίσια Ethernet, γι αυτό, τα ίδια MIBs και οι ίδιοι RMON agents µμπορούν να χρησιμοποιηθούν για παροχή διαχείρισης δικτύου και σε Gigabit ταχύτητες.
4.5. Χαµηλό κόστος εγκατάστασης και συντήρησης
Το κόστος αγοράς εξαρτημάτων και εγκατάστασης είναι ένας σημαντικός παράγοντας στο τελικό κόστος οποιασδήποτε νέας δικτυακής τεχνολογίας. Βέβαια το συνολικό κόστος δεν περιλαμβάνει µόνο την αγορά εξοπλισμού, αλλά επίσης και το κόστος εκπαίδευσης, συντήρησης και τυχόν επέκτασης. Ο ανταγωνισμός και ο μεγάλος όγκος πωλήσεων είχαν ως αποτέλεσμα, το κλασικό Ethernet και στη συνέχεια το Fast Ethernet να έχει µικρό κόστος εξαρτημάτων. Το δίκτυο Gigabit Ethernet ακολουθεί την ίδια τάση όπως το δίκτυο Fast Ethernet. Σήµερα τα Προϊόντα στην αγορά παρέχουν costeffective συνδέσεις για Gigabit ρυθµούς μετάδοσης. Ο στόχος της επιτροπής ΙΕΕΕ 802.3Ζ, που ανέπτυξε το πρότυπο του Gigabit Ethernet, ήταν να παρέχει συνδέσεις Gigabit Ethernet µε δύο ή τρεις φορές το κόστος ενός 100BASE-FX interface, δηλαδή σε οικονομικά ανεκτές τιμές. Επειδή το Gigabit Ethernet αξιοποιεί τις υπάρχουσες Ethernet τεχνολογίες, αυτό από οικονομικής άποψης είναι ακόμη ένα πλεονέκτημα. Με την πάροδο του χρόνου, οι χρήστες μπορούν να αναμένουν το κόστος των Gigabit Ethernet interfaces να μειωθεί δραστικά, όπως συνέβη και µε τις αντίστοιχες προηγούμενες τεχνολογίες. Στο άμεσο μέλλον, η πρόοδος στους μικροεπεξεργαστές, θα παρέχουν ακόμα μεγαλύτερα κέρδη στην απόδοση και πρόσθετη μείωση του κόστους, και θα έχουμε μια νέα γενιά Ethernet τεχνολογίας. Η ανάλυση δείχνει ότι οι επεξεργαστές σύντομα θα επιτυγχάνουν λειτουργία σε 1250 Mbps. Αυτό σημαίνει ότι θα είναι ένα πλήρες Ethernet switch, µε Management, και ένα σχετικά μεγάλο Buffer Memory και ένα 32-bit controller, όλα σε ένα κουτί. Σήμερα η τεχνολογία Ethernet είναι η πιο ευρέως διαδεδομένη τεχνολογία Τοπικών δικτύων και για αυτό η πιο προσιτή και γνωστή τεχνολογία. Το ποσοστό των βάση των εγκατεστημένων δικτύων Ethernet είναι περισσότερο από 85% όλων των εγκατεστημένων δικτύων. Το Ethernet είναι δημοφιλές, επειδή προσφέρει τον καλύτερο συνδυασμό τιμής, απλότητας, scαlαbility και ευκολίας διαχείρισης: Και επιπλέον επειδή, η εγκατεστημένη βάση των χρηστών είναι εξοικειωμένη µε την τεχνολογία, τα εργαλεία συντήρησης και troubleshooting στο Ethernet, για αυτό, τα κόστη υποστι1ριξης του δικτύου 1 Gigabit Ethernet είναι χαμηλότερα σε σχέση µε άλλες τεχνολογίες. Ο χρήστης δεν χρειάζεται να μάθει νέα πρωτόκολλα, αλλά αυτό που χρειάζεται είναι μια μικρή επιπλέον εκπαίδευση προσωπικού στα εργαλεία συντι1ρησης και επίλυσης προβλημάτων. Επειδή το δίκτυο 1 Gigabit Ethernet είναι σε τελική ανάλυση Ethernet, οι διαχειριστές δικτύων μπορούν να αξιοποιήσουν την υπάρχουσα δικτυακή επένδυσή τους, την υπάρχουσα γνώση του προσωπικού και την υπάρχουσα εμπειρία και έτσι να μειώσουν το συνολικό κόστος του δικτύου. Η διάδοση του Gigabit Ethernet είναι γρηγορότερη από τις υπόλοιπες τεχνολογίες. Όταν γίνει η σχετικά µικρή εκπαίδευση του προσωπικού στα εργαλεία, τότε το προσωπικό θα είναι ικανό να εγκαταστήσει και να υποστηρίξει εγκαταστάσεις σε Gigabit Ethernet, και μάλιστα µε χαμηλό κόστος.
4.6. Υποστήριξη εφαρµογών µε ιδιαίτερες απαιτήσεις
Η εμφάνιση των intrenet εφαρμογών προμηνάει μετάβαση σε νέους τύπους δεδομένων, κυρίως εφαρμογές µε μεταφορά νideo και φωνής. Μέχρι σήμερα θεωρείτο ότι το νideo απαιτούσε μια διαφορετική δικτυακή τεχνολογία σχεδιασμένη ειδικά για πολυμέσα. Με το Gigabit Ethernet, είναι πιθανό να αναµείξουµε δεδομένα και νideo πάνω από το δίκτυο Ethernet µε ένα συνδυασμό των παρακάτω:
· Αυξηµένο Bandwidth που παρέχεται από τα δίκτυα Fast Ethernet και Gigabit Ethernet, βελτιωμένο από LAN switching.
· Την εμφάνιση νέων πρωτοκόλλων (όπως π.χ. το πρωτόκολλο RSVP) που παρέχουν µια σχετικά εξασφαλισμένο Bandwidth
· Την εμφάνιση νέων standards όπως τα πρότυπα 802.1Q και 802.1ρ που θα παρέχουν εικονικά LAN (VLAN Virtual LANs) και πληροφορίες προτεραιότητας για τα πακέτα μέσα στο δίκτυο
· Την γενική χρήση προχωρημένων τεχνικών συμπίεσης video, όπως π.χ. το MPEG-2.
4.7. Σχεδιασµός δικτύου
Οι σχεδιαστές και διαχειριστές δικτύων σήμερα έχουν ένα πλήθος από επιλογές σχεδιασμού και σύνθεσης ενός δικτύου. Μπορούν να συνδυάζουν Routers, Switches και να συνθέτουν δίκτυα, και να οικοδομούν intranets μεγάλης η μικρής έκτασης. Καθοριστικές απαιτήσεις των δικτύων Ethernet είναι το Bandwidth και το κόστος. Οι τεχνολογίες internetworking, καθώς και η χρήση διευθύνσεων ΙΡ και γενικά πρωτοκόλλων TCP/IP καλύπτονται πλήρως από το δίκτυο Gigabit Ethernet, όπως και από το κλασικό Ethernet και το Fast Ethernet . Το Gigabit Ethernet είναι διαθέσιμο και µε Full Duplex αναμεταδότη, αλλά και συνεργάζεται και µε τα κοινά LAN switches και routers.
5. ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΔΙΚΤΥΟΥ ΑΤΜ ΜΕ GIGABIT ETHERNET
Στο σημείο αυτό στρέφουμε την προσοχή μας μεταξύ ΑΤΜ και Gigabit Ethernet, γιατί αυτές είναι οι τεχνολογίες που θα επικρατήσουν στο μέλλον, λόγω της τεχνολογικής τος ανωτερότητας σε σχέση με τις υπόλοιπες.
Ενώ το Gigabit Ethernet θα συνεργαστεί καλά με ΙΡ δίκτυα, υπάρχουν κάποια ερωτηματικά σχετικά με την υποστήριξη προτεραιοτήτων, switching, και QoS.
5.1.1. Κατανόηση Τεχνολογίας και Λειτουργίες
To ATM είναι ένα πολύπλοκο περιβάλλον. Είναι σαφές ότι δεν υπάρχει μέγαλος αριθμός ατόμων που κατανοεί την τεχνολογία. Μια βασική διαφορά στο πρωτόκολλο μεταξύ ΑΤΜ και Ethernet είναι το segmentation και reassembly των PDUs του χρήστη. Το ΑΤΜ σπάει τα δεδομένα σε cells καθορισμένου μήκους. Στη συνέχεια εγκαθιστά ένα προσανατολισμένο στη σύνδεση virtual circuit που εγγυάται εύρος ζώνης και quality στον παραλήπτη. Η επανεκπαίδευση του προσωπικού, ο περιορισμένος αριθμός ταλαντούχων υπαλλήλων και η πρόκληση της σχεδίασης/διαχείρισης του ΑΤΜ καθιστούν δύσκολο το εργο των network managers. Σε όρους κόστος/απόδοση το ΑΤΜ δεν είναι πρακτικό λόγω της τεράστιας εγκατεστημένης βάσης των Ethernet desktops.
Aντίθετα το Ethernet διαθέτει κατανοητη τεχνολογία και λειτουργίες, δηλαδή υπερτερεί κατά πολύ του ΑΤΜ. Ως τεχνολογία, το Εthernet ενθυλακώνει τα PDUs του χρήστη σε πλαίσια, πάνω σε διαμοιραζόμενο μέσο με broadcast χωρίς σύνδεση. Στηρίζεται στο μηχανισμό ανίχνευσης συγκρούσεων για να χειριστεί την συμφόρηση στο κοινό μέσο. Εφόσον τα PDUs του χρήστη είναι πολύ μεγάλα για το κοινό μέσο, τότε ένα πρωτόκολλο υψηλότερου επιπέδου φροντιζει για το segmentation και το reassembly των PDUs.
5.1.2. Κόστος
Αν και το ATM θεωρείται η μελλοντική τεχνολογική επιλογή σε περιβάλλοντα WAN, χρειάζεται κάποια οικονομική διερεύνηση για να εγκατασταθεί σε LAN περιβάλλοντα. Σε αυτο το ζήτημα παίζει ρόλο η cost-effective εγκατεστημένη βάση της τεχνολογίας 10/100 Mbps shared και switched Ethernet. Το κλειδί για την ένταξη του ATM σε περιβάλλοντα LAN θεωρείται η επέκταση και ολοκλήρωση του με μια νέα γενιά από LAN switches και routers. Aυτές οι συσκευές παρέχουν μια βιώσιμη και cost-effective λύση σε επίπεδο LAN backbone σε σχέση με το FDDI, αλλά και cost-effective λύση ως προς Mbps σε σχέση με το 10/100 Mbps Ethernet στο desktop.
Στο Gigabit Ethernet οι συσκευές switching και routing υπόσχονται να κοστίζουν δύο ή τρεις φορές όσο οι συσκευές 100-Mbps Ethernet full-duplex, ενώ θα επιτυγχάνουν 10 προς 1 πλεονέκτημα απόδοσης ως προς τον εξοπλισμό των 100 Mbps. Aυτό θα έχει ως αποτέλεσμα μια τριπλάσια ή πενταπλάσια αύξηση σε τιμή/απόδοση. Τα ΑΤΜ switches είναι πιο ακριβά από τα συμβατικά LAN Ethernet switches, αλλά η διαφορά τείνει να μειωθεί αισθητά
Το ΑΤΜ είναι μια δαπανηρή τεχνολογία διότι βασίζεται σε ακριβά carrier-grade physical interfaces. To Gigabit Ethernet και το Fast Ethernet βασίζονται στις φυσικές τυποποιήσεις του Fibre Channel και CDDI με χαμηλότερο κόστος και μεγαλύτερη οικονομία κλίμακας. Το ΑΤΜ/SONET σε 622-Mbps ATM interface θα συνεχίσει να είναι ακριβότερο από τις οπτικές ίνες του Gigabit port.
Παραθέτουμε μια τρέχουσα σύγκριση τιμών:
α. Fast Ethernet: $175/port Layer 2 και $500/port Layer 3
β. ATM 155: $900/port και $3.500/uplink
γ. Gigabit Ethernet: $1.500/port Layer 2 και $3.000/port Layer 3
δ. ATM 622: $5.000/port και $10.000/uplink
Το μέσο Gigabit uplink σε ένα 10/100 switch κοστίζει περίπου 25% του 622 Mbps ATM uplink, καθιστώντας το ΑΤΜ cost-prohibitive (To Gigabit κοστίζει μεταξύ $1000 και $3.500, ενώ το 622-Μbps ΑΤΜ uplink κοστίζει από $7.000 ως $10.000)
Το Gigabit Ethernet αρχίζει να μειώνει τις τιμές, ενώ το ΑΤΜ έχει ήδη αρχίσει τα τελευταία 2 χρόνια να το κάνει. Φυσικά, λόγω της κυρίαρχης θέσης στην αγορά, το Gigabit Ethernet θα μειώσει τις τιμές με ρυθμό μεγαλύτερο από αυτό του ΑΤΜ.
5.1.3. Σχεδιασμός Δικτύου και ευχρηστία
Τα δίκτυα ΑΤΜ από τον αρχικό σχεδιασμό/ανάπτυξη ως την επίλυση προβλημάτων παρούσιάζουν δυσκολίες.Με χαρακτηριστικά όπως το MPOA, τα switched virtual circuits, το PNNI να είναι στο κορυφαίο επίπεδο ενός connectionless δικτύου, είναι δύσκολο να ανιχνευτούν προβλήματα. Επίσης η υλοποίηση του ΑΤΜ εισάγει την απαίτηση για δύο παράλληλα συστήματα διαχείρισης- ένα για το ΑΤΜ backbone και ένα για τις υπόλοιπες LAN συσκευές. Aυτό προσθέτει περισσότερο κόστος, πολυπλοκότητα και φόρτο από τα ομογενή frame-based LAN.
Στο σχεδιασμό δικτύου, το ΑΤΜ είναι μια πρόκληση για να συνεργαστεί με τις υπάρχουσες LAN τοπολογίες. Είναι σίγουρα πιο απλό να επεκτείνεις τις γνωστές αρχές του Ethernet σε ένα Gigabit routed backbone από το να συνδέσεις μια ακμή MPOA μεταξύ switched LANs και ένα πυρήνα ΑΤΜ. Το Ethernet είναι μια γνωστή επέκταση των ήδη χρησιμοποιούμενων τεχνικών που μπορεί να χρησιμοποιήσει τα υπάρχοντα εργαλεία διαχείρισης και την εμπειρία.
5.1.4. Interoperability και Σταθερότητα
Αποδεδειγμένα το ΑΤΜ είναι μια interoperable και κατάλληλη τεχνολογία. Αντίθετα το Gigabit Ethernet τώρα κάνει τα πρώτα του βήματα και αναμένεται ένα χρονικό διάστημα εώς ότου οι οργανισμοί απελευθερωθούν από τυχόν αμφιβολίες. Αυτή τη στιγμή οι εταιρίες δοκιμάζουν την τεχνολογία σε ομάδες εργασίας μικρότερης ισχύος, προτού αναπτυχθούν παραπέρα.
Το ΑΤΜ είναι ακόμα μια single-vendor διάπραξη. Το PNNI στην καρδιά κάθε ΑΤΜ backbone switch επιτρέπει μια ευρεία γκάμα χαρακτηριστικών προστιθέμενης αξίας. Οι vendors υλοποιούν διαφορετικά την τυποποίηση PNNI για να πετύχουν τα ιδιαίτερα switch χαρακτηριστικά τους. Multi-vendor ATM switches θα είναι interoperable αλλά η λειτουργία τους θα είναι περιορισμένη.
Χρησιμοποιώντας απλά τα τυποποιημένα χαρακτηριστικά του Ethernet, το Gigabit Ethernet θα γίνει πιο interoperable από το ATM. Με την ήδη εγκατεστημένη βάση του Εthernet, η interoperability μεταξύ διαφορετικών Gigabit switches και routers έχει πιστοποιηθεί με πρώιμες δοκιμές.
5.1.5. Προσαρμοστικότητα και κλιμάκωση (scalability)
Το ΑΤΜ PNNI είναι ένα interswitch signaling πρωτόκολλο που έχει θεωρηθεί ως το πιο κατάλληλο μέσο για να δώσει στα δίκτυα την προσαρμοστικότητα και την ανοχή στα λάθη (fault-tolerance) όταν το χρειάζονται. Το πρωτόκολλο γεννητικού δέντρου (spanning tree) του Ethernet είναι εξίσου αποτελεσματικό σε προβλήματα re-routing.
To ATM παρέχει χαρακτηριστικά εξισορρόπησης φορτίου (load-balancing) που επιτρέπουν πολλαπλές γραμμές να ισορροπούν την κυκλοφορία όποτε κάποια γραμμή πέφτει. Τα περισσότερα ΑΤΜ ξεκινάνε από 155Μ ΟC-3 και συνεχίζει ως 622Μ ΟC-12. To επόμενο βήμα στο ΑΤΜ scalability θα είναι 2,5G (OC-48) που θα φτάσει για χρήση LAN πριν το 2000.
Το Εthernet έχει ένα παρόμοιο χαρακτηριστικό, για την εξισορρόπηση φορτίου, με το οποίο συνδέσεις Fast Ethernet ή Gigabit Ethernet μπορούν να πολυπλεχθούν και να δημιουργήσουν μια μεγαλύτερη σύνδεση (pipe). Το Gigabit Ethernet φέρνει μεγαλύτερη LAN scalability από το ΑΤΜ- δεκαπλάσιο άλμα από τα 100Μ στα 1000Μ- και θα παρέχει και μηχανισμούς load-balancing.
Στο φυσικό επίπεδο το ΑΤΜ και το Gigabit Ethernet μπορούν να διαμορφωθούν με εφεδρικά ports, back-up γραμμές και αποθέματα ισχύος.
5.1.6. Wire-speed Routing
To MPOA έδωσε στο ΑΤΜ την ικανότητα να υποστηρίξει routed LAN traffic, και επιπλέον υποσχέθηκε να εξαφανίσει τα router bottlenecks που μάστιζαν τα LANs. H ιδέα ήταν να παίρνεται μια αρχική routing απόφαση στον MPOA server για μια εσωτερική ροή κυκλοφορίας, και να προωθούμε την υπόλοιπη χωρίς επεξεργασία μέσω ενός forwarder.
Eιρωνικά, το MPOA έχει χαμηλότερη απόδοση από το Gigabit switching και routing. Ήδη κυκλοφορούν προιόντα Gigabit Routing Switch με 52 Gbps χωρητικότητα και ικανότητα να επεξεργαστούν περισσότερο από 3,75 εκατομμύρια πακέτα το δευτερόλεπτο σε wire-speed. Σε αντίθεση οι καλύτερες μονάδες MPOA μπορούν να προωθήσουν 100.000 ως 300.000 πακέτα το δευτερόλεπτο.Τα tradeoffs κοστος/απόδοση είναι τεράστια. Εξάλλου το hardware-based routing εξαφανίζει το πλεονέκτημα του ΑΤΜ, ότι δηλαδή το να μοιραζεσαι υπολογισμό route σε πολλαπλά, κατανεμημένα cell-switches έχει λιγότερο κόστος σε σχεση με software-based routers. Η πρόοδος όμως των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων έδωσε στα routing switch πακέτα καλύτερη απόδοση από το ΑΤΜ/MPOA.
5.1.7. Ασφάλεια
Επειδή το ΑΤΜ είναι προσανατολισμένο στην σύνδεση (connection-oriented) μπορεί θεωρητικα να προσφέρει καλύτερη ασφάλεια δικτύου από το connectionless routing/switching. Η αποτυχία του ΑΤΜ να φτάσει στο desktop μειώνει την την έννοια της ιδανικής ασφάλειας που θα μπορούσε να προσφέρει. Χωρίς end-to-end κυκλώματα ΑΤΜ, η επικοινωνία δεν πιο ασφαλής από ότι σε ένα connectionlees routed δίκτυο.
5.1.8. Data QoS
Το ΑΤΜ σχεδιάστηκε για το χειρισμό multimedia. Eίναι λοιπόν φυσικό να προσφέρει το πιο αποτελεσματικό QoS σε σχέση με τις υπόλοιπες τεχνολογίες. Αν και θεωρητικά μπορεί να προσφέρει καταπληκτικό QoS , ακόμα δεν έχει εκπληρώσει τον στόχο του. Επειδή μάλιστα το ΑΤΜ στο desktop είναι αμφισβητήσιμο,τα πράγματα γίνονται ακόμα πιο δύσκολα.
Εthernet-based QoS υπάρχει σήμερα, και θα τελειοποιηθεί με την πάροδο του χρόνου. Το Gigabit Ethernet θα στηριχθεί κυρίως στο πρότυπο 802.1p και/ή το RSVP. Σήμερα οι ανερχόμενες εφαρμογές που χειρίζονται multimedia είναι IP-based. Aυτές οι εφαρμογές απαιτούν εγγυήσεις υπηρεσίας, αλλά αυτές οι εγγυήσεις μπορούν να συνεργαστούν με το Ethernet. Φυσικά το Ethernet δεν εγγυάται το σταθερό εύρος ζώνης του ATM, αλλά με το αυξανόμενο εύρος ζώνης που προσφέρει και τις ικανότητες του QoS, θα υποστηρίξει τις απαιτήσεις καθυστέρησης και jitter ΙP-based εφαρμογών φωνής/video. Aυτές οι IP-based εφαρμογές που θα μπορέσουν να αξιοποιήσουν τa Layer 2/3 queuing και prioritization πρότυπα, θα αναπαριστούν την πλειοψηφία των multimedia εφαρμογών.
5.1.9. IP Multicast -Uplink Απόδοση-VLANs
Το ΑΤΜ πρόσφατα παρέχει καλή υποστήριξη ΙP multicast, αλλά θα αντιμετωπίσει προβλήματα virtual circuit scalability με την πάροδο του χρόνου. Οι Gigabit routers επίσης υποστηρίζουν σε πραγματικό χρόνο IP multicasting και δεν αντιμετωπίζουν τα ίδια προβλήματα scalability.
H απόδοση μεταξύ τερματικών συσκευών και ενός ΑΤΜ backbone δεν επιβραδύνεται σημαντικά από την μετατροπή frame-to-cell που απαιτείται στο ΑΤΜ. Η μετατροπή του πρωτοκόλλου επιβαρύνει το δίκτυο και μειώνει την αποτελεσματική χρησιμοποίηση του εύρους ζώνης. Σε περιβάλλοντα που είναι pure packet o λόγος κόστος/απόδοση είναι καλύτερος.
Το ΑΤΜ παρέχει το μόνο τυποιημένο πλαίσιο εργασίας για την υλοποιήση virtual LANs. Στο Ethernet, τοΙΕΕΕ 802.1p και IEEE 802.1Q, και το Layer 3 VLAN θα τυποποιηθούν. Αυτό που πρέπει να τονιστεί είναι ότι τα VLANS παραμένουν σε πρώιμο στάδιο. Ο πρώτος λόγος χρησιμοποίησής τους είναι να απλοποιηθούν οι δικτυακές κινήσεις και οι αλλαγές. Ο δεύτερος λόγος είναι να βοηθήσουν να οργανωθούν οι υπάρχουσες LAN τοπολογίες και να εξαφανίσουν τα router bottlenecks. To Gigabit routing θα περιορίσει τις πιέσεις των LAN που επιθυμούν αυτή τη χρήση των VLANs. Mέσω του wire-speed routing, τα backbones μπορούν εύκολα να χειριστούν τοπολογίες client-server.
Γίνετε αναφορά στην ιστορία του Gigabit-Ethernet, στην απόδοση Gigabit-Ethernet, την τεχνολογία Gigabit-Ethernet, κάποια βασικά πλεονεκτήματα όπως και μια σύγκριση ενός δικτύου ΑΤΜ με το Gigabit-Ethernet.
1. ΙΣΤΟΡΙΑ
Ως αποτέλεσμα της έρευνας που γίνεται στην εταιρία Xerox στις αρχές της δεκαετίας του '70,το Ethernet σήμερα έχει εξελιχθεί στο ευρύτατα εφαρμοσμένο φυσικό πρωτόκολλο στρώματος και συνδέσεων. Το γρήγορο Ethernet αύξησε την ταχύτητα από 10 έως 100 megabit ανά δευτερόλεπτο (MBIT/S). Το Gigabit Ethernet ήταν η επόμενη επανάληψη, που αυξάνει την ταχύτητα σε 1000 MBIT/S . Τα αρχικά πρότυπα για το Gigabit Ethernet τυποποιήθηκαν από IEEE τον Ιούνιο του 1998 όπως το IEEE 802.3z. 802.3z αναφέρεται συνήθως ως 1000BASE-X, όπου το - X αναφέρεται είτε - CX, - SX, - LX, ή (στο μεταβλητό) - ZX.
Το ΙΕΕΕ 802.3ab, που επικυρώνεται το 1999, καθορίζει τη μετάδοση Gigabit Ethernet αθωράκιστου σύστροφου ζεύγους (UTP) κατηγορίας 5, 5e, ή των 6 και η καλωδίωση έγινε γνωστή ως 1000BASE-T. Με την επικύρωση 802.3ab, Gigabit Ethernet έγινε μια τεχνολογία υπολογιστών γραφείου δεδομένου ότι οι οργανώσεις μπόρεσαν να χρησιμοποιήσουν τον υπάρχοντα χαλκό τους τηλεγραφώντας την υποδομή.
Αρχικά, το Gigabit Ethernet επεκτάθηκε στις μεγάλης χωρητικότητας συνδέσεις δικτύων σπονδυλικών στηλών (παραδείγματος χάριν, σε ένα μεγάλης χωρητικότητας δίκτυο πανεπιστημιουπόλεων). Το 2000, η Apple's Power Mac G4 και PowerBook G4 ήταν οι πρώτοι σε μάζα παραχθέντες προσωπικοί υπολογιστές που χαρακτηρίζουν τη σύνδεση 1000BASE-T .Αυτό έγινε γρήγορα ένα ενσωματωμένο χαρακτηριστικό γνώρισμα σε πολλούς άλλους υπολογιστές.
Από τότε, τα γρηγορότερα 10 πρότυπα Gigabit Ethernet έχουν διατεθεί δεδομένου ότι το IEEE επικύρωσε οπτική ίνα βασισμένη στα πρότυπα του 2002, και συνεστραμμένα ζεύγη προτύπου 2006.
1.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Υπάρχουν τέσσερα διαφορετικά φυσικά πρότυπα στρώματος για το gigabit Ethernet που χρησιμοποιούνται η οπτική ίνα, το καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους, το ομοαξονικό καλώδιο, ή το ισορροπημένο χάλκινο καλώδιο.
Τα IEEE 802.3z πρότυπα περιλαμβάνουν 1000BASE- SX για τη μετάδοση πέρα από την πολυτροπική οπτική ίνα(multi-mode fiber) ,ενώ 1000BASE- LX για τη μετάδοση πέρα από την μονοτροπική οπτική ίνα (single-mode fiber), και το σχεδόν ξεπερασμένο 1000BASE-CX για τη μετάδοση πέρα από την ισορροπημένη χάλκινη καλωδίωση. Αυτά τα πρότυπα χρησιμοποιούν την κωδικοποίηση 8B/10B, που διογκώνει το ποσοστό γραμμών κατά 25%, από 1000 MBIT/S σε 1250 MBIT/S για να εξασφαλίσει ένα ισορροπημένο συνεχές ρεύμα σήμα. Τα σύμβολα στέλνονται έπειτα χρησιμοποιώντας NRZ.
Το IEEE 802.3ab, που καθορίζει τον ευρέως χρησιμοποιημένο τύπο διεπαφών 1000BASE-τ, χρησιμοποιεί ένα διαφορετικό σχέδιο κωδικοποίησης προκειμένου να κρατηθεί το ποσοστό συμβόλων όσο το δυνατόν χαμηλότερο, επιτρέποντας τη μετάδοση πέρα από το συνεστραμμένου ζεύγους. Το ETHERNET FIRST MILE πρόσθεσε αργότερα 1000BASE-LX10 και - BX10.
1.1.1. 1000BASE-SX
To 1000 BASE-SX προορίζεται για χαμηλού κόστους, και μικρής σχετικά εμβέλειας δίκτυα κορμού, ή οριζόντια καλωδίωση. Χρησιμοποιεί πολυτροπική οπτική ίνα (MMF) και χαμηλού κόστους οπτικά στοιχεία (LEDs) που λειτουργούν στα 850nm. Οι αποστάσεις που υποστηρίζει κυμαίνονται μεταξύ 220 – 550 μέτρων, ανάλογα με την ποιότητα της οπτικής ίνας που θα χρησιμοποιηθεί.
1.1.2. 1000BASE-LX
Το 1000BASE-LX προορίζεται για μεγάλης εμβέλειας δίκτυα κορμού ή οριζόντια καλωδίωση. Μπορεί να χρησιμοποιήσει είτε μονοτροπική (SMF) είτε πολυτροπική (MMF) οπτική ίνα και απαιτεί ακριβά οπτικά στοιχεία υψηλής ακρίβειας (LASERS) που λειτουργούν στα 1300 nm και επιτυγχάνουν πολύ μεγαλύτερη συγκέντρωση της δέσμης φωτός. Επί πλέον, στο συγκεκριμένο μήκος κύματος (1300 nm) το φως υφίσταται μικρότερες απώλειες (εξασθένηση) καθώς διαδίδεται δια μέσου της οπτικής ίνας. Οι αποστάσεις που υποστηρίζονται φτάνουν τα 5000 μέτρα αν χρησιμοποιηθεί SMF οπτική ίνα, ή τα 550 μέτρα αν χρησιμοποιηθεί MMF. Η βασική διαφορά ανάμεσα στις SMF και MMF οπτικές ίνες βρίσκεται στη διάμετρό τους, με τις MMF να κατασκευάζονται στα 62.5 και 50 μικρόμετρα, και τις SMF στα 9 μικρόμετρα. Στις MMF οπτικές ίνες υπάρχουν πολλοί τρόποι να μεταδοθεί μια ακτίνα φωτός, ανάλογα με τη γωνία ανάκλασης, και έτσι διαφέρει και η συνολική απόσταση που διανύεται. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το σήμα να υφίσταται παραμορφώσεις στις μεγάλες αποστάσεις.
1.1.3. 1000BASE-CX
Το τρίτο φυσικό επίπεδο που βασίζεται στο Fiber Channel σχεδιάστηκε για τη συνδεσμολόγηση hubs, switches και routers που βρίσκονται σε πολύ μικρές αποστάσεις, π.χ. στο ίδιο wiring closet. Χρησιμοποιεί χάλκινο θωρακισμένο twinax καλώδιο, παρόμοιο από αυτό που χρησιμοποιήθηκε στα token rings της IBM, και δεν μπορεί να υπερβαίνει τα 25 μέτρα. Η αξία του είναι ότι διευκολύνει τις συνδέσεις, εφ’ όσον ο χαλκός είναι πιο εύκολος στο χειρισμό από την οπτική ίνα.
1.1.4. 1000BASE-T
Το 1000BASE-T έκανε εφικτή τη χρήση του Gigabit Ethernet πάνω από UTP καλώδιο τεσσάρων ζευγών, κατηγορίας 5 το οποίο διαθέτει 4 ζεύγη καλωδίων. Αυτό ήταν μεγάλη επιτυχία, αφού το UTP καλώδιο είναι η πρώτη επιλογή σε μικρής εμβέλειας και οικιακά LAN λόγω της χαμηλής τιμής του και της πολύ εύκολης εγκατάστασής του εφ’ όσον είναι λεπτό και εύκαμπτο. Ακόμα, αποφεύγονται εξ’ ολοκλήρου οι –σχετικά– ακριβές και πολύπλοκες οπτικές διατάξεις. Το μόνο σίγουρο όμως είναι ότι με την τεχνολογία 1000BASE-T το UTP καλώδιο κατηγορίας 5 πραγματικά φτάνει στα όριά του και μας προσφέρει πολύ περισσότερο bandwidth απ’ όσο μπορούσε κάποιος να φανταστεί πριν από μερικά χρόνια. Σε αντάλλαγμα όμως πληρώνουμε συνήθως σε μικρά περιθώρια θορύβου, που σε ορισμένες ασθενικές υλοποιήσεις του υλικού (για λόγους κόστους) μπορεί να κυμαίνονται μόλις στα 2 db (περίπου τρεις φορές χειρότερο από το 100BASE-TX). Για το λόγο αυτό, υπάρχουσες καλωδιώσεις που έχουν χαρακτηριστεί σαν κατηγορίας 5 χωρίς να πληρούν τα κριτήρια ποιότητας, ή καλωδιώσεις που βρίσκονται πολύ κοντά στο όριο των 100 μέτρων ενδεχομένως να παρουσιάσουν πρόβλημα. Γι’ αυτό προτείνεται στις νέες εγκαταστάσεις να χρησιμοποιείται UTP cat 5e, ή ακόμα UTP cat 6 που αυξάνουν τα περιθώρια θορύβου και την στιβαρότητα του συστήματος τουλάχιστον κατά 65%.
1.1.5. 1000BASE-X
Χρησιμοποιείται στην βιομηχανία για να αναφερθεί στη μετάδοση GIGABIT ETHERNET πέρα από την οπτική ίνα, όπου οι επιλογές περιλαμβάνουν 1000BASE-SX, -LX, -BX10 ή μεταβλητές εφαρμογές –LX/-ZX.
1.1.6. 1000BASE-BX10
Αυτή είναι η πιο πρόσφατη προσθήκη στα πρότυπα, περιλαμβάνει επίσης τη 1000-BASE- BX10 μετάδοση πέρα από ένα ενιαίο σκέλος της οπτικής ίνας (που είναι ο ίδιος single-mode fiber), με ένα διαφορετικό μήκος κύματος που πηγαίνει σε κάθε κατεύθυνση. Τα τερματικά σε κάθε πλευρά της ίνας δεν είναι ίσα, δεδομένου ότι αυτή που διαβιβάζει "προς τα κάτω" (από το κέντρο του δικτύου στο εξωτερικό) χρησιμοποιεί το μήκος κύματος 1490 NM, και αυτού που διαβιβάζει τις "προς τα πάνω" χρήσεις το μήκος κύματος 1310 NM.
1.1.7. 1000BASE-ZX /1000BASE-LH
Το 1000BASE- ZX και το 1000BASE-LH είναι οι μεταβλητοί αλλά αποδεκτοί στη βιομηχανία όροι και αναφέρονται στη μετάδοση Ethernet gigabit που χρησιμοποιεί το μήκος κύματος 1550 NM για να επιτύχει τις αποστάσεις τουλάχιστον 70 χλμ πέρα από την single-mode fiber.
2. Απόδοση Gigabit Ethernet
Το δίκτυο Gigabit Ethernet επεκτείνει την απόδοση του Ethernet των 10/100 Mbps στα 1000 Mbps. Στη συνέχεια θα εξετάσουμε την απόδοση του δικτύου 1 Gigabit Ethernet κάτω από διάφορες καταστάσεις. Δηλαδή:
α. Μελέτη της απόδοσης του δικτύου Gigabit Ethernet σε σχέση µε το µέγεθος των πακέτων
β.Μελέτη της απόδοσης του δικτύου Gigabit Ethernet σε σχέση µε το προσφερόµενο φορτίο και
γ. Μελέτη της απόδοσης ενός Multiport Swίtch τυπικού δικτύου 1 Gigabit Ethernet.
2.1. Απόδοση σε σχέση µε το µέγεθος του πακέτου.
Μια θεωρητική προσομοίωση έδειξε ότι το το Μέγεθος του πακέτου παίζει σημαντικό ρόλο στην απόδοση του δικτύου 1 Gigabit Ethernet. Όταν το πακέτο είναι μικρό, τότε το δίκτυο Gigabit Ethernet δυσκολεύεται να φθάσει στο μέγιστο της απόδοσης. Όταν τα πακέτα είναι σχετικά μικρά ο ρυθμός δεδομένων στο δίκτυο είναι επίσης σχετικά μικρός, ενώ αντίθετα, όταν το πλαίσιο ξεπεράσει τα 512 bytes, τότε το δίκτυο GigaEthernet µπορεί να φθάσει γρήγορα στο μέγιστο της απόδοσής του. Γενικά το δίκτυο Gigabit Ethernet λειτουργεί καλύτερα µε μεγάλα πακέτα. Στο σχήμα το δίκτυο 1 Gbps διαθέτει και τον μηχανισμό Carrier Extension.
Το μέγεθος των πακέτων δεν επηρεάζει την απόδοση του δικτύου Fast Ethernet. Όπως παρατηρούμε και στο παραπάνω διάγραμμα το δίκτυο Fast Ethernet, μπορεί να χειρίζεται µε ευκολία και τα μικρά πακέτα και να φθάνει στον κορεσμό της απόδοσής του πολύ γρήγορα, ακόμη και µε πολύ μικρά πλαίσια.
2.2. Απόδοση σε σχέση µε το προσφερόµενο φορτίο σε Half-Duplex και σε Full-Duplex λειτουργία
Από πειράματα που εκτελέστηκαν (Φορέας AMD) σε δίκτυο Ethernet, αποδεικνύεται ότι σε μια λειτουργία δικτύου Half-Duplex µε πολλές συγκρούσεις, το Throughput φθάνει στα 720 Mbps, για προσφερόµενο φορτίο 100%. Όταν έχουμε δίκτυο Gigabit Ethernet µε λειτουργία Full-Duplex, τότε δεν έχουμε συγκρούσεις και σε αυτήν την περίπτωση πρέπει να αναμένουμε ότι θα φθάσουμε εύκολα σε εξυπηρέτηση του προσφερομένου φορτίου και το τελικό Throughpout είναι πολύ υψηλότερο.
2.3. Απόδοση ενός multi-port switch, ανάλογα µε το µέγεθος του πακέτου δεδοµένων.
Στη συνέχεια έχουμε πειραματικά αποτελέσματα για την απόδοση ενός port, ενός Gigabit Ethernet multi-port switch. Το switch ήταν non-blocking και η συνολική απόδοση διαιρείται στα 8 ports, ώστε να βρεθεί αντίστοιχα η απόδοση για κάθε port. Το πείραμα έγινε µε χρήση διαφόρων μεγεθών πακέτων όπως: 64 bytes, 128 bytes, ... ,1518 bytes. Από όλο το πείραμα εμείς λαμβάνουμε τις μετρήσεις από δύο ακραίες περιπτώσεις, ανάλογα µε το μέγεθος του πακέτου, δηλαδή µε χρήση των 64 bytes και 1518 bytes. Η απόδοση κυμάνθηκε αντίστοιχα σε 81.274 pps(packet per second) και 1.488 εκατομμύρια pps . Από αυτές τις τιμές συνάγεται ότι η αποδοτικότητα του switch σε κάθε Port, φτάνει περίπου στο 100%.
Απόδειξη:
Για την περίπτωση µε χρήση πακέτων των 64 bytes, (δηλ το ελάχιστο µέγεθος πακέτων) η απόδοση είναι άνω των 1.488 εκατομμυρίων πακέτων το δευτερόλεπτο. Για την περίπτωση ΧΡ11σης πακέτων των 1518 bytes, (δηλ το μέγιστο μέγεθος πακέτων) η απόδοση έφθασε στα 81.274 pps. Και για τις δύο περιπτώσεις αν θεωρήσουμε ως interframe gap 12 bytes και την εισαγωγή (preamble) πλαισίου 8 bytes και µε αυτά τα δεδομένα υπολογίσουμε το ρυθμό δεδομένων σε bits per sec, έχουμε:
ü Για πακέτα 64 bytes: 1.488.095 (packets/sec) * [64 + 12 + 8 ] (bytes/packet) * 8 (bits/byte) 1 δισ. bps =1 (Gigabit /sec). (Δηλ απόδοση 100%).
ü Για πακέτα 1518 bytes: 81.274 (packets/sec) * [1518 + 12 + 8](bytes/packet) * 8 bits/byte=0,999 δισ. bps.= 0,999 (Gigabit /sec). (Δηλ. απόδοση 99,9%).
Από το πείραμα αυτό συνάγεται ότι τα multi-port switches, τα οποία εξυπηρετούν σε δίκτυο Gigabit Ethernet, δεν έχουν ιδιαίτερο πρόβλημα, φθάνουν δε σχετικά εύκολα στον κορεσμό της απόδοσης σε κάθε port, δηλαδή στο 100%. Το μέγεθος ενός πακέτου απειροελάχιστα επηρεάζει τη συνολική απόδοση ενός multiport switch.
3. ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΟΥ GIGABIT ETHERNET
3.1.1. Χρονοδιάγραμμα
Τον Ιούλιο του 1996 η ΙΕΕΕ 802.3 working group δημιούργησε την 802.3z Gigabit Ethernet task force. Σκοπός της 802.3z ήταν η ανάπτυξη του προτύπου Gigabit Ethernet με τους εξής στόχους:
α. half-duplex και full-duplex λειτουργία σε ταχύτητες της τάξης των 1000Mpbs
β.χρήση του ήδη υπάρχοντος 802.3 προτύπου για πλαίσια Ethernet
γ. χρήση της μεθόδου CSMA/CD με υποστήριξη ενός repeater ανά πεδίο σύγκρουσης (collision domain)
δ. προς τα πίσω συμβατότητα με τα πρότυπα 10BASE-T (Ethernet) και 100BASE-T (Fast Ethernet)
Ως προς την τεχνολογία των συνδέσεων, τέθηκε ως στόχος η λειτουργία του προτύπου πάνω σε:
α. πολύτροπη οπτική ίνα μέγιστου μήκους 550 μέτρων (1000BASE-SX)
β.μονότροπη οπτική ίνα μέγιστου μήκους 3 χιλιομέτρων που αργότερα επεκτάθηκε στα 5 (1000BASE-LX)
γ. χάλκινο (short-haul copper) καλώδιο μέγιστου μήκους 25 μέτρων (1000BASE-CX)
Επίσης δημιουργήθηκε η υποεπιτροπή IEEE 802.3ab με σκοπό την ανάπτυξη του 1000BASE-T προτύπου που θα υποστηρίζει Gigabit Ethernet πάνω σε αθωράκιστο συνεστραμμένο ζεύγος καλωδίων κατηγορίας 5 (UTP 5) και μέγιστο μήκος 100 μέτρα.
Το χρονοδιάγραμμα προέβλεπε την έγκριση των προτύπων 1000BASE-LX, SX και CX μέσα στο 1998 ενώ για το 1000BASE-T μέσα στο 1999.
Η διαδικασία για το 802.3z τελικά ολοκληρώθηκε τον Ιούνιο του 1998 ενώ για το 802.3ab βρίσκεται ακόμα σε εξέλιξη.
3.1.2. Αρχιτεκτονική
Για την επίτευξη ταχυτήτων τάξης 1Gbps χρειάζεται να γίνουν πολλές αλλαγές στο επίπεδο του φυσικού μέσου. Αποφασίστηκε επίσης ότι από το επίπεδο σύνδεσης και πάνω το Gigabit Ethernet πρέπει να ταυτίζεται σε συμπεριφορά με το Ethernet. Έτσι για την υλοποίηση επιλέχθηκε ο συνδυασμός δύο τεχνολογιών (προτύπων): της IEEE 802.3 Ethernet και της ANSI X3T11 FibreChannel.
Αυτό σημαίνει ότι το πρότυπο μπορεί να εκμεταλλευτεί την ήδη υπάρχουσα, υψηλής ταχύτητας πρόσβαση στο φυσικό μέσο, τεχνολογία του FibreChannel, ενώ διατηρείται ταυτόχρονα το πρότυπο πλαισίου του Ethernet και η προς τα πίσω συμβατότητα με την εγκατεστημένη βάση συστημάτων.
3.2. Τεχνολογία στο 1ο επίπεδο
Το Gigabit Ethernet υποστηρίζει full-duplex λειτουργία για συνδέσεις switch-to-switch και switch-to-end-station, και half-duplex λειτουργία για διαμοιραζόμενες συνδέσεις με τη χρήση repeater και της μεθόδου CSMA/CD. Αρχικά θα λειτουργεί πάνω σε οπτική ίνα με σχέδιο να εκμεταλλευτεί στο μέλλον και συνδέσεις τύπου Category 5 UTP. Στην εικόνα 2.2-1 παρουσιάζονται τα λειτουργικά στοιχεία του Gigabit Ethernet.
3.2.1. 802.3z
3.2.1.1. Long-Wave και Short-Wave lasers πάνω σε οπτική ίνα
Δύο laser πρότυπα υποστηρίζονται πάνω σε οπτική ίνα: το 1000Base-SX (short-wave laser) και το 1000Base-LX (long-wave laser), και τα δύο πάνω σε πολύτροπη οπτική ίνα διαμέτρου 62.5 και 50 micron. Με μονότροπη οπτική ίνα θα χρησιμοποιηθεί long-wave laser που είναι βελτιστοποιημένο για χρήση σε αυτό το είδος ίνας. Αξίζει να σημειωθεί ότι ορισμένοι κατασκευαστές προωθούν ένα ακόμη πρότυπο, ανεξάρτητο με τα πρότυπα της IEEE, το 1000Base-LH το οποίο υποστηρίζει μετάδοση πάνω σε μονότροπη οπτική ίνα και καλύπτει αποστάσεις μέχρι και 100 χιλιόμετρα.
Οι διαφορές μεταξύ των τεχνολογιών long και short-wave laser είναι το κόστος και η απόσταση μετάδοσης που υποστηρίζουν. Η μετάδοση με laser πάνω σε οπτική ίνα εξαρτάται άμεσα από το βαθμό της εξασθένησης (attenuation) του σήματος στο καλώδιο. Η εξασθένηση αυξάνει ανάλογα με τη συχνότητα του σήματος , έτσι επιβάλλεται να χρησιμοποιούνται οι μικρότερες δυνατόν συχνότητες που μπορούν να υποστηρίξουν το επιθυμητό ρυθμό δεδομένων. Το long-wave laser παρουσιάζει ελαττωμένη εξασθένηση για μεγαλύτερα μήκη κύματος από το short-wave και έτσι επιτυγχάνει μεγαλύτερες αποστάσεις κατά τη μετάδοση, όμως ως μεταγενέστερη τεχνολογία είναι και ακριβότερη (τα short-wave lasers χρησιμοποιούνται ήδη στην τεχνολογία του CD).
Η μονότροπη οπτική ίνα παραδοσιακά χρησιμοποιούνταν για μετάδοση σε μεγάλες αποστάσεις (στο Ethernet για παράδειγμα μπορεί να φτάσει μέχρι και 10 χιλιόμετρα). Με τη σημερινή τεχνολογία μπορούμε να έχουμε οπτικές ίνες με διάμετρο πυρήνα 9micron και 1300nanometer laser.
Το Gigabit Ethernet θα υποστηριχθεί πάνω σε δύο τύπους οπτικής ίνας: διαμέτρου 62.5 και 50 micron. Η 62.5micron ίνα είναι πιο συνηθισμένη και έχει χρησιμοποιηθεί από το Ethernet, το Fast Ethernet και το FDDI για το δίκτυο κορμού (backbone). Στα μειονεκτήματά της είναι το χαμηλό modal bandwidth (δηλαδή η ικανότητα να μεταδίδει το φως) ειδικά για short-wave lasers. Η 50micron ίνα έχει σημαντικά μεγαλύτερο modal bandwidth και υποστηρίζει καλύτερα short-wave laser.
Η πολύτροπη οπτική ίνα είχε σχεδιαστεί αρχικά για χρήση με LED σε μικρές αποστάσεις και όχι για laser. Οι εκτεταμένοι έλεγχοι, που έγιναν από την IEEE 802.3z πάνω στο laser και τη συμπεριφορά του σε πολύτροπες οπτικές ίνες, ανακάλυψαν προβλήματα στο σήμα, που προκαλούνταν από ένα φαινόμενο, γνωστό ως differential mode delay (DMD). Καθώς μία ακτίνα φωτός διαπερνά την ίνα και δέχεται παραμόρφωση, το DMD μπορεί να προκαλέσει τη διαίρεσή της σε δύο ή περισσότερες ακτίνες και φυσικά να οδηγήσει σε απώλεια δεδομένων. Το φαινόμενο δεν είχε παρατηρηθεί στη ήδη χρησιμοποιούμενη και δοκιμασμένη τεχνολογία του FibreChannel εξαιτίας των μικρών αποστάσεων που αυτή προβλέπει.
Το πρόβλημα διορθώνεται αν το φως που διαπερνά τον πυρήνα σε ευθεία γραμμή εκτραπεί κατά κάποια μικρή γωνία. Η μέθοδος αυτή ονομάστηκε “conditioned launch” και για την επίτευξη της απαιτείται η εγκατάσταση στο καλώδιο της σύνδεσης μιας ειδικής προέκτασης.
3.2.1.2. 150-Ohm θωρακισμένο χάλκινο καλώδιο (1000Βase-CX)
Για συνδέσεις μικρότερες των 25 μέτρων, το Gigabit Ethernet επιτρέπει μετάδοση πάνω σε ένα, ειδικού τύπου, 150-Οhm χάλκινο καλώδιο. Ο συγκεκριμένος τύπος δεν είναι UTP 5 ή ΙΒΜ Type I ή ΙΙ αλλά ένα νέο είδος θωρακισμένου καλωδίου. Για να μεγιστοποιηθεί η ασφάλεια και η προστασία από παρεμβολές, που προκαλούνται από διαφορές στην τάση, ο δέκτης και ο πομπός μοιράζονται κοινή γείωση. Η απώλεια επιστροφής (return loss, το μέγεθος που χαρακτηρίζει την ενέργεια που ανακλάται εξαιτίας των διαφορών στην αντίσταση της σύνδεσης) για κάθε connector περιορίστηκε στα 20dB. Ο connector για το 1000Base-CX επιλέχθηκε να είναι τύπου DB-9, ενώ η AMP κατασκευάζει έναν ακόμη τύπο τον HSSDC.
Οι εφαρμογές που θα υποστηρίζει η συγκεκριμένη καλωδίωση περιλαμβάνουν short-haul data-center interconnections και inter-or-intra-rack connections. Εξαιτίας του περιορισμού των 25 μέτρων δεν υποστηρίζονται συνδέσεις data-centers to riser closets.
Πλεονεκτήματα του 1000Base-CX είναι η φθηνή υλοποίηση και η εύκολη εγκατάσταση.
3.2.1.3. PMA - PMD
Το υποεπίπεδο πρόσδεσης φυσικού μέσου (physical media attachment sublayer - PMA) στο Gigabit Ethernet είναι όμοιο με το PMA του FibreChannel. Η υποστήριξη πολλαπλών σχημάτων κωδικοποίησης και η παρουσίασή τους στα ανώτερα επίπεδα είναι ευθύνη του serializer/deserializer. Τα δεδομένα που μεταφέρει το φυσικό μέσο, τα οποία εισάγονται μέσω του υποεπιπέδου εξάρτησης από το φυσικό μέσο (physical media dependent sublayer - PMD), χρειάζεται να υποστηρίζουν κατάλληλο, για το μέσο, σχήμα κωδικοποίησης. Στην περίπτωση του FibreChannel αυτό το σχήμα είναι το 8B/10B που έχει σχεδιαστεί ειδικά για μετάδοση με οπτική ίνα. Το Gigabit Εthernet χρησιμοποιεί παρόμοια κωδικοποίηση. Η διαφορά του με το FibreChannel είναι στην ταχύτητα της σήμανσης: το FibreChannel χρησιμοποιεί σήμανση στα 1.062gigabaud ενώ το Gigabit Ethernet σήμανση στα 1.25gigabaud.
Για μετάδοση με καλωδίωση UTP 5(1000Base-T) πρέπει να χρησιμοποιηθεί διαφορετικό σχήμα κωδικοποίησης.
3.2.1.4. PCS - 8B/10B encoding
Το επίπεδο FC-1 του FibreChannel περιγράφει το συγχρονισμό και το σχήμα κωδικοποίησης 8B/10B. Το FC-1 ορίζει το πρωτόκολλο μετάδοσης, συμπεριλαμβανομένου της σειριακής κωδικοποίησης και αποκωδικοποίησης από και προς το φυσικό μέσο, τους ειδικούς χαρακτήρες και τον έλεγχο λαθών. Το Gigabit Ethernet χρησιμοποιεί το ίδιο σχήμα (δηλαδή το 8B/10B) που χρησιμοποιείται και στο FC-1.
Το 8Β/10Β είναι παρόμοιο με το παλαιότερο 4Β/5Β που χρησιμοποιεί το FDDI. Το 4Β/5Β όμως κρίθηκε ακατάλληλο για το FibreChannel εξαιτίας της έλλειψης DC balance. H έλλειψη DC balance μπορεί να προκαλέσει θέρμανση των laser ανάλογα με τα δεδομένα που μεταδίδονται (συγκεκριμένα αν μεταδίδονται περισσότερα 1 από 0) και να οδηγήσει σε αυξημένα επίπεδα λαθών.
Η κωδικοποίηση των δεδομένων προς μετάδοση προσφέρει τα παρακάτω πλεονεκτήματα:
α. Επηρεάζει τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της μετάδοσης, όπως π.χ. βελτιστοποιεί την αναλογία των 1 με τα 0
β.Διευκολύνει το δέκτη να ανακτήσει το συγχρονισμό του με τον πομπό
γ. Αυξάνει την πιθανότητα ο δέκτης να ανιχνεύσει και να διορθώσει πιθανά λάθη κατά τη μετάδοση
δ. Βοηθάει στο διαχωρισμό bits δεδομένων από bits ελέγχου
Η 8Β/10Β κωδικοποίηση στο Gigabit Ethernet εφαρμόζεται ως εξής:
Το υποεπίπεδο προσαρμογής (reconciliation sublayer) στέλνει δεδομένα σε ομάδες των 8 bits στο υποεπίπεδο PCS, το οποίο αναλαμβάνει την κωδικοποίηση τους σε ομάδες των 10 bits με πρόσθεση bits ελέγχου και σύμφωνα με τις προδιαγραφές της 8B/10B κωδικοποίησης. Οι ομάδες των 10 bits στέλνονται στο PMA το οποίο τις κάνει serialize και προωθεί τα δεδομένα στο PMD.
Αντίστροφα, όταν λαμβάνονται δεδομένα το PMD τα μεταφέρει στο PMA που τα ευθυγραμμίζει και κάνει deserialize σε ομάδες των 10 bits. Οι ομάδες στέλνονται στο PCS που τις αποκωδικοποιεί και με τη σειρά του μεταφέρει τα δεδομένα στα ανώτερα επίπεδα.
3.2.1.5. Gigabit Media Independent Interface (GMII)
Το GMII είναι μια σειρά προδιαγραφών που καθορίζουν τη σύνδεση του MAC με το φυσικό επίπεδο. Σκοπός των προδιαγραφών αυτών είναι η ανεξάρτητη, από το είδος του φυσικού μέσου, λειτουργία από το υποεπίπεδο MAC και πάνω. Για παράδειγμα με το GMII γίνεται δυνατή η χρήση των υπάρχοντων Fibre Channel PHY chips από το Gigabit Ethernet ενώ μελλοντικά μπορούν να υιοθετηθούν καινούριες τεχνολογίες στο φυσικό μέσο χωρίς μεγάλες αλλαγές στον εξοπλισμό. Η χρήση του GMII δεν ορίζεται ως υποχρεωτική από το πρότυπο.
3.2.2. 802.3ab
Το αθωράκιστο συνεστραμμένο ζεύγος (UTP) είναι το πλέον διαδεδομένο είδος καλωδίωσης παγκοσμίως. Ειδικά στα δίκτυα υψηλών ταχυτήτων κυριαρχεί το 4-pair, 100 ohm, UTP Category 5. Η υποστήριξη του UTP 5 από το Gigabit Ethernet κρίθηκε επιβεβλημένη.
Οι δυσκολίες που παρουσίαζε η συγκεκριμένη μετάβαση αλλά και η ιδιαίτερη σημασία της οδήγησαν στη αποσύνδεση του σχεδίου από την 802.3z και τη δημιουργία ξεχωριστής επιτροπής, της 802.3ab που ανέλαβε το σχεδιασμό του 1000Βase-T.
3.2.2.1. Θέματα καλωδίωσης
Το 1000Base-Τ θα υποστηρίζει λειτουργία πάνω σε 4-pair, 100 ohm, UTP 5 που συμβαδίζει με το πρότυπο ANSI/TIA/EIA-568-A ή κατασκευάζεται από υλικό σύμφωνο με το ISO/IEC 11801:1995 και διαθέτει τις επιδόσεις που ορίζονται στο ANSI/TIA/EIA-568-A ANNEX E.
Η μετάδοση σε ρυθμούς 1000Mb/s πάνω στο UTP 5 παρουσιάζει τις εξής δυσκολίες:
α. ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές
β.εξασθένηση του σήματος (attenuation, βλ. Long-Wave και Short-Wave lasers πάνω σε οπτική ίνα)
γ. απώλεια επιστροφής (return loss, βλ. 150-Ohm θωρακισμένο χάλκινο καλώδιο - 1000Base-CX)
δ. ηχώ (echo), η ηχώ είναι αποτέλεσμα της λειτουργίας σε full-duplex και παράγεται όταν το παραμένoν σήμα μετάδοσης (residual transmit signal), εξαιτίας της trans-hybrid απώλειας, και η απώλεια επιστροφής του καλωδίου συνδυάζονται
ε. crosstalk, είναι ανεπιθύμητα σήματα που παράγονται από την αλληλεπίδραση των σημάτων μεταξύ δύο ζευγών. Εφόσον το 1000Base-T χρησιμοποιεί και τα 4 ζεύγη του UTP 5, κάθε ζεύγος μπορεί να επηρεαστεί από καθένα από τα αλλά 3 ζεύγη. Το crosstalk σε σχέση με τον πομπό χαρακτηρίζεται ως:
Near-end crosstalk (NEXT), που δημιουργείται στην έξοδο του ζεύγους των καλωδίων, στην απόληξη του πομπού
Far-end crosstalk (FEXT), που δημιουργείται στην έξοδο του ζεύγους των καλωδίων, στην απομακρυσμένη απόληξη του καλωδίου που ξεκινά από τον πομπό
Equal level far-end crosstalk (ELFEXT), όμοια με το FEXT από το οποίο όμως αφαιρείται το μέγεθος της εξασθένησης του σήματος (attenuation)
Επιπλέον προδιαγραφές που καλύπτουν τα FEXT, ELFEXT και return loss θα προστεθούν στο ANSI/TIA/EIA-568-A ενώ ο υπάρχων εξοπλισμός πρέπει να εξεταστεί για συμβατότητα με τις απαιτήσεις του 1000Base-T.
Γενικότερα, οποιοδήποτε σύστημα μετάδοσης λειτουργεί πάνω σε αθωράκιστο καλώδιο πρέπει να αντιμετωπίζει την ακτινοβολούμενη ενέργεια από άλλες πηγές και να μεγιστοποιεί την αντοχή του στον περιβάλλοντα θόρυβο.
3.2.2.2. Σχεδιαστική προσέγγιση
Οι εξέλιξη της έρευνας στην ψηφιακή επικοινωνία τα τελευταία χρόνια, επέτρεψε την ανάπτυξη διαφόρων τεχνικών, οι οποίες συνέβαλλαν να ξεπεραστούν τα προβλήματα που παρουσίαζε η μετάδοση σε υψηλούς ρυθμούς δεδομένων πάνω σε UTP 5.
Για τη λειτουργία του 1000Base-T:
α. χρησιμοποιείται καλωδίωση που συμβαδίζει με το πρότυπο ANSI/TIA/EIA-568-A (1995) για Category 5 UTP
β.γίνεται dual duplex χρήση και των 4 ζευγαριών καλωδίων για να επιτυγχάνεται ρυθμός συμβόλων 125Mbaud ( )
γ. γίνεται χρήση της κωδικοποίησης PAM-5 που επιτρέπει την αποστολή περισσότερης πληροφορίας με κάθε σύμβολο
δ. γίνεται χρήση της 4D 8-state Trellis Forward Error Correction κωδικοποίησης για να αντισταθμιστεί η επίδραση του θορύβου και του crosstalk
ε. χρησιμοποιούνται τεχνικές διαμόρφωσης παλμού που προετοιμάζουν το προς μετάδοση φάσμα
στ. χρησιμοποιούνται υψηλής τεχνολογίας DSP τεχνικές εξισορρόπησης (equalize) του σήματος για την αντιμετώπιση του θορύβου, της ηχούς και του crosstalk καθώς και για την επίτευξη bit error rate 10-10
ζ. χρησιμοποιείται scrambling
Dual duplex μετάδοση αποτελεί η αποστολή και παραλαβή δεδομένων ταυτόχρονα σε κάθε διεύθυνση (full duplex) σε καθένα από τα 4 ζεύξη καλωδίων. Έτσι μειώνεται ο ρυθμός μετάδοσης συμβόλων (και το bandwidth που δεσμεύεται) στο μισό σε σχέση με τη μονόδρομη αποστολή/παραλαβή. Χρησιμοποιούνται υβριδικά κυκλώματα, που επιτρέπουν αμφίδρομη μετάδοση πάνω σε κάθε ζεύγος, τα οποία λειτουργούν φιλτράροντας το μεταδιδόμενο σήμα στο δέκτη.
Τα υβριδικά κυκλώματα ελαχιστοποιούν αλλά δεν μπορούν ακόμα να εκμηδενίσουν τις επιδράσεις του παραμένοντος σήματος μετάδοσης, και της απώλειας επιστροφής για αυτό σε κάθε ζεύγος χρησιμοποιούνται κυκλώματα ακυρωτές (cancellors) που αναλαμβάνουν να απομακρύνουν την ηχώ.
Η κωδικοποίηση 5-level PAM προσφέρει καλύτερη χρησιμοποίηση του bandwidth από την απλή δυαδική σήμανση, όπου κάθε σύμβολο παριστάνει τη τιμή ενός μόνο bit. Πιο συγκεκριμένα κάθε σύμβολο αναπαριστά και ένα από πέντε διαφορετικά επίπεδα (-1, -1, 0, +1, +2), τέσσερα από τα επίπεδα χρησιμοποιούνται για την αναπαράσταση 2 bits ενώ το πέμπτο χρησιμοποιείται για την Forward Error Correction κωδικοποίηση. Με αυτόν τον τρόπο το signal bandwidth μειώνεται στο μισό. Φυσικά για την υλοποίηση απαιτούνται καλύτερη απόκριση σήματος/θορύβου και η χρήση multi-bit D/A και A/D μετατροπέων.
Η Forward Error Correction κωδικοποίηση λειτουργεί ως ένα δεύτερο επίπεδο κωδικοποίησης που βοηθά στην ανάκτηση των συμβόλων που αλλοιώνονται σε περιβάλλον υψηλού θορύβου και/ή εξαιτίας του crosstalk. Το συγκεκριμένο σχήμα κωδικοποίησης που χρησιμοποιείται στο 1000Base-T είναι το 4-Dimensional 8-State Trellis Forward Error Correction, το οποίο λειτουργεί βελτιώνοντας την απόκριση σήματος/θορύβου στο σημείο απόφασης του A/D μετατροπέα του δέκτη.
Η διαμόρφωση παλμού επηρεάζει τα χαρακτηριστικά του φάσματος του μεταδιδόμενου σήματος ώστε αυτά να βελτιστοποιούνται για το συγκεκριμένο κανάλι μετάδοσης που χρησιμοποιείται. Συγκεκριμένα ελαχιστοποιείται η ενέργεια του σήματος σε συχνότητες που παρουσιάζουν μειωμένη αντοχή στο θόρυβο και τις παρεμβολές, μειώνονται οι συνιστώσες του σήματος τόσο στις υψηλές όσο και στις χαμηλές συχνότητες και απορρίπτονται οι υψηλής συχνότητας συνιστώσες που οφείλονται στο θόρυβο. Η διαμόρφωση παλμού υλοποιείται με συνδυασμό ψηφιακών και αναλογικών φίλτρων και χρησιμοποιείται τόσο στον πομπό όσο και στο δέκτη. Το φάσμα του σήματος στο 1000Base-T τελικά θα είναι σχεδόν όμοιο με αυτό του 100Base-TX.
Η εξισορρόπηση σήματος αντισταθμίζει την εισαγωγή παραμόρφωσης στο σήμα από το κανάλι επικοινωνίας. Ο απλούστερος τρόπος εξισορρόπησης γίνεται με τη χρήση κάποιου FIR φίλτρου (Linear Digital Equalization, Γραμμική Ψηφιακή Εξισορρόπηση). Η LDE όμως μεγαλώνει και το θόρυβο στον δέκτη, πρόβλημα που γίνεται σημαντικότερο στις υψηλές συχνότητες. Σε αυτές τις περιπτώσεις γίνεται χρήση DFE (decision-feedback equalizer). Ο DFE δεν επηρεάζει το θόρυβο όμως είναι ευαίσθητος σε λάθη στο σήμα (ένα απλό λάθος μπορεί να προκαλέσει λανθασμένη εξισορρόπηση, δηλαδή και άλλα λάθη). Πολλαπλοί DFE μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να αντιμετωπιστεί αυτή η κατάσταση.
Τέλος, scrambling είναι η τυχαία ανακατανομή της σειράς που μεταδίδονται τα σύμβολα. Αυτό γίνεται με σκοπό την αποφυγή μακρών φασματικών γραμμών στο σήμα.
Πολλές από τις τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη του 1000Base-T είχαν ήδη εμφανιστεί σε παλαιότερα πρότυπα του Fast Ethernet. Το γεγονός ότι προϋπήρχαν βοήθησε στην ταχύτερη ανάπτυξη του προτύπου και πρόσθεσε αξιοπιστία αφού πρόκειται για δοκιμασμένες λύσεις.
Συγκεκριμένα:
α. το 100Base-TX χρησιμοποιεί σήμανση στα 125Mbaud πάνω σε καλωδίωση UTP 5
β.το 100Base-T4 χρησιμοποιεί πολυεπίπεδη σήμανση πάνω σε καλωδίωση 4-pair UTP
γ. το 100Base-T2 χρησιμοποιεί κωδικοποίηση 5 επιπέδων και DSP τεχνικές για την αντιμετώπιση του crosstalk
3.3. Αλλαγές στο 2ο επίπεδο
To υποεπίδεδο MAC του Gigabit Ethernet είναι σχεδόν πανομοιότυπο με το αντίστοιχο MAC των Ethernet και Fast Ethernet. Συγκεκριμένα:
α. Χρησιμοποιεί τη μορφή πλαισίων που ορίζει το πρότυπο 802.3
β.Έχει τη δυνατότητα να λειτουργήσει είτε σε half-duplex (με τη χρήση της μεθόδου CSMA/CD) είτε σε full-duplex
Η 802.3z αντιμετώπισε αρκετές αντιρρήσεις για τη διατήρηση του half-duplex τρόπου λειτουργίας στο Gigabit Ethernet. Τελικά όμως περιλήφθηκε στο πρότυπο για δύο κυρίως λόγους: ο επανασχεδιασμός των υπάρχοντων MAC chips ώστε να λειτουργούν σε 10-πλάσια ταχύτητα ήταν πολύ ευκολότερη διαδικασία από τον πλήρη επανασχεδιασμό τους και επίσης κάποια μέλη της επιτροπής ήθελαν απλώς να διατηρήσουν την 25-χρονη παράδοση του CSMA/CD.
3.3.1. Carrier extension
Ο σχεδιασμός του αρχικού Ethernet (που λειτουργούσε μόνο σε half-duplex) όριζε ως μέγιστη απόσταση μεταξύ σταθμών τα 2 χιλιόμετρα. Ο περιορισμός αυτός είχε σχέση με τη μέθοδο CSMA/CD και το ελάχιστο μέγεθος πλαισίου (το οποίο στην περίπτωση του Ethernet είναι 64bytes). Όταν συμβεί μια σύγκρουση πρέπει οι σταθμοί που εμπλέκονται να το μάθουν πριν ολοκληρώσουν τη μετάδοση. Περιορίζοντας το μέγεθος του collision domain, επιτρέπουμε στο σήμα εμπλοκής (jam signal) που στέλνει το MAC να φθάσει έγκαιρα στους ενδιαφερόμενους σταθμούς, ώστε αυτοί να επαναμεταδώσουν το πλαίσιο. Το Fast Ethernet χρησιμοποιεί και αυτό την ίδια μορφή πλαισίων του Ethernet. Εφόσον όμως λειτουργεί σε 10-πλάσια ταχύτητα (100Μbit έναντι 10Mbit), τα πλαίσια απαιτούν 10 φορές λιγότερο χρόνο για να μεταδοθούν, οπότε για την ομαλή λειτουργία της μεθόδου CSMA/CD, το collision domain έπρεπε να μειωθεί ανάλογα από τα 2 χιλιόμετρα στα 200 μέτρα.
Στην περίπτωση του Gigabit Εthernet, εφόσον και εδώ διατηρούνταν το ελάχιστο μέγεθος πλαισίου, η διάμετρος του δικτύου έπρεπε να μειωθεί πάλι κατά 10, δηλαδή στα 20 μέτρα! Φυσικά αυτό καθιστούσε το πρότυπο πρακτικώς άχρηστο. Στην προσπάθεια να διατηρηθεί η μέγιστη απόσταση μεταξύ των σταθμών στα 200 μέτρα έγινε μια τροποποίηση στο MAC που ονομάστηκε carrier extension. Το carrier extension δουλεύει ως εξής: Όταν ένα πλαίσιο είναι μικρότερο των 512bytes τότε το MAC στέλνει ένα ειδικό σήμα που διαρκεί τόσο ώστε το πλαίσιο να φαίνεται στους άλλους σταθμούς ως πλαίσιο των 512bytes, οπότε παρέχεται ο απαιτούμενος χρόνος για να ανιχνευθεί τυχόν σύγκρουση. Αυτή η τεχνική δεν επηρεάζει το ελάχιστο μήκος πλαισίου που παραμένει στα 64bytes αλλά απλώς μεταχειρίζεται διαφορετικά τα πλαίσια που είναι μικρότερα των 512bytes.
Λογικά το carrier extension έπρεπε να δημιουργεί εικονικά πλαίσια των 640bytes και όχι των 512. Η 802.3z έκρινε ότι 640bytes ήταν μάλλον μεγάλη ποσότητα και προτίμησε τα 512bytes. Για να επιτευχθεί αυτό μειώθηκε ο αριθμός των repeaters που επιτρέπονται ανά collision domain από 2, που ίσχυε στο Fast Ethernet, σε 1. Επίσης στα παλαιότερα πρότυπα του Ethernet υπήρχε και ένα περιθώριο ασφαλείας το οποίο, για αυτό το σκοπό, ελαχιστοποιήθηκε στο Gigabit Ethernet.
3.3.2. Frame bursting
Η μέθοδος του carrier extension έχει ένα βασικό μειονέκτημα: η προέκταση δεν χρησιμοποιείται για δεδομένα ενώ καταναλώνει bandwidth. Στην περίπτωση που η κυκλοφορία αποτελείται αποκλειστικά από πλαίσια των 64bytes τότε ο πραγματικός ρυθμός μετάδοσης πέφτει στα 120Mbps, δηλαδή απόδοση 12%! Φυσικά μια τέτοια περίπτωση είναι μάλλον ακραία, όμως στα περισσότερα δίκτυα Ethernet τα πλαίσια έχουν μέγεθος 200-500bytes οπότε η απόδοση αναμένεται να κινείται αρκετά χαμηλότερα από το 1Gbps.
Για την αντιμετώπιση του προβλήματος έγινε μια ακόμα αλλαγή στο MAC που ονομάστηκε frame bursting. Το frame bursting είναι η μετάδοση πολλών μικρών (<512bytes) name="bm_2_3_3">3.3.3. 802.3x full-duplex/flow control
Ο έλεγχος ροής (flow control) είναι απαραίτητος σε ένα δίκτυο, ειδικά όταν αναμιγνύονται τεχνολογίες που λειτουργούν σε διαφορετικές ταχύτητες. Ένας γρήγορος server μπορεί εύκολα να υπερφορτώσει έναν αργό client. Η μέθοδος CSMA/CD προσφέρει έναν εγγενή τρόπο αντιμετώπισης παρόμοιων καταστάσεων αφού οι συγκρούσεις που δημιουργούνται εμποδίζουν την υπερφόρτωση. Ακόμη ένας σταθμός ο οποίος για οποιονδήποτε λόγο δεν μπορεί να ανταποκριθεί σε αιτήσεις από το υπόλοιπο δίκτυο μπορεί να δημιουργεί τεχνητές συγκρούσεις μέχρι να επανέλθει σε κανονική λειτουργία.
Σε full-duplex η CSMA/CD απενεργοποιείται οπότε πρέπει να χρησιμοποιηθεί κάποια άλλη μέθοδος ελέγχου ροής. Στο Gigabit Ethernet αυτή η μέθοδος ορίζεται από το πρότυπο 802.3x full-duplex/flow control. Το 802.3x αναπτύχθηκε ξεχωριστά από το Gigabit Ethernet αλλά η χρήση του ορίζεται ως υποχρεωτική, σε full-duplex συνδέσεις, από το 802.3z.
Ο μηχανισμός του 802.3x είναι απλός: Όταν στη μία άκρη της σύνδεσης ο δέκτης δεν μπορεί να ανταποκριθεί στην κίνηση στέλνει ένα ειδικό PAUSE πλαίσιο που ειδοποιεί τον πομπό να σταματήσει προσωρινά τη μετάδοση για κάποιο χρονικό διάστημα. Όταν ο πομπός σταματήσει να δέχεται PAUSE πλαίσια συνεχίζει τη μετάδοση από το σημείο που είχε σταματήσει. Τα PAUSE πλαίσια χρησιμοποιούν συγκεκριμένη διεύθυνση ώστε να μην προωθούνται από τις γέφυρες και τα switches. Έτσι αποφεύγεται η παρεμβολή τους με τα μηνύματα ελέγχου ροής σε άλλο σημείο του δικτύου.
3.3.4. 802.1p, 802.1Q, 802.3ad
Μια σειρά από πρότυπα της IEEE τα οποία αναπτύχθηκαν ανεξάρτητα από το 802.3z συμπληρώνουν τις δυνατότητες του Gigabit Ethernet. Ακολουθεί μια σύντομη περιγραφή:
802.1p - ορίζει μια μέθοδο που επιτρέπει στους σταθμούς να ζητούν προτεραιότητα και επιτρέπει στα switches να μεταφέρουν τις αιτήσεις αυτές στον προορισμό τους
802.1Q - ορίζει μια τυποποίηση για εικονικά δίκτυα (Virtual LANs - VLANs)
802.3ad - ορίζει μια τυποποίηση για link aggregation (η δυνατότητα ύπαρξης πολλαπλών παράλληλων point-to-point switch/switch ή switch/server συνδέσεων)
3.3.5. Full-Duplex repeater
Κάποιοι από τους κατασκευαστές του Gigabit Ethernet ανέπτυξαν μια καινούρια συσκευή τον full-duplex repeater (ο οποίος αναφέρεται επίσης και ως buffered distributor, nonfiltering switch ή CSMA/CD in a box).
O full-duplex repeater, όπως υπονοεί και η ονομασία του, εκτελεί τις λειτουργίες ενός repeater, προσφέρει όμως ταυτόχρονα και μερικά από τα πλεονεκτήματα των switches.
Τα κύρια χαρακτηριστικά του είναι:
α. οι σταθμοί εξυπηρετούνται βάσει του αλγορίθμου εξυπηρέτησης εκ περιτροπής (round robin)
β.τα πακέτα που παραλαμβάνονται προωθούνται σε όλα τα ports εκτός από το port της παραλαβής
γ. λειτουργεί σε full-duplex (οι απλοί repeaters δουλεύουν σε half-duplex)
δ. τα ports λειτουργούν όλα στην ίδια ταχύτητα (στην περίπτωση μας στο 1Gbps)
ε. κάθε port περιλαμβάνει ένα στοιχειώδες MAC που μπορεί να ελέγξει την εγκυρότητα του πλαισίου που παρελήφθη
στ. ο εσωτερικός buffer έχει χωρητικότητα για λίγα μόνο πλαίσια
ζ. χρησιμοποιείται το πρότυπο 802.3x full-duplex/flow control, όλοι οι σταθμοί που συνδέονται στον full-duplex repeater πρέπει να συμβαδίζουν με το πρότυπο .
Το μεγάλο πλεονέκτημα των full-duplex repeaters είναι ότι προσφέρουν απόδοση και λειτουργικότητα που πλησιάζει τα switches, ενώ το κόστος τους κυμαίνεται στα επίπεδα των απλών repeaters.
3.4. Λειτουργία στο 3ο επίπεδο
Το Gigabit Ethernet, όπως και οι προκάτοχοι του (με μερική εξαίρεση το 100VG-AnyLAN) δεν παρέχει μηχανισμούς Quality of Service (QoS), μπορεί όμως να παράσχει Class of Service (CoS - ή αλλιώς best-effort QoS), δηλαδή δέχεται αιτήσεις QoS χωρίς όμως να εγγυάται 100% ικανοποίηση τους.
Η υποστήριξη CoS παρέχεται στο Gigabit Ethernet μέσω προτύπων όπως τα 802.1p, 802.1Q και κυρίως μέσω του Resource reSerVation Protocol (RSVP).
3.4.1. RSVP
Το RSVP είναι ένα πρωτόκολλο που επιτρέπει στις εφαρμογές να ζητούν υπηρεσίες QoS για τα data flows τους. Η επιτροπή Internet Engineering Task Force (IETF) έχει αναλάβει τη μετατροπή του σε πρότυπο.
Στο RSVP ως data flow ορίζεται μια σειρά μηνυμάτων (πακέτων) που μοιράζονται κοινό αποστολέα, παραλήπτη και QoS. Το πρωτόκολλο μπορεί να ζητήσει για κάποιο data flow έναν από τους παρακάτω τρόπους διαχείρισης:
α. Best-effort, που πρόκειται για τον κλασσικό τρόπο μετάδοσης που ορίζει το πρωτόκολλο IP, όπου ουσιαστικά οι υπηρεσίες του RSVP απενεργοποιούνται
β. Rate-sensitive, που χρησιμοποιείται για εφαρμογές που απαιτούν κάποιο σταθερό bandwidth, αυτές οι εφαρμογές συνήθως έχουν μεταφερθεί από δίκτυα μεταγωγής κυκλώματος (π.χ. ISDN), με τη rate-sensitive διαχείριση (που αναφέρεται και ως guaranteed bit-rate service) γίνεται εφικτό να λειτουργήσουν και σε δίκτυα μεταγωγής πακέτου όπως είναι το IP
γ. Delay-sensitive, που αναφέρεται σε εφαρμογές που θέτουν κάποιο άνω όριο στη καθυστέρηση που υπάρχει ανάμεσα στη λήψη των πακέτων και που μπορεί να αλλάζει τιμές ανάλογα με τις επιθυμίες της εφαρμογής
To RSVP υποστηρίζει unicast μετάδοση καθώς και multicast με τη χρήση του Internet Group Membership Protocol (IGMP). Ο server στέλνει RSVP path μηνύματα στην IP διεύθυνση του client ή, στην περίπτωση multicast μετάδοσης, στην IP διεύθυνση του multicast group. O client λαμβάνει το path μήνυμα και απαντάει στέλνοντας reservation request μηνύματα. Όταν ο server λάβει το reservation request μήνυμα αρχίζει τη μετάδοση των δεδομένων.
To RSVP path μήνυμα κατά τη διαδρομή server-to-client αποθηκεύει πληροφορίες για κάθε κόμβο που διασχίζει, πληροφορίες που θα χρησιμοποιηθούν για τη δρομολόγηση των reservation request μηνυμάτων προς την αντίθετη κατεύθυνση (client-to-server).
To reservation request μήνυμα ενημερώνει τον server για το είδος της διαχείρισης του data flow που επιθυμεί ο client. Ως γνωστόν το IP δεν εγγυάται ότι τα μηνύματα που ξεκινούν από ένα κόμβο για να φτάσουν σε κάποιον άλλο θα ακολουθήσουν την ίδια διαδρομή και ως συνέπεια θα φθάσουν με τη σειρά που στάλθηκαν. Οι πληροφορίες για τους ενδιάμεσους κόμβους της διαδρομής server-client που μεταφέρει το path μήνυμα χρησιμοποιούνται για να αντιμετωπιστεί αυτή η κατάσταση.
Η ανταλλαγή RSVP path και reservation request μηνυμάτων μεταξύ client και server είναι συνεχής ώστε να ανιχνεύονται πιθανές αλλαγές στην τοπολογία του δικτύου ή στη δρομολόγηση των πακέτων. Αυτό έχει το πλεονέκτημα ότι πιθανές αποτυχίες σε ενδιάμεσους κόμβους δεν επηρεάζουν τη μετάδοση αφού οι συγκεκριμένοι κόμβοι θα παρακαμφθούν από τον αλγόριθμο δρομολόγησης. Το μειονέκτημα είναι ότι δεν υπάρχει εγγύηση ότι κάποιο data flow θα συνεχίσει να ικανοποιείται όταν αλλάξει η δρομολόγηση των πακέτων. Αυτό το χαρακτηριστικό του RSVP ονομάζεται soft-state και είναι άμεση συνέπεια της χωρίς σύνδεση λειτουργίας του IP.
Στην περίπτωση που κάποιοι από τους ενδιάμεσους κόμβους δεν υποστηρίζουν το RSVP το path μήνυμα δεν μπορεί τους καταγράψει οπότε κρατούνται οι πληροφορίες μόνο για τον τελευταίο κόμβο που το υποστήριζε. Η καταγραφή συνεχίζεται κανονικά μόλις το μήνυμα φθάσει ξανά σε κόμβο που υποστηρίζει το πρωτόκολλο. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται tunneling. Είναι προφανές ότι όταν παρεμβάλλονται δίκτυα που δεν υποστηρίζουν το RSVP η κίνηση των πακέτων δεν μπορεί να ελεγχθεί πλήρως.
4. Βασικά Πλεονεκτήματα του Gigabit Ethernet
Οι ολοένα αυξανόμενες απαιτήσεις του φορτίου των τοπικών δικτύων εξωθεί τους ιδιοκτήτες σε αναζήτηση δικτύων υψηλότερης ταχύτητας. Έτσι σταδιακά υπάρχει μετανάστευση από το κλασικό δίκτυο των lOMbps, στο Fast Ethernet, στα Αστικά δίκτυα (όπως FDDI κλπ.). Η ανηλεής απαίτηση για Bandwidth σήμερα έχει στη διάθεσή της εναλλακτικές προτάσεις και τεχνολογίες υψηλότερης ταχύτητας όπως το Gigabit Ethernet. Τα βασικά πλεονεκτήματα που έχει το τοπικό δίκτυο 1 Gigabit Ethernet είναι:
· Εύκολη και άμεση μετανάστευση από δίκτυα χαμηλότερου ρυθμού απόδοσης σε αυτό, χωρίς διάσπαση του δικτύου.
· Χαμηλό κόστος αγοράς εξαρτημάτων, εγκατάστασης και υποστήριξης.
· Μπορεί να υποστηρίξει εφαρμογές µε ειδικές απαιτήσεις όπως οι πολυμεσικές εφαρμογές.
· Ευέλικτος σχεδιασμός δικτύου.
4.1. Εύκολη μετάβαση από δίκτυα χαμηλότερου ρυθμού απόδοσης.
Το δίκτυο Gigabit Ethernet έχει κάποια ομοιότητα στη λειτουργία του, µε τη λειτουργία των προκατόχων του (10 Mbps και 100 Mbps Ethernet). Έτσι είναι εφικτή µια άμεση και σταδιακή μετάβαση από χαμηλότερα δίκτυα στο δίκτυο Gigabit Ethernet, ενώ διατηρεί παράλληλα την απλότητα του Ethernet. Ένα από τα πιο σημαντικά θέματα που αντιμετωπίζουν οι διαχειριστές δικτύων, είναι το πως να αποκτήσουν υψηλότερο bandwidth, χωρίς να διασπάσουν το υπάρχον δίκτυο. Τα τρία βασικά πρότυπα δίκτυα του Ethernet χρησιμοποιούν το ίδιο ΙΕΕΕ 802.3 σχήμα πλαισίου. Το Gigabit Ethernet έχει full-duplex λειτουργία και παρόμοια μέθοδο ελέγχου ροής. Σε half-duplex mode, το Gigabit Ethernet χρησιμοποιεί τη θεμελιώδη μέθοδο πρόσβασης CSMNCD για να επιλύσει τον ανταγωνισμό στο κοινό µέσο. Ακόμη, το Gigabit Ethernet χρησιμοποιεί τα ίδια εργαλεία διαχείρισης που ορίζονται από την ομάδα ΙΕΕΕ 802.3. Σε τελική ανάλυση, το δίκτυο 1 Gigabit Ethernet είναι δίκτυο Ethernet, µόνο που είναι πιο γρήγορο από το κανονικό, επιτυγχάνοντας μια δεκαπλάσια αύξηση της απόδοσης σε σύγκριση µε την πιο δημοφιλή διασύνδεση, το Fast Ethernet.
4.2. Βασικό χαρακτηριστικό του πλαισίου Ethernet
Χρησιμοποιώντας Switches ή Routers, μπορούµε να διασυνδέουμε υπάρχουσες συσκευές Ethernet χαμηλότερης ταχύτητας σε ένα δίκτυο Ethernet, ώστε και προσαρμόσουµε μια ταχύτητα φυσικής γραµµής µε µια άλλη. Το Gigabit Ethernet χρησιμοποιεί το ίδιο σχήμα πλαισίου μεταβλητού μήκους της ΙΕΕΕ 802.3 (πακέτα από 64 ως 1514 bytes) που χρησιμοποιούν το κλασικό δίκτυο Ethernet και το δίκτυο Fast Ethernet. Επειδή το σχήμα πλαισίου και το μέγεθος είναι τα ίδια για όλες τις τεχνολογίες Ethernet, δεν είναι αναγκαίες περισσότερες δικτυακές αλλαγές. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί στο δίκτυο 1 Gigabit Ethernet να «ενσωµατωθούν» τα υπάρχοντα δίκτυα Ethernet και Fast Ethernet. Αντίθετα, άλλες τεχνολογίες υψηλής ταχύτητας χρησιμοποιούν διαφορετικά σχήματα πλαισίου. Για παράδειγμα το ΑΤΜ υψηλών ταχυτήτων υλοποιεί ένα cell καθορισμένου μήκους 53 bytes. Όταν συνδέεται το δίκτυο ΑΤΜ µε τα δίκτυα κλασικού Ethernet και Fast Ethernet, το switch ή ο router πρέπει να μεταφράσουν κάθε ΑΤΜ cells σε πλαίσιο Ethernet και αντιστρόφως.
4.3. Δυνατότητα λειτουργίας σε καταστάσεις Full- και Half-Duplex
Η τυποποίηση της μεθόδου ΙΕΕΕ 802.3χ, επιτρέπει σε δύο κόμβους που συνδέονται µέσω ενός full-duplex switch να στέλνουν και να λαμβάνουν ταυτόχρονα πακέτα. Το Gigabit Ethernet ακολουθεί αυτό το πρότυπο για να επικοινωνήσει όταν βρίσκεται σε full-duplex mode. Αυτό σήμερα είναι σχεδόν κανόνας και όλα τα προϊόντα του Gigabit Ethernet που κυκλοφορούν στην αγορά είναι full-duplex. Και όπως έχουμε προαναφέρει το Gigabit Ethernet χρησιμοποιεί επίσης το πρότυπο του Ethernet για έλεγχο ροής, ώστε να αποφύγει τη συμφόρηση και το overloading. Όταν το Gigabit Ethernet λειτουργεί σε half-duplex mode, τότε υιοθετεί την κλασική CSMNCD μέθοδο, η οποία µας επιτρέπει να αποφύγουμε τις συγκρούσεις στο κοινό μέσο.
4.4. Διαχείριση Δικτύου
Κατά τη μετάβαση από το κλασικό Ethernet στο Fast Ethernet, και στη συνεχεία στο Gigabit Ethernet, διατηρήθηκε ο ίδιος τρόπος διαχείρισης του δικτύου. Σαν βασική μέθοδος χρησιμοποιήθηκε το SNMP. Το SNMP ορίζει µια πρότυπη μέθοδο ώστε να συλλέξουμε device-level πληροφορίες Ethernet. Το SNMP χρησιμοποιεί δομές ΜΙΒ (Management Information Base) για να καταγράφει βασικά στοιχεία όπως ο αριθμός συγκρούσεων, πακέτα που στάλθηκαν 11 ελήφθησαν, Error Rates και άλλες deνice-leνel πληροφορίες. Επιπλέον πληροφορίες συλλέγονται από RMONs (Remote MONitoring agents) που συλλέγουν στοιχεία για παρουσίαση. Επειδή το Gigabit Ethernet και όλα τα προηγούµενα δίκτυα Ethernet χρησιμοποιούν τα ίδια πλαίσια Ethernet, γι αυτό, τα ίδια MIBs και οι ίδιοι RMON agents µμπορούν να χρησιμοποιηθούν για παροχή διαχείρισης δικτύου και σε Gigabit ταχύτητες.
4.5. Χαµηλό κόστος εγκατάστασης και συντήρησης
Το κόστος αγοράς εξαρτημάτων και εγκατάστασης είναι ένας σημαντικός παράγοντας στο τελικό κόστος οποιασδήποτε νέας δικτυακής τεχνολογίας. Βέβαια το συνολικό κόστος δεν περιλαμβάνει µόνο την αγορά εξοπλισμού, αλλά επίσης και το κόστος εκπαίδευσης, συντήρησης και τυχόν επέκτασης. Ο ανταγωνισμός και ο μεγάλος όγκος πωλήσεων είχαν ως αποτέλεσμα, το κλασικό Ethernet και στη συνέχεια το Fast Ethernet να έχει µικρό κόστος εξαρτημάτων. Το δίκτυο Gigabit Ethernet ακολουθεί την ίδια τάση όπως το δίκτυο Fast Ethernet. Σήµερα τα Προϊόντα στην αγορά παρέχουν costeffective συνδέσεις για Gigabit ρυθµούς μετάδοσης. Ο στόχος της επιτροπής ΙΕΕΕ 802.3Ζ, που ανέπτυξε το πρότυπο του Gigabit Ethernet, ήταν να παρέχει συνδέσεις Gigabit Ethernet µε δύο ή τρεις φορές το κόστος ενός 100BASE-FX interface, δηλαδή σε οικονομικά ανεκτές τιμές. Επειδή το Gigabit Ethernet αξιοποιεί τις υπάρχουσες Ethernet τεχνολογίες, αυτό από οικονομικής άποψης είναι ακόμη ένα πλεονέκτημα. Με την πάροδο του χρόνου, οι χρήστες μπορούν να αναμένουν το κόστος των Gigabit Ethernet interfaces να μειωθεί δραστικά, όπως συνέβη και µε τις αντίστοιχες προηγούμενες τεχνολογίες. Στο άμεσο μέλλον, η πρόοδος στους μικροεπεξεργαστές, θα παρέχουν ακόμα μεγαλύτερα κέρδη στην απόδοση και πρόσθετη μείωση του κόστους, και θα έχουμε μια νέα γενιά Ethernet τεχνολογίας. Η ανάλυση δείχνει ότι οι επεξεργαστές σύντομα θα επιτυγχάνουν λειτουργία σε 1250 Mbps. Αυτό σημαίνει ότι θα είναι ένα πλήρες Ethernet switch, µε Management, και ένα σχετικά μεγάλο Buffer Memory και ένα 32-bit controller, όλα σε ένα κουτί. Σήμερα η τεχνολογία Ethernet είναι η πιο ευρέως διαδεδομένη τεχνολογία Τοπικών δικτύων και για αυτό η πιο προσιτή και γνωστή τεχνολογία. Το ποσοστό των βάση των εγκατεστημένων δικτύων Ethernet είναι περισσότερο από 85% όλων των εγκατεστημένων δικτύων. Το Ethernet είναι δημοφιλές, επειδή προσφέρει τον καλύτερο συνδυασμό τιμής, απλότητας, scαlαbility και ευκολίας διαχείρισης: Και επιπλέον επειδή, η εγκατεστημένη βάση των χρηστών είναι εξοικειωμένη µε την τεχνολογία, τα εργαλεία συντήρησης και troubleshooting στο Ethernet, για αυτό, τα κόστη υποστι1ριξης του δικτύου 1 Gigabit Ethernet είναι χαμηλότερα σε σχέση µε άλλες τεχνολογίες. Ο χρήστης δεν χρειάζεται να μάθει νέα πρωτόκολλα, αλλά αυτό που χρειάζεται είναι μια μικρή επιπλέον εκπαίδευση προσωπικού στα εργαλεία συντι1ρησης και επίλυσης προβλημάτων. Επειδή το δίκτυο 1 Gigabit Ethernet είναι σε τελική ανάλυση Ethernet, οι διαχειριστές δικτύων μπορούν να αξιοποιήσουν την υπάρχουσα δικτυακή επένδυσή τους, την υπάρχουσα γνώση του προσωπικού και την υπάρχουσα εμπειρία και έτσι να μειώσουν το συνολικό κόστος του δικτύου. Η διάδοση του Gigabit Ethernet είναι γρηγορότερη από τις υπόλοιπες τεχνολογίες. Όταν γίνει η σχετικά µικρή εκπαίδευση του προσωπικού στα εργαλεία, τότε το προσωπικό θα είναι ικανό να εγκαταστήσει και να υποστηρίξει εγκαταστάσεις σε Gigabit Ethernet, και μάλιστα µε χαμηλό κόστος.
4.6. Υποστήριξη εφαρµογών µε ιδιαίτερες απαιτήσεις
Η εμφάνιση των intrenet εφαρμογών προμηνάει μετάβαση σε νέους τύπους δεδομένων, κυρίως εφαρμογές µε μεταφορά νideo και φωνής. Μέχρι σήμερα θεωρείτο ότι το νideo απαιτούσε μια διαφορετική δικτυακή τεχνολογία σχεδιασμένη ειδικά για πολυμέσα. Με το Gigabit Ethernet, είναι πιθανό να αναµείξουµε δεδομένα και νideo πάνω από το δίκτυο Ethernet µε ένα συνδυασμό των παρακάτω:
· Αυξηµένο Bandwidth που παρέχεται από τα δίκτυα Fast Ethernet και Gigabit Ethernet, βελτιωμένο από LAN switching.
· Την εμφάνιση νέων πρωτοκόλλων (όπως π.χ. το πρωτόκολλο RSVP) που παρέχουν µια σχετικά εξασφαλισμένο Bandwidth
· Την εμφάνιση νέων standards όπως τα πρότυπα 802.1Q και 802.1ρ που θα παρέχουν εικονικά LAN (VLAN Virtual LANs) και πληροφορίες προτεραιότητας για τα πακέτα μέσα στο δίκτυο
· Την γενική χρήση προχωρημένων τεχνικών συμπίεσης video, όπως π.χ. το MPEG-2.
4.7. Σχεδιασµός δικτύου
Οι σχεδιαστές και διαχειριστές δικτύων σήμερα έχουν ένα πλήθος από επιλογές σχεδιασμού και σύνθεσης ενός δικτύου. Μπορούν να συνδυάζουν Routers, Switches και να συνθέτουν δίκτυα, και να οικοδομούν intranets μεγάλης η μικρής έκτασης. Καθοριστικές απαιτήσεις των δικτύων Ethernet είναι το Bandwidth και το κόστος. Οι τεχνολογίες internetworking, καθώς και η χρήση διευθύνσεων ΙΡ και γενικά πρωτοκόλλων TCP/IP καλύπτονται πλήρως από το δίκτυο Gigabit Ethernet, όπως και από το κλασικό Ethernet και το Fast Ethernet . Το Gigabit Ethernet είναι διαθέσιμο και µε Full Duplex αναμεταδότη, αλλά και συνεργάζεται και µε τα κοινά LAN switches και routers.
5. ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΔΙΚΤΥΟΥ ΑΤΜ ΜΕ GIGABIT ETHERNET
Στο σημείο αυτό στρέφουμε την προσοχή μας μεταξύ ΑΤΜ και Gigabit Ethernet, γιατί αυτές είναι οι τεχνολογίες που θα επικρατήσουν στο μέλλον, λόγω της τεχνολογικής τος ανωτερότητας σε σχέση με τις υπόλοιπες.
Ενώ το Gigabit Ethernet θα συνεργαστεί καλά με ΙΡ δίκτυα, υπάρχουν κάποια ερωτηματικά σχετικά με την υποστήριξη προτεραιοτήτων, switching, και QoS.
5.1.1. Κατανόηση Τεχνολογίας και Λειτουργίες
To ATM είναι ένα πολύπλοκο περιβάλλον. Είναι σαφές ότι δεν υπάρχει μέγαλος αριθμός ατόμων που κατανοεί την τεχνολογία. Μια βασική διαφορά στο πρωτόκολλο μεταξύ ΑΤΜ και Ethernet είναι το segmentation και reassembly των PDUs του χρήστη. Το ΑΤΜ σπάει τα δεδομένα σε cells καθορισμένου μήκους. Στη συνέχεια εγκαθιστά ένα προσανατολισμένο στη σύνδεση virtual circuit που εγγυάται εύρος ζώνης και quality στον παραλήπτη. Η επανεκπαίδευση του προσωπικού, ο περιορισμένος αριθμός ταλαντούχων υπαλλήλων και η πρόκληση της σχεδίασης/διαχείρισης του ΑΤΜ καθιστούν δύσκολο το εργο των network managers. Σε όρους κόστος/απόδοση το ΑΤΜ δεν είναι πρακτικό λόγω της τεράστιας εγκατεστημένης βάσης των Ethernet desktops.
Aντίθετα το Ethernet διαθέτει κατανοητη τεχνολογία και λειτουργίες, δηλαδή υπερτερεί κατά πολύ του ΑΤΜ. Ως τεχνολογία, το Εthernet ενθυλακώνει τα PDUs του χρήστη σε πλαίσια, πάνω σε διαμοιραζόμενο μέσο με broadcast χωρίς σύνδεση. Στηρίζεται στο μηχανισμό ανίχνευσης συγκρούσεων για να χειριστεί την συμφόρηση στο κοινό μέσο. Εφόσον τα PDUs του χρήστη είναι πολύ μεγάλα για το κοινό μέσο, τότε ένα πρωτόκολλο υψηλότερου επιπέδου φροντιζει για το segmentation και το reassembly των PDUs.
5.1.2. Κόστος
Αν και το ATM θεωρείται η μελλοντική τεχνολογική επιλογή σε περιβάλλοντα WAN, χρειάζεται κάποια οικονομική διερεύνηση για να εγκατασταθεί σε LAN περιβάλλοντα. Σε αυτο το ζήτημα παίζει ρόλο η cost-effective εγκατεστημένη βάση της τεχνολογίας 10/100 Mbps shared και switched Ethernet. Το κλειδί για την ένταξη του ATM σε περιβάλλοντα LAN θεωρείται η επέκταση και ολοκλήρωση του με μια νέα γενιά από LAN switches και routers. Aυτές οι συσκευές παρέχουν μια βιώσιμη και cost-effective λύση σε επίπεδο LAN backbone σε σχέση με το FDDI, αλλά και cost-effective λύση ως προς Mbps σε σχέση με το 10/100 Mbps Ethernet στο desktop.
Στο Gigabit Ethernet οι συσκευές switching και routing υπόσχονται να κοστίζουν δύο ή τρεις φορές όσο οι συσκευές 100-Mbps Ethernet full-duplex, ενώ θα επιτυγχάνουν 10 προς 1 πλεονέκτημα απόδοσης ως προς τον εξοπλισμό των 100 Mbps. Aυτό θα έχει ως αποτέλεσμα μια τριπλάσια ή πενταπλάσια αύξηση σε τιμή/απόδοση. Τα ΑΤΜ switches είναι πιο ακριβά από τα συμβατικά LAN Ethernet switches, αλλά η διαφορά τείνει να μειωθεί αισθητά
Το ΑΤΜ είναι μια δαπανηρή τεχνολογία διότι βασίζεται σε ακριβά carrier-grade physical interfaces. To Gigabit Ethernet και το Fast Ethernet βασίζονται στις φυσικές τυποποιήσεις του Fibre Channel και CDDI με χαμηλότερο κόστος και μεγαλύτερη οικονομία κλίμακας. Το ΑΤΜ/SONET σε 622-Mbps ATM interface θα συνεχίσει να είναι ακριβότερο από τις οπτικές ίνες του Gigabit port.
Παραθέτουμε μια τρέχουσα σύγκριση τιμών:
α. Fast Ethernet: $175/port Layer 2 και $500/port Layer 3
β. ATM 155: $900/port και $3.500/uplink
γ. Gigabit Ethernet: $1.500/port Layer 2 και $3.000/port Layer 3
δ. ATM 622: $5.000/port και $10.000/uplink
Το μέσο Gigabit uplink σε ένα 10/100 switch κοστίζει περίπου 25% του 622 Mbps ATM uplink, καθιστώντας το ΑΤΜ cost-prohibitive (To Gigabit κοστίζει μεταξύ $1000 και $3.500, ενώ το 622-Μbps ΑΤΜ uplink κοστίζει από $7.000 ως $10.000)
Το Gigabit Ethernet αρχίζει να μειώνει τις τιμές, ενώ το ΑΤΜ έχει ήδη αρχίσει τα τελευταία 2 χρόνια να το κάνει. Φυσικά, λόγω της κυρίαρχης θέσης στην αγορά, το Gigabit Ethernet θα μειώσει τις τιμές με ρυθμό μεγαλύτερο από αυτό του ΑΤΜ.
5.1.3. Σχεδιασμός Δικτύου και ευχρηστία
Τα δίκτυα ΑΤΜ από τον αρχικό σχεδιασμό/ανάπτυξη ως την επίλυση προβλημάτων παρούσιάζουν δυσκολίες.Με χαρακτηριστικά όπως το MPOA, τα switched virtual circuits, το PNNI να είναι στο κορυφαίο επίπεδο ενός connectionless δικτύου, είναι δύσκολο να ανιχνευτούν προβλήματα. Επίσης η υλοποίηση του ΑΤΜ εισάγει την απαίτηση για δύο παράλληλα συστήματα διαχείρισης- ένα για το ΑΤΜ backbone και ένα για τις υπόλοιπες LAN συσκευές. Aυτό προσθέτει περισσότερο κόστος, πολυπλοκότητα και φόρτο από τα ομογενή frame-based LAN.
Στο σχεδιασμό δικτύου, το ΑΤΜ είναι μια πρόκληση για να συνεργαστεί με τις υπάρχουσες LAN τοπολογίες. Είναι σίγουρα πιο απλό να επεκτείνεις τις γνωστές αρχές του Ethernet σε ένα Gigabit routed backbone από το να συνδέσεις μια ακμή MPOA μεταξύ switched LANs και ένα πυρήνα ΑΤΜ. Το Ethernet είναι μια γνωστή επέκταση των ήδη χρησιμοποιούμενων τεχνικών που μπορεί να χρησιμοποιήσει τα υπάρχοντα εργαλεία διαχείρισης και την εμπειρία.
5.1.4. Interoperability και Σταθερότητα
Αποδεδειγμένα το ΑΤΜ είναι μια interoperable και κατάλληλη τεχνολογία. Αντίθετα το Gigabit Ethernet τώρα κάνει τα πρώτα του βήματα και αναμένεται ένα χρονικό διάστημα εώς ότου οι οργανισμοί απελευθερωθούν από τυχόν αμφιβολίες. Αυτή τη στιγμή οι εταιρίες δοκιμάζουν την τεχνολογία σε ομάδες εργασίας μικρότερης ισχύος, προτού αναπτυχθούν παραπέρα.
Το ΑΤΜ είναι ακόμα μια single-vendor διάπραξη. Το PNNI στην καρδιά κάθε ΑΤΜ backbone switch επιτρέπει μια ευρεία γκάμα χαρακτηριστικών προστιθέμενης αξίας. Οι vendors υλοποιούν διαφορετικά την τυποποίηση PNNI για να πετύχουν τα ιδιαίτερα switch χαρακτηριστικά τους. Multi-vendor ATM switches θα είναι interoperable αλλά η λειτουργία τους θα είναι περιορισμένη.
Χρησιμοποιώντας απλά τα τυποποιημένα χαρακτηριστικά του Ethernet, το Gigabit Ethernet θα γίνει πιο interoperable από το ATM. Με την ήδη εγκατεστημένη βάση του Εthernet, η interoperability μεταξύ διαφορετικών Gigabit switches και routers έχει πιστοποιηθεί με πρώιμες δοκιμές.
5.1.5. Προσαρμοστικότητα και κλιμάκωση (scalability)
Το ΑΤΜ PNNI είναι ένα interswitch signaling πρωτόκολλο που έχει θεωρηθεί ως το πιο κατάλληλο μέσο για να δώσει στα δίκτυα την προσαρμοστικότητα και την ανοχή στα λάθη (fault-tolerance) όταν το χρειάζονται. Το πρωτόκολλο γεννητικού δέντρου (spanning tree) του Ethernet είναι εξίσου αποτελεσματικό σε προβλήματα re-routing.
To ATM παρέχει χαρακτηριστικά εξισορρόπησης φορτίου (load-balancing) που επιτρέπουν πολλαπλές γραμμές να ισορροπούν την κυκλοφορία όποτε κάποια γραμμή πέφτει. Τα περισσότερα ΑΤΜ ξεκινάνε από 155Μ ΟC-3 και συνεχίζει ως 622Μ ΟC-12. To επόμενο βήμα στο ΑΤΜ scalability θα είναι 2,5G (OC-48) που θα φτάσει για χρήση LAN πριν το 2000.
Το Εthernet έχει ένα παρόμοιο χαρακτηριστικό, για την εξισορρόπηση φορτίου, με το οποίο συνδέσεις Fast Ethernet ή Gigabit Ethernet μπορούν να πολυπλεχθούν και να δημιουργήσουν μια μεγαλύτερη σύνδεση (pipe). Το Gigabit Ethernet φέρνει μεγαλύτερη LAN scalability από το ΑΤΜ- δεκαπλάσιο άλμα από τα 100Μ στα 1000Μ- και θα παρέχει και μηχανισμούς load-balancing.
Στο φυσικό επίπεδο το ΑΤΜ και το Gigabit Ethernet μπορούν να διαμορφωθούν με εφεδρικά ports, back-up γραμμές και αποθέματα ισχύος.
5.1.6. Wire-speed Routing
To MPOA έδωσε στο ΑΤΜ την ικανότητα να υποστηρίξει routed LAN traffic, και επιπλέον υποσχέθηκε να εξαφανίσει τα router bottlenecks που μάστιζαν τα LANs. H ιδέα ήταν να παίρνεται μια αρχική routing απόφαση στον MPOA server για μια εσωτερική ροή κυκλοφορίας, και να προωθούμε την υπόλοιπη χωρίς επεξεργασία μέσω ενός forwarder.
Eιρωνικά, το MPOA έχει χαμηλότερη απόδοση από το Gigabit switching και routing. Ήδη κυκλοφορούν προιόντα Gigabit Routing Switch με 52 Gbps χωρητικότητα και ικανότητα να επεξεργαστούν περισσότερο από 3,75 εκατομμύρια πακέτα το δευτερόλεπτο σε wire-speed. Σε αντίθεση οι καλύτερες μονάδες MPOA μπορούν να προωθήσουν 100.000 ως 300.000 πακέτα το δευτερόλεπτο.Τα tradeoffs κοστος/απόδοση είναι τεράστια. Εξάλλου το hardware-based routing εξαφανίζει το πλεονέκτημα του ΑΤΜ, ότι δηλαδή το να μοιραζεσαι υπολογισμό route σε πολλαπλά, κατανεμημένα cell-switches έχει λιγότερο κόστος σε σχεση με software-based routers. Η πρόοδος όμως των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων έδωσε στα routing switch πακέτα καλύτερη απόδοση από το ΑΤΜ/MPOA.
5.1.7. Ασφάλεια
Επειδή το ΑΤΜ είναι προσανατολισμένο στην σύνδεση (connection-oriented) μπορεί θεωρητικα να προσφέρει καλύτερη ασφάλεια δικτύου από το connectionless routing/switching. Η αποτυχία του ΑΤΜ να φτάσει στο desktop μειώνει την την έννοια της ιδανικής ασφάλειας που θα μπορούσε να προσφέρει. Χωρίς end-to-end κυκλώματα ΑΤΜ, η επικοινωνία δεν πιο ασφαλής από ότι σε ένα connectionlees routed δίκτυο.
5.1.8. Data QoS
Το ΑΤΜ σχεδιάστηκε για το χειρισμό multimedia. Eίναι λοιπόν φυσικό να προσφέρει το πιο αποτελεσματικό QoS σε σχέση με τις υπόλοιπες τεχνολογίες. Αν και θεωρητικά μπορεί να προσφέρει καταπληκτικό QoS , ακόμα δεν έχει εκπληρώσει τον στόχο του. Επειδή μάλιστα το ΑΤΜ στο desktop είναι αμφισβητήσιμο,τα πράγματα γίνονται ακόμα πιο δύσκολα.
Εthernet-based QoS υπάρχει σήμερα, και θα τελειοποιηθεί με την πάροδο του χρόνου. Το Gigabit Ethernet θα στηριχθεί κυρίως στο πρότυπο 802.1p και/ή το RSVP. Σήμερα οι ανερχόμενες εφαρμογές που χειρίζονται multimedia είναι IP-based. Aυτές οι εφαρμογές απαιτούν εγγυήσεις υπηρεσίας, αλλά αυτές οι εγγυήσεις μπορούν να συνεργαστούν με το Ethernet. Φυσικά το Ethernet δεν εγγυάται το σταθερό εύρος ζώνης του ATM, αλλά με το αυξανόμενο εύρος ζώνης που προσφέρει και τις ικανότητες του QoS, θα υποστηρίξει τις απαιτήσεις καθυστέρησης και jitter ΙP-based εφαρμογών φωνής/video. Aυτές οι IP-based εφαρμογές που θα μπορέσουν να αξιοποιήσουν τa Layer 2/3 queuing και prioritization πρότυπα, θα αναπαριστούν την πλειοψηφία των multimedia εφαρμογών.
5.1.9. IP Multicast -Uplink Απόδοση-VLANs
Το ΑΤΜ πρόσφατα παρέχει καλή υποστήριξη ΙP multicast, αλλά θα αντιμετωπίσει προβλήματα virtual circuit scalability με την πάροδο του χρόνου. Οι Gigabit routers επίσης υποστηρίζουν σε πραγματικό χρόνο IP multicasting και δεν αντιμετωπίζουν τα ίδια προβλήματα scalability.
H απόδοση μεταξύ τερματικών συσκευών και ενός ΑΤΜ backbone δεν επιβραδύνεται σημαντικά από την μετατροπή frame-to-cell που απαιτείται στο ΑΤΜ. Η μετατροπή του πρωτοκόλλου επιβαρύνει το δίκτυο και μειώνει την αποτελεσματική χρησιμοποίηση του εύρους ζώνης. Σε περιβάλλοντα που είναι pure packet o λόγος κόστος/απόδοση είναι καλύτερος.
Το ΑΤΜ παρέχει το μόνο τυποιημένο πλαίσιο εργασίας για την υλοποιήση virtual LANs. Στο Ethernet, τοΙΕΕΕ 802.1p και IEEE 802.1Q, και το Layer 3 VLAN θα τυποποιηθούν. Αυτό που πρέπει να τονιστεί είναι ότι τα VLANS παραμένουν σε πρώιμο στάδιο. Ο πρώτος λόγος χρησιμοποίησής τους είναι να απλοποιηθούν οι δικτυακές κινήσεις και οι αλλαγές. Ο δεύτερος λόγος είναι να βοηθήσουν να οργανωθούν οι υπάρχουσες LAN τοπολογίες και να εξαφανίσουν τα router bottlenecks. To Gigabit routing θα περιορίσει τις πιέσεις των LAN που επιθυμούν αυτή τη χρήση των VLANs. Mέσω του wire-speed routing, τα backbones μπορούν εύκολα να χειριστούν τοπολογίες client-server.
Εγγραφή σε:
Αναρτήσεις (Atom)
